Acides nucléiques
Chromatine : chromosomes : centromère
Autres protéines CENP : CENP-E, CENP-F et CENP-J

Toutes les protéines portant la dénomination CENP (Centromere Protein) n'appartiennent pas au réseau constitutif du centromère (CCAN).

Certaines interviennent de manière transitoire au niveau du kinétochore pendant la mitose, tandis que d'autres remplissent des fonctions distinctes au niveau du centrosome.

• CENP-E est une kinésine motrice impliquée dans la capture et la congression des chromosomes.
• CENP-F participe à l'organisation du kinétochore et à la progression de la mitose.
• CENP-J (CPAP) est principalement une protéine du centrosome essentielle à la biogenèse des centrioles.

CENP-E

CENP-E (Centromere Protein E)/KIF10 est une kinésine mitotique de grande taille appartenant à la famille des kinésines-7, localisée au kinétochore externe exclusivement au cours de la mitose, où elle est essentielle à la capture, à l'attachement et à l'alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale.

Elle contribue ainsi à l'établissement d'une tension correcte entre les kinétochores et les microtubules du fuseau (Leaving no-one behind: how CENP-E facilitates chromosome alignment 2020).

• Elle est absente du centromère en interphase.
• Elle est recrutée au kinétochore en prométaphase et atteint un maximum en métaphase.
• Elle se dissocie en anaphase, lorsque débute la ségrégation des chromosomes.

Structure de CENP-E

CENP-E est une protéine de grande taille, composée d'environ 2600 résidus, organisée en plusieurs domaines fonctionnels.

1. Le domaine moteur N-terminal (1–340) est un domaine catalytique caractéristique des kinésines, capable de lier l'ATP et le dimère α/β-tubuline (Crystal structure of the motor domain of centromere-associated protein E in complex with a non-hydrolysable ATP analogue 2023).

• Il assure le déplacement de CENP-E vers l'extrémité (+) des microtubules.
• Son activité ATPase est stimulée par l'interaction avec les microtubules.

2. Le domaine central coiled-coil (340-2100) forme une longue tige flexible assurant la dimérisation de CENP-E, la transmission des forces entre le domaine moteur et le domaine C-terminal, ainsi que sa régulation conformationnelle.

• CENP-E adopte une conformation repliée (" folded ") inactive en interphase,
• Elle se déploie en une conformation étendue (" extended ") active en mitose.

3. Le domaine C-terminal (résidus 2100–2600) assure le recrutement et l'ancrage de CENP-E au kinétochore externe.

a. Il interagit avec plusieurs protéines de la corona, notamment :

• BubR1,
• CENP-F,
• Spindly,
• le complexe RZZ (Rod–Zw10–Zwilch),
• et, plus indirectement, le réseau KMN (Ndc80–Knl1–Mis12).

b. Ce domaine :

• cible CENP-E à la corona externe du kinétochore,
• favorise la stabilisation des microtubules attachés,
• participe au fonctionnement du point de contrôle du fuseau mitotique (Spindle Assembly Checkpoint, SAC), notamment par des interactions transitoires avec Mad1 et Mad2.

Fonctions de CENP-E

1. CENP-E assure la capture initiale des microtubules et la congression des chromosomes vers la plaque équatoriale en se déplaçant vers l'extrémité (+) des microtubules (Kinesin-7 CENP-E in tumorigenesis: Chromosome instability, spindle assembly checkpoint, and applications 2024).

Elle favorise la conversion des attachements latéraux initiaux en attachements end-on stables entre les kinétochores et les microtubules, condition indispensable à la bi-orientation correcte des chromosomes.

2. CENP-E participe au point de contrôle du fuseau mitotique (Spindle Assembly Checkpoint, SAC).

Tant que tous les chromosomes ne sont pas correctement attachés et soumis à une tension suffisante, CENP-E contribue au maintien du signal inhibiteur qui retarde le déclenchement de l'anaphase.

Régulation de CENP-E

1. L'activité et la localisation de CENP-E sont régulées par plusieurs phosphorylations mitotiques, notamment par CDK1, Aurora B et Mps1, qui modulent son recrutement, son activité motrice et ses interactions avec le kinétochore.

2. Après la séparation des chromatides soeurs, CENP-E est rapidement dégradée par le complexe APC/C, ce qui contribue à la sortie de mitose et empêche son maintien au kinétochore.

Implications pathologiques

1. Une surexpression de CENP-E est observée dans plusieurs cancers et est associée à une instabilité chromosomique, à une prolifération tumorale accrue et, selon les types de tumeurs, à un pronostic défavorable (Kinesin-7 CENP-E in tumorigenesis: Chromosome instability, spindle assembly checkpoint, and applications 2024).

2. En raison de son rôle essentiel dans l'alignement des chromosomes et le point de contrôle du fuseau mitotique (SAC), CENP-E constitue une cible thérapeutique prometteuse (Second-Generation Antimitotics in Cancer Clinical Trials 2021).

Plusieurs inhibiteurs spécifiques de CENP-E sont actuellement étudiés comme agents anticancéreux, notamment GSK923295, le seul à avoir atteint un essai clinique de phase I, ainsi que Syntelin et PF-2771, encore au stade préclinique.

CENP-F

CENP-F (Centromere Protein F) est une protéine centromérique transitoire, localisée au kinétochore externe durant la mitose.

Contrairement à CENP-E, qui est une protéine motrice assurant le déplacement des chromosomes, CENP-F agit principalement comme une protéine d'échafaudage contribuant à l'organisation de la corona fibreuse, à la stabilisation des attachements entre les kinétochores et les microtubules et au bon déroulement de la ségrégation des chromosomes.

Sa localisation varie au cours de la mitose (Regulation of Cenp-F localization to nuclear pores and kinetochores 2018).

• Elle est absente du kinétochore en interphase.
• Elle est recrutée à l'enveloppe nucléaire en phase G2/prophase via son interaction avec Nup133, un composant des nucléopores.
  En prométaphase, après la rupture de l’enveloppe nucléaire, elle est recrutée au kinétochore externe, où elle participe à l'organisation de la corona fibreuse et à la stabilisation des interactions entre le kinétochore et les microtubules.
• En métaphase, CENP-F atteint son niveau maximal d'accumulation au niveau des kinétochores.
• Elle se dissocie en anaphase et disparaît au cours de la télophase.

Structure de CENP-F

CENP-F est une très grande protéine d'environ 3 100 à 3 200 résidus selon les isoformes, constituée principalement des domaines coiled-coil lui conférant une structure filamentaire flexible qui lui permet d’interagir avec plusieurs partenaires protéiques.

1. Le domaine N-terminal assure le recrutement de CENP-F au kinétochore grâce à des interactions avec plusieurs protéines recrutées au kinétochore au cours de la mitose, notamment :

• le complexe Ndc80 du réseau KMN,
• les protéines Bub1 et BubR1 du point de contrôle du fuseau (SAC).

2. Le domaine central, riche en régions coiled-coil, assure la dimérisation de CENP-F et forme une longue tige flexible favorisant les interactions avec de nombreux partenaires protéiques.

3. Le domaine C-terminal interagit notamment avec la dynéine, le réseau des microtubules et plusieurs protéines de la corona fibreuse, contribuant à la stabilisation des attachements entre les kinétochores et les microtubules (The kinetochore proteins CENP-E and CENP-F directly and specifically interact with distinct BUB mitotic checkpoint Ser/Thr kinases 2018).

Ce domaine comprend également :

• 

  le KT-core, un domaine essentiel au recrutement de CENP-F au kinétochore, contenant deux leucine zippers, dont l'une renferme une cystéine hautement conservée (C2865 chez l'Homme), indispensable à la liaison au kinétochore,
• un signal de localisation nucléaire (NLS), qui favorise l'import de CENP-F dans le noyau et son accumulation à l'enveloppe nucléaire avant la rupture de l'enveloppe nucléaire (NEBD), facilitant ainsi son recrutement ultérieur au kinétochore
• un signal d'export nucléaire (NES), impliqué dans son trafic nucléocytoplasmique,
• un motif KEN-box, reconnu par le complexe APC/C et impliqué dans la dégradation de CENP-F en sortie de mitose,
• un motif CAAX de farnésylation, dont la cystéine est modifiée par l'ajout covalent d'un groupe farnésyle (C15), modification lipidique favorisant le recrutement et la stabilité de CENP-F au niveau du kinétochore au cours de la mitose, sans être indispensable à sa localisation.

Fonctions de CENP-F

1. Les fonctions de CENP-F s'exercent principalement au niveau du kinétochore externe et de la corona fibreuse.

a. Elle contribue à la stabilisation des attachements entre les kinétochores et les microtubules, assurant un alignement correct des chromosomes sur la plaque équatoriale (CENP-F stabilizes kinetochore-microtubule attachments and limits dynein stripping of corona cargoes 2020).

• En son absence, des défauts d'alignement des chromosomes et une désorganisation de la corona fibreuse sont observés.

b. Elle participe au maintien de la corona fibreuse en limitant le retrait prématuré (stripping) par la dynéine de plusieurs composants de cette structure, notamment CENP-E et d'autres protéines de la corona fibreuse, contribuant ainsi au bon fonctionnement du kinétochore.

c. Elle coopère avec CENP-E, la dynéine et plusieurs protéines du kinétochore externe afin de coordonner les mouvements chromosomiques et la maturation des attachements entre les kinétochores et les microtubules ( congression et attachements des chromosomes).

d. Elle participe également au point de contrôle du fuseau (SAC), retardant l'entrée en anaphase tant que les chromosomes ne sont pas correctement attachés et alignés (Conserved C-Terminal domains of mCenp-F (LEK1) regulate subcellular localization and mitotic checkpoint delay 2014).

2. Outre son rôle au kinétochore, CENP-F intervient également au niveau du centrosome, où elle participe à l'organisation du centre organisateur des microtubules (MTOC) et à la nucléation des microtubules, notamment via une interaction avec la protéine Hook2 (Murine CENP-F Regulates Centrosomal Microtubule Nucleation and Interacts with Hook2 at the Centrosome 2009).

Régulation de CENP-F

L'activité et la localisation de CENP-F sont régulées par plusieurs phosphorylations mitotiques, notamment par CDK1 et Plk1, qui contrôlent son recrutement au kinétochore ainsi que ses interactions avec les autres protéines du kinétochore externe.

Après la séparation des chromatides soeurs, CENP-F est rapidement ubiquitinylée, puis dégradée par le complexe APC/C, via les motifs KEN-box de son domaine C-terminal, ce qui assure sa disparition à la sortie de mitose.

Implications pathologiques

1. Une surexpression de CENP-F est observée dans de nombreux cancers, où elle est associée à une instabilité chromosomique accrue, à un potentiel métastatique plus élevé et à un mauvais pronostic (Centromere Protein F in Tumor Biology: Cancer's Achilles Heel 2025).

En raison de son rôle essentiel dans la progression de la mitose, CENP-F constitue également une cible thérapeutique potentielle pour le développement de traitements anticancéreux.

2. Les mutations du gène CENPF sont responsables de plusieurs maladies du développement, notamment du syndrome de Strømme, caractérisé par des anomalies oculaires, une microcéphalie et diverses malformations congénitales.

CENP-J

CENP-J (Centromere Protein J), également appelée CPAP (Centrosomal P4.1-associated Protein), est une protéine localisée principalement au centrosome.

Malgré son nom historique, elle n'est pas un constituant structural du centromère, mais joue un rôle essentiel dans la biogenèse des centrioles, l'organisation du fuseau mitotique et la formation des cils primaires.

Structure de CENP-J

CENP-J est une protéine d'environ 1 330 à 1 340 acides aminés selon les isoformes, constituée principalement de domaines coiled-coil lui conférant une structure allongée favorisant les interactions avec de nombreuses protéines centrosomales.

• Le domaine N-terminal contient un domaine de liaison à la tubuline, essentiel à la polymérisation des microtubules et à l'élongation des centrioles.
• Le domaine central, riche en régions coiled-coil, assure la dimérisation de CENP-J et sert de plateforme d'interaction avec plusieurs protéines impliquées dans la duplication des centrioles, notamment STIL, CEP120 et CEP135.
• Le domaine C-terminal participe au recrutement, au maintien et à la maturation des centrioles, contribuant ainsi à leur stabilité.

Fonctions de CENP-J

1. Les fonctions de CENP-J s'exercent principalement au niveau des centrioles (CPAP insufficiency leads to incomplete centrioles that duplicate but fragment 2022).

a. Elle participe à l'initiation de la duplication des centrioles en coopération avec plusieurs protéines centrosomales, notamment PLK4, STIL, SAS-6, CEP120 et CEP135.

b. Elle contrôle ensuite l'élongation des centrioles en régulant la polymérisation des microtubules, contribuant ainsi à leur longueur et à leur stabilité.

• Lorsque la quantité ou l'activité de CENP-J est insuffisante, les procentrioles restent plus courts ou incomplets.
• Ces anomalies, souvent discrètes lors du premier cycle de duplication, s'amplifient progressivement au cours des cycles cellulaires suivants, entraînant une perte de cohésion des centrioles, leur fragmentation et des défauts croissants d'organisation du fuseau mitotique.

Cette activité est notamment régulée par des phosphorylations dépendantes de PLK4, qui coordonnent la duplication et l'élongation des centrioles au cours du cycle cellulaire.

c. Les centrioles ainsi formés participent ensuite à l'organisation du centrosome et du fuseau mitotique au cours de la division cellulaire.

2. En dehors de la mitose, CENP-J intervient également dans la formation des cils primaires (ciliogenèse), en participant à l'assemblage du corps basal à partir du centriole mère.

Les mutations du gène CENPJ sont responsables de plusieurs maladies du développement, notamment de formes de microcéphalie primaire et de nanisme primordial, résultant d'anomalies de la biogenèse des centrioles et de la ciliogenèse (Structural Analysis of the G-Box Domain of the Microcephaly Protein CPAP Suggests a Role in Centriole Architecture 2013).

Retour vers les CENP

Les protéines CENP-A à CENP-U constituent un ensemble fonctionnel assurant l'identité du centromère, l'organisation du kinétochore et les interactions avec les microtubules du fuseau.