Mechanisms of anaphase B spindle elongation & scaling in Schizosaccharomyzes pombe

par Lara Krüger

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Phong Tran.

Soutenue le 15-10-2021

à l'Université Paris sciences et lettres , dans le cadre de École doctorale Structure et Dynamique des Systèmes Vivants , en partenariat avec Biologie Cellulaire et Cancer (laboratoire) , Institut Curie (établissement opérateur d'inscription) et de Biologie Cellulaire et Cancer (laboratoire) .

Le président du jury était Buzz Baum.

Le jury était composé de Phong Tran, Buzz Baum, Marileen Dogterom, Nicolas Minc, Anna Akhmanova, Marie-Hélène Verlhac.

Les rapporteurs étaient Buzz Baum, Marileen Dogterom.

  • Titre traduit

    Mécanismes de l'élongation du fuseau en anaphase B et de l'adaptation à la taille des cellules chez S. pombe


  • Résumé

    Pendant la division cellulaire, une machine moléculaire hautement dynamique, le fuseau mitotique, sépare l'ADN précédemment dupliqué en deux ensembles identiques. Cette séparation est réalisée par le déplacement des chromatides soeurs vers les pôles opposés du fuseau (anaphase A) et par la séparation des pôles du fuseau entraînée par l'allongement du fuseau (anaphase B). Dans la plupart des organismes, l'allongement du fuseau en anaphase B est principalement entraîné par les forces de glissement des microtubules générées par les moteurs à kinésine au niveau de la zone médiane du fuseau, la région de microtubules se chevauchant de façon antiparallèle au centre du fuseau. En même temps, les microtubules du fuseau doivent croître afin de permettre l'allongement du fuseau. En fait, le glissement des microtubules et la croissance des microtubules doivent être coordonnés pour assurer une élongation sans faille du fuseau.Ce travail démontre que, dans l'organisme modèle Schizosaccharomyces pombe, la kinésine-6 homotétramérique Klp9 est un régulateur crucial de l'allongement du fuseau en anaphase B. Une combinaison d'expériences in vivo et in vitro indique que le moteur possède une double fonction : il peut écarter les microtubules et réguler leur vitesse de croissance. Ainsi, le moteur peut coordonner de manière inhérente le glissement des microtubules et la croissance.Par conséquent, la modification du nombre de moteurs présents dans la zone médiane du fuseau s'avère suffisante pour réguler la vitesse de l'élongation du fuseau en anaphase B. En fait, c’est utilisée par des cellules de tailles différentes pour ajuster la vitesse d'élongation du fuseau en anaphase B à la taille de la cellule. L'augmentation de la quantité de Klp9 permet aux cellules plus grandes, qui forment des fuseaux plus longs, d'allonger le fuseau à des vitesses plus élevées, par rapport aux cellules plus petites, qui forment des fuseaux plus courts. La mise à l'échelle de la vitesse d'élongation du fuseau permet finalement à des cellules de différentes tailles avec une longueur de fuseau différente de maintenir le processus de séparation des chromatides sœurs dans un temps constant, un avantage potentiel pour la viabilité des cellules.


  • Résumé

    During cell division, a highly dynamic molecular machine, the mitotic spindle, separates the previously duplicated DNA into two identical sets. This is achieved by movement of sister-chromatids to opposite spindle poles (anaphase A) and separation of the spindle poles driven by elongation of the spindle (anaphase B). In most organisms, anaphase B spindle elongation is primarily driven by microtubule sliding forces generated by kinesin motors at the spindle midzone, the region of antiparallel overlapping microtubules at the spindle center. At the same time, the spindle microtubules have to grow in order to allow the spindle to elongate. In fact, microtubule sliding and microtubule growth have to be coordinated to ensure flawless spindle elongation.This work demonstrates that, in the model organism Schizosaccharomyces pombe, the homotetrameric kinesin-6 Klp9 is a crucial regulator of anaphase B spindle elongation. A combination of in vivo and in vitro experiments indicates that the motor holds a dual function: it can slide microtubules apart and regulate their growth velocity. Thus, the motor may inherently coordinate microtubule sliding and growth during anaphase.Accordingly, altering the number of motors present at the spindle midzone was sufficient to alter the speed of anaphase B spindle elongation. In fact, this is utilized by cells of different sizes to adjust the spindle elongation velocity to cell size. Increasing the Klp9 amount allows bigger cells, which form longer spindles, to elongate the spindle with higher speeds, as compared to smaller cells, which form shorter spindles. Scaling of the spindle elongation velocity eventually allows cells of different sizes with different spindle length to keep the process of sister-chromatid separation in a constant time frame, a potential advantage for cell viability.


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