Etude de l'entrée en phase M méiotique : rôle des protéines Myt1 et Xe-p9

Meiotic M-phase entry : role of Myt1 kinase and Xe-p9 protein

• Auteur / Autrice : Naima Belhachemi
• Direction : Anthi Karaiskou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du Développement
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

CAK (enzyme)

Cyclines

Kinases dépendantes des cyclines

Résumé

L’objectif de cette thèse visait à améliorer la compréhension des mécanismes de contrôle des divisions méiotiques, un événement crucial en biologie de la reproduction et du développement. Il repose sur l’utilisation de l’ovocyte de Xénope, cellule bloquée en prophase de première division méiotique dans les ovaires. La reprise de la méiose a lieu lors de l’ovulation, en réponse à une hormone stéroïde, la progestérone. Elle se caractérise par la mise en place d'un premier fuseau de métaphase, l’expulsion du premier globule polaire et la formation du fuseau de métaphase de deuxième division méiotique, stade auquel l’ovocyte se bloque jusqu'à la fécondation. Le passage de la prophase I à la métaphase II est appelé maturation méiotique et est utilisé comme modèle d’étude de la transition G2-M du cycle cellulaire. La reprise de la méiose se caractérise par l’activation du MPF (M-phase Promoting Factor ou complexe Cdc2/Cycline B), facteur universel d’entrée en phase M chez les cellules eucaryotes. Nous nous sommes intéressés à l’étude des mécanismes régulant l’activation du MPF au cours de la reprise de la méiose. Cette activation repose sur la conversion du stock de pré-MPF inactif (stock de Cdc2/Cycline B maintenu inactif grâce à deux phosphorylations inhibitrices sur les résidus Thr14 et Tyr15 de Cdc2) en MPF actif, par un mécanisme d'auto-amplification. Pour que cet événement ait lieu un préalable est nécessaire : un changement d'équilibre des activités des enzymes régulant le niveau de phosphorylation des Thr14 et Tyr15 ; la phosphatase Cdc25 et la kinase Myt1. Dans un premier temps, nous avons montré que l’activité de Myt1 était indispensable dans le maintien des ovocytes en prophase I. Par la suite nous avons mis en évidence un mécanismes initiateur de l'entrée en méiose : des complexes de MPF actifs, nouvellement formés par les Cyclines synthétisées en réponse à la progestérone et du Cdc2 libre, prennent en charge l'inhibition initiale de Myt1, ce qui change l'équilibre Cdc25/Myt1 et lance la conversion du pré-MPF en MPF actif. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à l’implication des protéines de la famille Cks, partenaires peu étudiés des Cdk/Cyclines, lors de la reprise de la méiose. Nous avons montré que la protéine Xe-p9, homologue de Cks chez le Xénope, forme un complexe avec un pool spécifique de la protéine Cdc2, non associée à une Cycline et phosphorylée sur le résidu Thr161. L'association de cette réserve spécifique de Cks/Cdc2 avec les Cyclines nouvellement synthétisées en réponse à la progestérone, aboutirait à la formation des néo-complexes de MPF actif, déjà phosphorylés sur la Thr161 et qui serviraient à lancer la boucle d'auto-amplification du MPF. Nos résultats suggèrent donc que la protéine Xe-p9 joue un rôle positif essentiel dans l'activation du MPF et l’initiation de la méiose dans l'ovocyte de Xénope

The main objective of this Thesis was to unravel the mechanisms allowing the activation of the molecular engine driving entry into M-phase in eukaryotic cells: MPF (M-Phase promoting Factor). For this purpose, meiotic divisions of the Xenopus oocytes were selected as a model system. Xenopus oocytes are naturally arrested in prophase of the first meiotic division. After progesterone stimulation, they complete the first meiotic division, form a metaphase I spindle and resume the first meiotic division with the extrusion of the first polar body. They immediately enter the second meiotic division by the formation of a metaphase II spindle and arrest at this stage until fertilization. This process depends the tight regulation of MPF activity (M-phase promoting factor), a complex between Cyclin B and the Cyclin-dependent kinase, Cdc2. Progesterone-triggered meiosis resumption ultimately leads to conversion of pre-MPF (a stockpile of inactive MPF due to two inhibitory phosphorylations, on Thr14 and Tyr15) into active MPF by an auto-amplification mechanism. MPF activation through removal of the inhibitory phosphorylations, is controlled by the activities of the Ccd25 phosphatase and the counteracting Myt1 kinase. The main results of this work are : 1) Myt1 function is required to maintain prophase I arrest in oocytes and Myt1 inhibition is an early event of meiosis resumption, controlled by neo-synthesized Cyclins, thus newly formed Cdc2/Cyclin B complexes. We propose a model in which the significant upregulation of Cyclin B synthesis following progesterone stimulation produces a small population of active Cdc2-Cyclin B, which is responsible for early Myt1 inhibition; this change in the balance between Cdc25 and Myt1 ensures rapid and complete conversion of pre-MPF into active MPF. 2) We then studied the implication of Cks proteins, Cdk-associated proteins, in the resumption of meiosis. We showed that the Xenopus Cks homolog Xe-p9 is present in oocytes and associated to a special fraction of free Cdc2, carrying the activating phosphorylation on Thr161. Furthermore, a functional approach allowed us to establish that Xe-p9 protein has an essential role in Xenopus meiotic M-phase entry. Overall our results led us to propose a model in which Cks-bound Cdc2, and already phosphorylated on Thr161, associates with newly synthesized Cyclins and the resulting active and ready-to-use MPF molecules act as the molecular trigger of meiosis re-entry