Architecture du cytosquelette et morphogénèse cellulaire

Notre équipe explore comment le cytosquelette est organisé et contrôle l’établissement de domaines fonctionnels sur la membrane plasmique dédiés à la croissance polarisée ou à la future division cellulaire. Nous cherchons aussi à comprendre comment le cytosquelette est remodelé à l’entrée en mitose pour promouvoir l’assemblage du fuseau mitotique ou l’anneau contractile de cytocinèse, deux machines moléculaires complexes qui permettent la ségrégation fidèle des chromosomes et la division de la cellule lors de la cytocinèse.

Pour répondre à ces questions fondamentales de morphogenèse, notre équipe allie l’imagerie cellulaire à haute résolution et la biologie moléculaire et cellulaire de la levure S. pombe à des approches innovantes de microfluidique. Récemment, nous avons commencé l’exploration de voies de contrôle conservées dans les cellules de mammifères.

Figure 1: Organization of functional spatial domains by microtu- bules (MTs) and actin. MTs – assembled in symetrical antiparallel bundles – position the nucleus in the middle where cell division will take place; MTs also dictate actin-dependent sites of polarized cell growth.

Fonctions contrôlées par les microtubules (Phong Tran)

Figure 2. Fission yeast is a good model to study the MT cyto- -skeleton.(A) HeLa cells expressing GFP-tubulin. Shown are interphase and mitotic cells.(B) Enlarged images of the boxed region of interphase and mitotic cells shown in A. The magnification is equal to that of the fission yeast in C.(C) A fission yeast cell expressing GFP-tubulin. Interphase fission yeast has 3-5 MT bundles (Piel and Tran, 2009). Mitotic fission yeast has a relatively simple spindle that resembles an elongating bar. Compared to mammalian cells, which have many MTs, fission yeast MTs are relatively easy to visualize and quantify. Therefore, changes in MT architectural dynamics throughout the cell cycle due to ectopic expression of tubulin-modifying enzymes can easily be measured.

Nous souhaitons comprendre comment la polarité cellulaire et la division sont orchestrées par le cytosquelette. Nos études passées ont montré que les faisceaux de microtubules interphasiques contrôlent  la création de nouveaux sites de croissance polarisée organisés par l’actine. Les microtubules  contrôlent aussi la formation du fuseau mitotique qui ségrége les chromosomes. L’architecture du cytosquelette et sa dynamique sont influencés pare des protéines associées comme les moteurs et les facteurs de mise en faisceaux (bundlers) ainsi que par des protéines régulatrices comme les kinases et phosphatases. Un objectif à long terme est de comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels ces protéines fonctionnent et d’établir les conservations évolutives potentielles entre la levure et l’homme. Notre plan est (1) d’identifier les composants des voies de contrôle de la forme et de la division (2) définir les interactions entre composants du cytosquelette connus et nouvellement découverts et (3) développer et appliquer des méthodes d’analyse d’image avancées et des procédés de nanotechnologie aux cellules de levure et de mammifère (Fig 2)

Contrôle spatio-temporel de la division cellulaire (Anne Paoletti)

Figure 3: Spatio-temporal regulation of cell division in fission yeast. Contractile ring Node precursors are composed of the two major components Cdr2 and Mid1. Their assembly is restricted to the middle by Pom1 kinase which forms a gradient emanating from the cell tips. Pom1 lowers Cdr2 affinity for membrane lipids and also inhibits Cdr2 clustering dependent on Mid1/Cdr2 interaction.

Notre objectif est de déterminer comment la division cellulaire est controlée dans le temps et dans l’espace pour guarantir une ségrégation correcte des chromosomes et une partition égale du cytoplasme entre les cellules filles. Nos travaux passés ont montré que chez la levure S. pombe ces régulations impliquent des nœuds corticaux médians organisés par la kinase SAD Cdr2 et Mid1, une protéine de la famille de l’anillin qui définit la position du plan de division pendant l’interphase. Ces nœuds servent de précurseurs de l’anneau contractile acto-myosique. Ils déclenchent l’assemblage de l’anneau contractile en position médiane quand Mid1 est activé par la kinase de la famille polo Plo1. Nous avons aussi découvert que ces nœuds sont restreints au cortex médian par la DYRK kinase Pom1 qui forme des gradients de concentration émanant des poles de la cellule. Notre travail le plus récent démontre comment Pom1 empêche l’assemblage des nœuds corticaux aux poles de la cellule en réduisant l’affinité de Cdr2 pour les lipides membranaires et en limitant sa capicité de clustering qui requiert son interaction avec Mid1. De manière intéressante, Cdr2 favorise aussi l’entrée en mitose en inhibant Wee1. Cette seconde fonction de Cdr2 est également inhibée par Pom1. Cependant cette inhibition est levée quand les cellules s’allongent par croissance, ce qui permet de coupler l’entrée en mitose à la taille de la cellule. Notre objectif est maintenant de caractériser la fonction de composants additionnels des nœuds corticaux médians impliqués qui participent au contrôle spatial de la division ou favorisent l’entrée en mitose. Nous souhaitons également identifier les cascades de signalisation et les mécanismes moléculaires qui permettent le remodelage des nœuds corticaux à l’entrée en mitose quand l’anneau contractile commence à s’assembler. Finalement, nous souhaitons aussi définir si les mécanismes que nous avons identifiés chez la levure sont conservés chez les Eucaryotes supérieurs.