Rôle de l’activation de la GTPase Rho à la membrane plasmique sur la progression du cycle cellulaire chez Saccharomyces cerevisiae

The role of Rho GTPase activation at the plasma membrane on cell cycle progression in Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Landry Peyran
• Direction : Derek McCusker
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génétique
• Date : Soutenance le 04/10/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Pintard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simonetta Piatti, Yannick Gachet, Martine Bassilana
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Simonetta Piatti, Yannick Gachet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saccharomyces cerevisiae

Aneuploïdie

Polarité (biologie)

Cycle cellulaire

Mots clés libres

Cycle cellulaire

Polarité cellulaire

Points de contrôle

Signalisation

Aneuploïdie

Cell cycle

Cell polarity

Checkpoints

Signalization

Aneuploidy

Résumé

Une prolifération cellulaire saine nécessite un ordre correct des événements du cycle cellulaire et la surveillance de ces événements par des points de contrôle qui retardent la progression du cycle cellulaire lorsque des problèmes surviennent. Cependant, les cellules peuvent contourner l'activation persistante des points de contrôle et poursuivre le cycle cellulaire malgré des défauts du nombre de chromosomes ou des dommages de l'ADN. Il est donc essentiel de comprendre comment les cellules contrôlent l'ordre des événements du cycle cellulaire, comment les points de contrôle surveillent ces événements et comment les cellules réagissent à une activation soutenue des points de contrôle.En combinant des techniques de génétique moléculaire et d'imagerie de cellules vivantes, nous avons découvert que l'établissement d'un axe de polarité est un événement clé qui contrôle l'ordre du cycle cellulaire chez Saccharomyces cerevisiae. Comme chez de nombreux eucaryotes, l'établissement de l'axe de polarité dans la levure bourgeonnante nécessite l'activation de la GTPase Rho Cdc42. Des défauts de polarité déclenchent un point de contrôle dépendant de la kinase Swe1 qui retarde les événements mitotiques via la phosphorylation inhibitrice de Cdk1. En utilisant des mutations spécifiques perturbant le recrutement des activateurs de Cdc42 à la membrane plasmique, et ainsi la nanoclustérisation de Cdc42, nous observons des multiples défauts de polarité entrainant des problèmes catastrophiques du cycle cellulaire.Contrairement aux cellules sauvages dans lesquelles des vagues successives d'activité de Cdk1 associées à différentes cyclines confèrent un ordre temporel aux événements du cycle cellulaire, le mutant de polarité est caractérisé par un chevauchement considérable des cyclines G1, S et M. Les conséquences biologiques de cette mauvaise régulation comprennent un désordre du cycle cellulaire et l'accumulation de cellules multinucléées en raison d'une duplication inappropriée du génome entier. Ces défauts dramatiques du cycle cellulaire s'accumulent en dépit de la robuste phosphorylation inhibitrice de Cdk1 dépendant de Swe1. En recherchant des signaux en amont de Swe1 qui pourraient relier la machinerie de polarité au cycle cellulaire, nous avons découvert que l'activation de ce point de contrôle implique un nouveau signal émanant des cyclines G1. Ce signal semble contribuer à la pleine activité de Swe1 et à l'effet protecteur de ce point de contrôle lorsque des défauts de polarité sont rencontrés. En effet, les perturbations de ce signal entraînent une plus grande proportion de cellules multinucléées.Les cyclines G1 étant essentielles à l'activation de Cdc42 et à l'établissement de l'axe de polarité, elles sont bien positionnées pour relayer les problèmes d'établissement de la polarité à la machinerie du cycle cellulaire afin d'activer Swe1 jusqu'à ce que suffisamment de Cdc42 actif puisse être généré. Collectivement, notre étude illustre un mécanisme inattendu par lequel l'ordre du cycle cellulaire est contrôlé pour assurer une prolifération cellulaire saine et préserver les cellules d'une duplication non programmée de l'ensemble du génome.

Healthy cell proliferation requires the correct ordering of cell cycle events and the monitoring of these events via checkpoints that delay cell cycle progression when problems arise. However, cells can bypass persistent checkpoint activation, continuing the cell cycle despite defects in chromosome number or DNA damage. It is therefore critical to understand how cells control the ordering of cell cycle events, how checkpoints monitor these events and how cells respond to sustained checkpoint activation.By combining molecular genetics and live cell imaging, we have discovered that the establishment of a polarity axis is a key event controlling the correct ordering of the cell cycle in Saccharomyces cerevisiae. As in many eukaryotes, polarity axis establishment in budding yeast requires activation of the Rho GTPase Cdc42. Defects in polarity trigger a Swe1 kinase-dependent cell cycle checkpoint that delays mitotic events via inhibitory phosphorylation of Cdk1. Using specific mutations that perturb the recruitment of Cdc42 activators to the plasma membrane, and thus Cdc42 nanoclustering, we observe multiple polarity defects resulting in catastrophic cell cycle problems.In contrast to WT cells in which successive waves of Cdk1 activity associated with different cyclins impart temporal order on cell cycle events, the polarity mutant is characterized by considerable G1, S and M cyclin overlap. The biological consequences of this misregulation include cell cycle misordering and the accumulation of multinucleate cells due to inappropriate whole genome duplication. These dramatic cell cycle defects accumulate despite robust Swe1-dependent inhibitory phosphorylation of Cdk1. In searching for signals upstream of Swe1 that may link the polarity machinery to the cell cycle, we found that the activation of this checkpoint involves a novel signal emanating from G1 cyclins. This signal appears to contribute to full Swe1 activity and the protective effect of this checkpoint when polarity defects are encountered. Indeed, perturbations of this signal resulted in a higher proportion of multinucleate cells.Since G1 cyclins are essential for Cdc42 activation and polarity axis establishment, they are well positioned to relay problems in polarity establishment back to the cell cycle machinery in order to activate Swe1 until sufficient active Cdc42 is generated. Collectively, our study illustrates an unexpected mechanism through which cell cycle ordering is controlled to ensure healthy cell proliferation and safeguard cells from unscheduled whole genome duplication.