Mécanismes de ségrégation des chromosomes dans l'ovocyte de C. elegans

Mechanisms of chromosome segregation in the C. elegans oocyte

• Auteur / Autrice : Kimberley Laband
• Direction : Julien Dumont
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé. Reproduction
• Date : Soutenance le 16/11/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Bio Sorbonne Paris Cité (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jacques Monod (Paris ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Gabriel Livera
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Dumont, Gabriel Livera, Marie-Hélène Verlhac, Alexander McDougall, Marie Delattre, Aude-Isabelle Dupré
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-Hélène Verlhac, Alexander McDougall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spermatozoïdes

Ovocytes

physiologie

Méiose

Ségrégation des chromosomes

cytologie

Caenorhabditis elegans

Microtubules

Mots clés libres

Imagerie photonique à haute résolution temporelle

Combination of high spatial and temporal resolution live imaging

Résumé

Les gamètes femelles appelés ovocytes sont produits par un type spécifique de division cellulaire appelée méiose. Afin de produire des gamètes haploïdes, et contrairement aux divisions mitotiques des cellules somatiques, la méiose implique une seule étape de réplication du génome suivie de deux étapes de ségrégation des chromosomes. La fidélité de la ségrégation des chromosomes pendant la méiose est cruciale pour éviter l’aneuploïdie embryonnaire qui entraînerait des défauts de développement ou un avortement spontané. Dans la plupart des types cellulaires, la ségrégation des chromosomes repose sur un fuseau composé de microtubules. En parallèle à l'assemblage du fuseau, des complexes multi-protéiques appelés kinétochores s’assemblent sur le côté des chromosomes et leur permettent d’interagir avec les microtubules dynamiques du fuseau. Étonnamment, la ségrégation des chromosomes dans l'ovocyte de C. elegans se déroule d'une manière atypique indépendante des kinétochores. Le mécanisme alternatif utilisé dans ces oocytes pour la ségrégation des chromosomes est cependant inconnu. Au cours de mon doctorat, j'ai utilisé une combinaison d'imagerie photonique à haute résolution temporelle, corrélée à de la microscopie électronique à haute résolution spatiale. J’ai également utilisé de la photoablation par laser des microtubules et réalisé l'inhibition ciblée de protéines clés pour disséquer le mécanisme atypique de ségrégation des chromosomes dans l'ovocyte de C. elegans. Mes résultats montrent que la ségrégation des chromosomes est produite par une force dépendante des microtubules qui pousse les chromosomes. Par une analyse détaillée de l’organisation des microtubules dans des fuseaux en anaphase partiellement reconstruits par microscopie électronique en tomographie, je propose un modèle impliquant la génération de force par l'allongement d’un réseau de courts microtubules formant le fuseau central. De plus, je démontre que l'activité de l'orthologue de CLASP chez C. elegans (CLS-2) est essentielle pour l'assemblage du fuseau en anaphase. Ce travail est actuellement sous presse dans le journal Nature Communications. Parallèlement, j'ai disséqué le rôle de CLS-2 dans l'assemblage du fuseau d'ovocytes et la ségrégation chromosomique. J'ai perturbé de manière systématique les domaines individuels et les résidus conservés de manière évolutive dans CLS-2 pour déterminer leur contribution à la fonction et à la localisation de cette protéine pendant la première méiose femelle. Dans l'ensemble, mes résultats montrent que la ségrégation chromosomique dans l'ovocyte de C. elegans consiste en un mécanisme de poussée chromosomique atypique et dépendant de CLS-2.

Female gametes called oocytes are produced through a specific type of celldivision termed meiosis. In order to produce haploid gametes, and unlike mitoticdivisions of somatic cells, meiosis involves a single round of genome replication followed by two rounds of chromosome segregation. Accuracy of chromosome segregation during meiosis is crucial to avoiding embryonic aneuploidy that wouldlead to developmental defects or spontaneous abortion. In most cell types,chromosome segregation relies on a microtubule-based spindle. Concomitant tospindle assembly, multi-protein complexes termed kinetochores assemble on the side of chromosomes and couple microtubule dynamics to chromosomal movements. Strikingly, in the C. elegans oocyte chromosome segregation occurs in an atypical kinetochore-independent manner. The alternative mechanism used in these oocytes for chromosome segregation is however unknown. During my PhD, I used a combination of high spatial and temporal resolution live imaging, correlated light and electron tomography, laser-mediated photoablation of microtubules, and targeted inhibition of key proteins to dissect this a typical mechanism of chromosome segregation in the C. elegans oocyte. Myresults show that chromosome segregation is driven by a microtubule-dependent force that pushes the segregating chromosomes apart during anaphase. Aftercareful analysis of partially reconstructed anaphase spindles by electrontomography for microtubule quantity, length, orientation, and overlaps, I proposea model involving the elongation and/or sliding of tiled microtubules in the central spindle as the candidate structure responsible for this force generation. Additionally, I demonstrate that the activity of the C. elegans CLASP ortholog CLS-2 is essential for proper anaphase spindle assembly. This work is currently in press at Nature Communications.In parallel, I have more closely examined the role of the C. elegans CLS-2 in oocyte spindle assembly and chromosome segregation. I have thoroughly and systematically perturbed the individual domains and evolutionarily conserved residues in CLS-2 to determine their contribution to the function and localization ofthis protein during the first female meiosis. Overall my results show that chromosome segregation in the C. elegans