Le positionnement du fuseau mitotique chez le zygote d'ascidie et son rôle dans la répartition des organelles

Spindle positioning in the ascidian zygote and its role in organelles repartition

• Auteur / Autrice : Anne Rosfelter
• Direction : Alexander McDougall, Hervé Turlier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 20/02/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement de Villefranche-sur-Mer (Alpes-Maritimes ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie Delattre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bénédicte Charrier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Lacroix, Guillaume Halet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fuseau mitotique

Microtubules

Cycle cellulaire

Morphogenèse

Ascidies

Mots clés libres

Microtubules

Cycle cellulaire

Cortex actine

Embryon ascidie

Vitellus

Morphogenese

Microtubules

Cell cycle

Actin cortex

Ascidian embryo

Yolk

Morphogenesis

Résumé

Après la fécondation d’un ovocyte, un aster de microtubules se forme autour de l’ADN mâle. Cet aster spermatique permet d’amener le pro-noyau femelle jusqu’au pro-noyau mâle pour qu’ils puissent fusionner. Il permet aussi de déplacer l’ADN fusionné jusqu’au centre de la cellule pour assurer une division cellulaire équitable. Les mécanismes de centration d’un aster ou d’un fuseau ont donné lieu à de nombreuses recherches, que ce soit par modélisation, expérimentalement chez des espèces telles C. elegans, P. lividus, M.musculus ou in vitro sur des extraits de Xenopus laevis. Trois mécanismes principaux se dégagent : le pushing, le cortical pulling et le cytoplasmic pulling (ou bulk pulling). En étudiant le déplacement de l’aster et du fuseau mitotique chez le zygote de l’ascidie P. mammillata j’ai découvert un système qui combine ces trois mécanismes en s’appuyant sur l’alternance des étapes du cycle cellulaire. En méiose, l’aster utilise la polymérisation des microtubules qui le composent pour pousser contre le cortex d’actine et s’en décoller (pushing). Arrivé en interphase, l’aster retourne contre le cortex grâce à une traction qu’exerce la membrane sur les microtubules (cortical pulling). Enfin à l’entrée en mitose, la traction membranaire cesse et libère les asters du fuseau mitotique, qui cèdent donc aux forces exercées par le transport d’organelles vers le centre de l’aster (cytoplasmic pulling) qui semblent constantes durant le cycle cellulaire. Cela permet de centrer le fuseau. En même temps que l’aster se forme et se déplace, une réorganisation des compartiments intracellulaires se met en place. Pour comprendre de quelle manière l’organisation intracellulaire peut être perturbée par la formation de l’aster, j’ai étudié le cas du vitellus. En effet, le vitellus, qui est présent sous forme de vésicules, est initialement abondant et homogène dans l’ovocyte non fécondé. Cependant, dès que l’aster apparaît, sa répartition change et les vésicules de vitellus sont exclues de la zone contenant l’aster. Cette exclusion générée à la formation de l’aster chez le zygote, est maintenue au cours du développement. Dans mes travaux, j’ai pu observer qu’elle est majoritairement due à l’accumulation à l’aster d’autres organelles comme le réticulum endoplasmique. La fonction de transport des microtubules de l’aster suffit donc à réorganiser complètement la cellule en excluant certaines organelles et en en accumulant d’autres. Les déplacements de l’aster et du fuseau mitotique, leur régulation par le cycle cellulaire, et la réorganisation intracellulaire, identifiés ici chez le zygote d’ascidie, s’appuient sur le fonctionnement d’éléments fondamentaux d’une cellule, à savoir : les microtubules, le cortex d’actine, le réticulum endoplasmique, les protéines du cycle cellulaire, etc. Les découvertes présentées revêtent ainsi une portée universelle, adaptable aux spécificités de différents types cellulaires.

After oocyte fertilization, a microtubule aster forms around the male DNA. The sperm aster brings the female pro-nucleus to the male pro-nucleus so they can fuse, but it also moves the fused nuclei to the cell center to ensure an equitable cell division. Numerous studies performed in vitro, by modeling or experimentally in species such as C. elegans, P. lividus, and M. musculus, addressed the aster and spindle centration mechanisms. Three main mechanisms emerged; pushing, cortical pulling, and cytoplasmic pulling. By studying aster centration in the zygote of the ascidian P. mammillata, I discovered a system that combines these three mechanisms based on the cell cycle stages. In meiosis, the aster uses the polymerization of its microtubules to push against the actin cortex and move away from it (pushing). Once in interphase, the aster returns to the cortex by a pull exerted by the membrane on the microtubules (cortical pulling). At mitosis entry, cortical pulling stops, and releases the mitotic spindle's asters. In consequence, the asters give in to the forces exerted by the transport of organelles to the aster center (cytoplasmic pulling), that appeared constant during the cell cycle. Cytoplasmic pulling hence participate in centering the spindle While the aster forms and moves, the intracellular compartments reorganize. To understand how intracellular organization can be disrupted by aster formation, I studied the case of yolk. The yolk, in the form of vesicles (called granules or platelets), is initially abundant and homogeneous in the unfertilized oocyte. However, as soon as the aster appears, its distribution changes and the yolk platelets are excluded from the region containing the aster. This exclusion generated by the aster formation in the zygote is maintained during development. I observed that yolk exclusion is mainly due to the accumulation at the aster of other organelles such as the endoplasmic reticulum. The transport function of the aster microtubules is therefore sufficient to completely reorganize the cell by excluding some organelles and accumulating others. The movements of the aster and the spindle, their regulation by cell cycle, and the intracellular reorganization, identified here in the ascidian zygote, rely on basic elements of a cell, namely: the microtubules, the actin cortex, the endoplasmic reticulum, the proteins of the cell cycle, etc. Thus, the discoveries presented here cover a broad scope, and seem adaptable to the specificities of different cell types.