Csi2 modulates microtubule dynamics and helps organize the bipolar spindle for proper chromosome segregation in fission yeast

par Maria Judite Sousa Da Costa

Thèse de doctorat en Biologie Moléculaire et cellulaire

Sous la direction de Phong Tran.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

mots clés

• Mitose
• Microtubules
• Fuseau mitotique

Résumé

Proper chromosome segregation is of paramount importance for proper genetic inheritance. Defects in chromosome segregation can lead to aneuploidy, which is a hallmark of cancer cells. Eukaryotic chromosome segregation is accomplished by the bipolar spindle. Additional mechanisms such as the spindle assembly checkpoint and centromere positioning further help to ensure complete segregation fidelity. We present here the fission yeast csi2+. Csi2p localizes to the spindle poles, where it regulates mitotic microtubule dynamics, bipolar spindle formation, and subsequent chromosome segregation. The bipolar mitotic spindle contains many short dynamic microtubules of ~1 micron scale, this represents a challenge for live cell imaging because the typical maximum resolution of the optical microscope is ~λ/2 or ~300 nm. We developed a novel method to image short fission yeast mitotic microtubules using the thermosensitive reversible kinesin-5 cut7. 24ts to create monopolar spindles. Csi2-deletion (csi2Δ) results in abnormally long mitotic microtubules, high rate of transient monopolar spindles, and a subsequent high rate of chromosome segregation defects. As csi2Δ has multiple phenotypes, it enables estimates of the relative contribution of the different mechanisms to the overall chromosome segregation process. Centromere positioning, microtubule dynamics, and bipolar spindle formation can all contribute to chromosome segregation. Our data suggests that the major determinant of chromosome segregation defects may be microtubule dynamic defects.

Résumé

La ségrégation correcte des chromosomes est processus fondamental pour maintenir la stabilité génomique. Des défauts de ségrégation sont souvent à l’origine de l’apparition de cellules aneuploïdes, caractéristique fréquemment observée dans les cellules cancéreuses. Dans les cellules eucaryotes, la ségrégation correcte des chromosomes est assurée par le fuseau mitotique. Des mécanismes de contrôle, tels que le point de contrôle mitotique et le bon attachement des centromères, sont mis en œuvre pour assurer la bonne ségrégation des chromosomes. Dans cette étude, nous avons pu établir chez le levure fissipare, que la protéine csi2, localisée aux pôles du fuseau mitotique, joue un rôle sur la dynamique des MTs mitotiques, dans la formation d’un fuseau mitotique intègre et par conséquent dans la ségrégation correcte des chromosomes. Les MTs composants le fuseau mitotique bipolaire sont dynamiques et de petite taille ~1µm ce qui représente un défis technique pour les imager, en effet, la résolution optique d’un microscope ~λ/2 est en général de 300nm. Nous avons développé une nouvelle approche pour imager les MTs mitotiques basée sur l’utilisation du mutant réversible thermosensible kinesin-5 cut7. 24ts, pour obtenir des cellules ayant des fuseaux monopolaires. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence que la délétion de la protéine csi2 chez la levure S. Pombe était à l’origine d’un allongement de la longueur des microtubules mitotiques, d’une augmentation du nombre de cellules présentant un fuseau monopolaire et d’une augmentation des défauts de ségrégation des chromosomes. L’étude de l’implication de la protéine csi2 dans ces différents mécanismes nous a permis de mettre en évidence la contribution de chacun de ces mécanismes dans la bonne ségrégation des chromosomes. Nous proposons dans cette étude que le facteur déterminant à l’origine d’une ségrégation incorrecte des chromosomes serait majoritairement imputable à des défauts de régulation de la dynamique des microtubules.