Analyse et modélisation de la dynamique des chromosomes au cours de la ségrégation mitotique dans la levure à fission

Analyze and modelization of chromosome's dynamics during mitosis in the fission yeast

• Auteur / Autrice : Thibault Courtheoux
• Direction : Sylvie Tournier, Yannick Gachet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et génétique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynéine

Microtubules

Chromosomes

Mitose

Mots clés libres

Kinétochore

Mitose

Attachement mérotélique

Dynéine

Aneuploîdie

Dam1

Bi-orientation

Résumé

La ségrégation correcte des chromosomes est un élément essentiel dans le contrôle de la stabilité génomique chez les eucaryotes. Des défauts de ségrégation conduisent à l'apparition de cellules filles aneuploïdes (ie : nombre incorrect de chromosomes), pouvant ainsi être la cause des avortements spontanés ou entraîner des maladies génétiques comme la trisomie 21. L'aneuploïdie est fréquemment observée dans les tumeurs humaines et joue un rôle clef dans le développement et/ou la progression des cancers. Des études récentes suggèrent que les défauts d'attachements des chromosomes seraient la cause majeure des erreurs de ségrégation et de l'aneuploïdie. Les kinétochores (Kt), complexes multiprotéiques situés sur chaque chromosome répliqué, interagissent avec des microtubules (MTs) provenant de pôles opposés ce qui permettra leur séparation en anaphase. Lorsque tous les chromosomes sont bi-orientés, les protéines des points de contrôle mitotiques (Mad2, Bub1, Mad1 etc. ) partent du kinétochore permettant la dégradation des cohésines, les chromosomes se séparent alors. Si un chromosome n’est pas correctement attaché, les protéines des points de contrôle persistent sur le Kt, empêchant la dégradation de la cohésine, on parle alors d'activation du point de contrôle. Très récemment, il a été montré que c’est la tension appliquée par les MTs sur le Kt (tension intra-kinetochorienne) qui est responsable de la levée du point de contrôle mitotique. Les acteurs impliqués dans l'établissement de cette tension sont inconnus. La dynéine a été impliquée dans la levée du point de contrôle chez les eucaryotes supérieurs. Dans la levure à fission, nous avons montré qu'elle participe à la dynamique des chromosomes, à la stabilité génétique et que sa délétion provoque une activation du point de contrôle mitotique sans empêcher son inactivation (article 1). Des résultats préliminaires suggèrent aussi que la dynéine est impliquée dans la correction des attachements mérotéliques (lorsqu’un kinétochore est attaché aux deux pôles). L'attachement mérotélique jouerait un rôle clé dans la mise en place de l'instabilité chromosomique. Pour aller plus loin dans l'étude du rôle de la dynéine, nous avons caractérisé précisément l'impact de la mérotélie sur la progression mitotique (article 2). Nous avons pu établir que l'attachement mérotélique était corrigé par un mécanisme dépendant de la tension en anaphase B. Pour mieux comprendre les mécanismes de mise sous tension des kinétochores en mitose, nous nous sommes intéressés au rôle du complexe Dam1. Nous avons démontré son rôle dans la dynamique des microtubules en interphase et dans le mouvement de retour des kinétochores en anaphase A (article 3). L'ensemble de ce travail illustre la complexité des mécanismes conduisant à l'attachement correct des chromosomes aux microtubules, processus fondamental pour maintenir la stabilité génomique.

The correct segregation of chromosomes is an essential element in the control of genomic stability in eukaryotes. Segregation defects lead to the appearance of aneuploid daughter cells (ie : incorrect number of chromosomes) and this process may well be the cause of spontaneous abortions or genetic disorders such as trisomy 21. Aneuploidy is frequently observed in human tumours and plays a key role in the development and / or progression of cancer. Recent studies suggest that defects in chromosome attachment are the major cause of aneuploidy. Kinetochores (Kt), multiprotein complexes located on each replicated chromosome, interact with microtubules (MTs) from opposite poles, which allow their separation in anaphase. When all chromosomes are bi-oriented, proteins of the mitotic checkpoint (Mad2, Bub1, Mad1 etc. . ) leave the kinetochore, degradation of cohesin takes place, and chromosomes separate. If a chromosome is not properly attached, the checkpoint proteins persist on Kt, preventing the degradation of cohesin. Very recently, it was shown that it is the tension applied by the Kt-MTs, which is responsible for the removal of the mitotic checkpoint proteins. The actors involved in the establishment of this tension are unknown. Dynein has been implicated in the checkpoint inhibition in higher eukaryotes. In fission yeast, we showed that dynein participates to chromosome dynamics, genetic stability and that dynein deletion causes activation of the mitotic checkpoint without preventing its inactivation (Section 1). Preliminary results also suggest that dynein is involved in correcting merotelic attachments (when a kinetochore is attached to both poles). Merotelic attachment plays a key role in the development of chromosomal instability. To go further in studying the role of dynein, we characterized the precise impact of merotely on mitotic progression (Article 2). We were able to establish that merotelic attachment is corrected by a tension-dependent mechanism in anaphase B. To better understand the mechanisms of tension applied on kinetochores during mitosis, we investigated the role of the Dam1 complex. We demonstrated that Dam1 plays a key role in controlling microtubule dynamics in interphase and that it also controls kinetochore poleward movement in anaphase A (Section 3). This work illustrates the complexity of the mechanisms leading to the correct attachment of chromosomes to microtubules, a process that is fundamental to maintain genomic stability.