Rôle de la phosphorylation de Tem1 dans le contrôle de la sortie de mitose et du positionnement du fuseau mitotique

Role of Tem1 phosphorylation in the control of mitotic exit and spindle positioning

• Auteur / Autrice : Patrycja Pietruszka
• Direction : Simonetta Piatti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 27/11/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche de Biochimie Macromoléculaire (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Paul Mangeat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simonetta Piatti, Paul Mangeat, Derek McCusker, Dimitris Liakopoulos
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rosella Visintin, Sylvie Tournier-Gachet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphorylation

ARN -- Modifications posttranscriptionnelles

Cycle cellulaire

Saccharomyces cerevisiae

Mots clés libres

Saccharomyces cerevisiae

Cicle cellulaire

Tem1

Phosphorylation

Modifications post-transcriptionelles

Kar9

Saccharomyces cerevisiae

Cell cycle

Tem1

Phosphorylation

Posttranscriptional modifications

Kar9

Résumé

Dans la levure S. cerevisiae, la mitose nécessite le positionnement du fuseau mitotique le long de l’axe cellule mère-bourgeon (future cellule fille) afin d‘assurer une bonne ségrégation des chromosomes. Ce phénomène requiert le fonctionnement de deux mécanismes impliquant les protéines Kar9 et Dyn1. Durant la métaphase, Kar9 se positionne de manière asymétrique le long du fuseau mitotique, avec une accumulation notable sur les microtubules qui émanent de l’ancien « spindle pole body » (SPB; l’équivalent du centrosome dans les vertébrés), qui est normalement dirigé vers le bourgeon. Dans le cas d’un défaut d’alignement du fuseau mitotique, un mécanisme appelé « Spindle Position Checkpoint » (SPOC) inhibe la sortie de mitose et la cytokinèse, afin de permettre un réalignement correct du fuseau mitotique. La principale cible de ce checkpoint est une GTPase Tem1. Dans le cas d’alignement correct du fuseau mitotique, Tem1 active une voie de signalisation appelée le « Mitotic Exit Network » (MEN) qui permet de mener à la sortie de mitose et à la cytokinèse. Lors de la transition métaphase/anaphase Tem1 se positionne asymétriquement sur les SPBs jusqu’à se concentrer majoritairement sur l’ancien SPB. Des données récentes ont montré que des composants du MEN, Tem1 inclus, sont également impliqués dans la régulation de la localisation de la protéine Kar9 à l’SPB, et dans l’établissement d’une polarité correcte des SPBs durant la métaphase. En effet, Kar9 se positionne plus symétriquement dans le cas des mutants du MEN que dans le type sauvage, ce qui engendre des problèmes d’orientation du fuseau et de ségrégation des SPBs. Nous cherchons à élucider comment l’activité du MEN régule la localisation de Kar9 et l’orientation du fuseau mitotique en métaphase alors que les fonctions du MEN liées à la sortie de mitose restent bloquées jusqu’à la télophase. Nous avons émis l’hypothèse que les modifications post-traductionnelles de Tem1 pourraient jouer un rôle dans la régulation du MEN. Il a été montré que les résidus Y40 et Y45 sont phosphoryles in vivo. Afin de disséquer le rôle de ces résidus nous les avons mutés en phénylalanines. Ces mutations peuvent complémenter la létalité induite par la délétion de TEM1, suggérant que ce mutant conserve les fonctions essentielles de Tem1. Par ailleurs, la cinétique de progression du cycle cellulaire du mutant est la même que celle du type sauvage, signifiant que la perte de phosphorylation sur Tem1 ne semble pas agir sur la sortie de mitose. De plus, l’allèle mutant n’affecte pas la localisation aux SPBs de Tem1 ni celle de sa « GTPase-activating protein » Bub2/Bfa1 durant le cycle cellulaire. Bien que l’activité GTPasique de la protéine Tem1-Y40F,Y45F soit réduite in vitro, les mutations ne causent pas des défauts de SPOC in vivo et le mutant répond efficacement au mauvais alignement de fuseau mitotique en s’arrêtant en anaphase. Tous ces résultats nous suggèrent que la perte de phosphorylation de Tem1 n’affecte pas les fonctions de fin de mitose de cette GTPase. Par contre, nous avons découvert que la phosphorylation de Tem1 est requise pour la localisation asymétrique de Kar9 sur les SPBs, ainsi que pour l’alignement correct du fuseau mitotique durant la métaphase (la distribution de Kar9 est plus symétrique dans les cellules TEM1-Y40F,Y45F et que le fuseau mitotique n’est pas aligné correctement). Nous cherchons alors à trouver quelle kinase phosphoryle Tem1 et régule son activité. Les kinases potentielles sont la protéine Swe1 (la seule vraie kinase phosphorylant les tyrosines dans la levure) ainsi que la kinase Mps1 (kinase qui contrôle la duplication des SPBs). Nous développons actuellement des outils nous permettant de vérifier l’implication de ces deux candidats. Mots clés : Tem1, Kar9, cycle cellulaire, Mitotic Exit Network (MEN), Spindle Position Checkpoint (SPOC), phosphorylation on tyrosines.

In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae a faithful mitosis requires positioning of the mitotic spindle along the mother-bud axis to ensure proper chromosome segregation. This is achieved by two distinct but functionally redundant mechanisms that require the APC (adenomatous polyposis coli)-like protein Kar9 and dynein (Dyn1), respectively. During metaphase, Kar9 localizes asymmetrically on the mitotic spindle, with a prominent accumulation on astral microtubules emanating from the old spindle pole body (SPB – i.e. the yeast equivalent of the centrosome) that is normally directed towards the bud. In case of spindle misalignment, a surveillance mechanism called Spindle Position Checkpoint (SPOC) inhibits mitotic exit and cytokinesis, thereby providing the time necessary to correct spindle alignment. The main target of the SPOC is the small GTPase Tem1, which activates a signal transduction cascade called Mitotic Exit Network (MEN) that drives cells out of mitosis and triggers cytokinesis. Tem1 is localized at SPBs, with an increasingly asymmetric pattern during the progression from metaphase to anaphase, when Tem1 is concentrated on bud-directed old SPB. Recent data have implicated MEN components also in the regulation of Kar9 localization at SPBs and in setting the right polarity of SPBs inheritance during metaphase. In particular, Kar9 localizes more symmetrically in MEN mutants than in wild type cells and this leads to spindle orientation and SPB inheritance defects (i.e. with the new SPB being oriented towards the bud). A key question emerging from these data is how MEN activity is regulated to promote proper Kar9 localization and spindle positioning in metaphase, while being restrained until telophase for what concerns its mitotic exit and cytokinetic functions. We hypothesised that Tem1 post-translational modifications might be relevant for this control and for this reason we have been focusing on the role of Tem1 phosphorylation. Tem1 was found in a wide phosphoproteomic study to be phosphorylated on two tyrosines (Y40 and Y45) located at its N-terminus. We constructed a non-phosphorylatable mutant, TEM1-Y40F,Y45F, where the two phosphorylated tyrosines were mutated to phenylalanine. This mutant allele was able to rescue the lethality caused by TEM1 deletion, suggesting that it retains all its the essential functions. The kinetics of cell cycle progression of TEM1-Y40F,Y45F cells was similar to that of wild type cells, suggesting that lack of Tem1 phosphorylation is unlikely to affect mitotic exit. In addition, the TEM1-Y40F,Y45F allele did not affect the SPB localization of Tem1 and its regulatory GTPase-activating protein Bub2/Bfa1 during the cell cycle. Moreover, although the Tem1-Y40F,Y45F mutant protein showed reduced GTPase activity in vitro, it did not cause SPOC defects in vivo and could efficiently respond to spindle mispositioning. Altogether, these results suggest that lack of Tem1 phosphorylation does not affect the late mitotic functions of the GTPase. In contrast, we found that Tem1 phosphorylation is required for Kar9 asymmetry at SPBs and proper spindle positioning during metaphase. Indeed, TEM1-Y40F,Y45F cells display a more symmetric pattern of Kar9 distribution at SPBs in this cell cycle stage, as well as spindle position and orientation defects. We are currently investigating if Tem1 phosphorylation also regulates the pattern of SPB inheritance. Finally, an important question that we are trying to answer is “what is the kinase that phosphorylates Tem1?” The best candidates are the wee1-like kinase Swe1, which is the only true tyrosine kinase of budding yeast, and Mps1, a dual-specificity protein kinase controlling SPB duplication. While we are developing specific tools to study Tem1 phosphorylation and ultimately identify its promoting kinase, we gained preliminary data suggesting that both kinases might be involved in spindle positioning.