Control of meiotic resumption by PKA, PP2A, and their substrate Arpp19
Contrôle de l’entrée en division méiotique par les enzymes PKA et PP2A, et leur substrat Arpp19
Résumé
My thesis aimed at understanding how the female germ cell, or oocyte, resume meiotic divisions. In the animal kingdom, the oocyte is blocked in prophase of the first meiotic division and resumes the division at time of ovulation, in response to an external signal, progesterone in Xenopus. This hormone triggers a signalling pathway that leads to the activation of the Cdk1 kinase after 3 to 5 hours. The first activated molecules of Cdk1 trigger a self-amplification loop allowing its total activation and division. This loop is based on phosphorylations catalyzed by Cdk1 and depends on the inhibition of the phosphatase that antagonizes Cdk1 activity, PP2A-B55δ. This inhibition depends on the protein Arpp19, a specific inhibitor of PP2A-B55δ when phosphorylated at S67 by Greatwall kinase. Arpp19 has a second role during meiosis resumption. In all vertebrates, the prophase arrest is maintained by high PKA activity. In Xenopus, Arpp19 is phosphorylated by PKA on a residue distinct from Greatwall target, S109. In response to progesterone, the inhibition of PKA induces Arpp19 dephosphorylation, which activates the signalling pathway leading to Cdk1 activation. A phosphatase is therefore required to dephosphorylate Arpp19 at S109 and to unlock the Cdk1 activation pathway. My work aimed at elucidating the molecular identity of this unknown phosphatase. Through biochemical and proteomic approaches, I have identified this phosphatase as PP2A-B55δ. By functional approaches in acellular extracts and oocytes, I have established that PP2A-B55δ is active in prophase. Arpp19 phosphorylation at S109 depends on a balance between PKA and PP2A-B55δ activities, in favor of the kinase. In response to progesterone, PP2A-B55δ activity is not affected and PKA inhibition is sufficient for Arpp19 dephosphorylation. PP2A-B55δ therefore orchestrates the release of the prophase arrest and the entry into M-phase by acting at two different periods and at two distinct residues in Arpp19, respectively facing PKA and Greatwall.
Ma thèse a visé à comprendre comment la cellule germinale femelle, ou ovocyte, reprend la division méiotique. Dans tout le règne animal, l’ovocyte est bloqué en prophase de première division méiotique et reprend la division au moment de l’ovulation, sous l’effet d’un signal externe, la progestérone chez le xénope. Cette hormone déclenche une voie de signalisation qui aboutit après 3 à 5 heures à l’activation de la kinase Cdk1. Les premières molécules activées de Cdk1 déclenchent une boucle d’auto-amplification permettant son activation totale et l’entrée en division. Cette boucle repose sur des phosphorylations catalysées par Cdk1 et ne fonctionne que si la phosphatase qui contrecarre son activité, PP2A-B55δ, est inhibée. Cette inhibition dépend de la protéine Arpp19, un inhibiteur spécifique de PP2A-B55δ quand elle est phosphorylée sur la S67 par la kinase Greatwall. Arpp19 a un second rôle lors de la reprise de la méiose. Chez tous les vertébrés, l’arrêt en prophase est maintenu par une forte activité de PKA. Chez le xénope, Arpp19 est phosphorylée par PKA sur un résidu distinct de celui ciblé par Greatwall, la S109. En réponse à la progestérone, l’inhibition de PKA provoque la déphosphorylation d’Arpp19, ce qui permet d'enclencher la voie de signalisation conduisant à l'activation de Cdk1. Une phosphatase est donc requise pour déphosphoryler Arpp19 sur S109 et lever le verrou exercé sur l'activation de Cdk1 en prophase. Mon travail a visé à élucider l’identité moléculaire de cette phosphatase inconnue. Par des approches de biochimie et protéomique, j’ai identifié cette phosphatase comme étant PP2A-B55δ. Par des approches fonctionnelles dans des extraits acellulaires et des ovocytes, j’ai établi que PP2A-B55δ est active en prophase. La phosphorylation d’Arpp19 sur la S109 dépend d'une balance entre les activités de PKA et PP2A-B55δ, en faveur de la kinase. En réponse à la progestérone, l’activité de PP2A-B55δ n’est pas affectée et l’inhibition de PKA suffit à la déphosphorylation d’Arpp19. PP2A-B55δ orchestre donc la levée de l’arrêt en prophase et l'entrée en phase M en agissant à deux périodes et sur deux sites distincts d’Arpp19, respectivement ciblés par PKA et Greatwall.
Origine : Version validée par le jury (STAR)