Équipe
CellDiv
Responsables d’équipe : Tournier Sylvie & Gachet Yannick
Présentation
Un contrôle fidèle de la ségrégation des chromosomes est essentiel pour éviter l’instabilité des chromosomes, contrôler le destin des cellules et façonner les tissus. Des défauts de contrôle de ce processus peuvent conduire à des maladies génétiques graves telles que le syndrome de Cri-du-Chat, de Down, de Klinefelter, de Turner, de William ou de Bloom. Notre équipe utilise des approches interdisciplinaires (imagerie sur cellules vivantes, modélisation, simulation) pour étudier les mécanismes fondamentaux contrôlant la robustesse mitotique dans un modèle cellulaire renommé, la levure à fission Schizosaccharomyces pombe. Nous explorons plusieurs aspects du contrôle mitotique (projet 1), notamment la capture, le positionnement, l’oscillation et la bi-orientation des chromosomes (Gachet et al. 2008 ; Courtheoux et al. 2009 ; Gay et al. 2012 ; Goldstone et al. 2010 ; Mary et al. 2015 ; Li et al. 2017 ; Li et al. 2024), ainsi que la séparation des bras chromosomiques et des télomères (Reyes et al. 2015; Gachet Y. et al. 2015 ; Berthezene et al. 2020 ; Colin et al. 2023). Comme les cellules individuelles ou les cellules au sein des tissus sont constamment exposées aux stress physiques, nous étudions également la robustesse de la division cellulaire en présence de stress mécaniques (projet 2).
Projet 1
De la levure à l’homme, la ségrégation précise des chromosomes est pilotée par la ségrégation des chromatides sœurs vers les pôles opposés du fuseau après clivage de la cohésine au début de l’anaphase. En utilisant la levure à fission S. pombe comme système modèle, nous avons révélé qu’une voie supplémentaire opérait au niveau des télomères pour obtenir la séparation complète des chromatides sœurs. Nous avons baptisé cette voie TDP pour « Telomere Dissociation Pathway » (voie de dissociation des télomères). Nous avons montré que la TDP implique la kinase mitotique Aurora-B (Ark1 dans la levure de fission) et le complexe condensine (Reyes et al. 2015 ; Gachet et al. 2015 ; Berthezene et al. 2020). Lorsque Ark1 ou la condensine est déficiente, les centromères atteignent les pôles du fuseau, mais les télomères ne parviennent pas à se séparer en anaphase, formant de longs ponts chromatiniens. La condensine est surtout connue pour façonner les chromosomes mitotiques en repliant la chromatine sous forme de boucles. Plus récemment, nous avons révélé que la condensine est enrichie au niveau des télomères en mitose et qu’elle participe à la disjonction des télomères frères en cis et indépendamment de la décaténation de l’ADN par la topoisomérase II (Colin et al. 2023). L’enrichissement de la condensine aux télomères nécessite Taz1TRF1-2, un composant central du complexe shelterin qui assure les fonctions télomériques. Au niveau mécanistique, nous avons également montré que l’inactivation de Ark1 ou de la condensine augmente l’association de la cohésine avec les extrémités chromosomiques, ce qui suggère que le TDP pourrait contrôler la cohésion médiée par la cohésine au niveau des télomères. Jusqu’à nos récents travaux, le rôle joué par les télomères dans la ségrégation des chromosomes est resté ignoré. Notre découverte illustre la nécessité d’approfondir les recherches sur les processus qui sous-tendent la ségrégation des chromosomes. En utilisant la puissance exploratoire du modèle de la levure à fission, nous avons l’ambition de révéler avec une haute résolution spatiale, temporelle et mécanistique, comment le fonctionnement intégré de Ark1, de la condensine, de la cohésine et du shelterin gouverne la dissociation des télomères frères en anaphase. Cela ouvrira la voie à de futures études reliant la ségrégation des chromosomes à la biologie des télomères. Notre découverte rappelle la séparation des télomères dans les cellules humaines, qui dépend spécifiquement de l’activité de la poly(ADP-ribose) polymérase tankyrase 1, et suggère donc que l’existence d’une voie dédiée à la disjonction des télomères est une caractéristique conservée des cellules eucaryotes.
Projet 2
Il est actuellement admis que le contrôle de la formation du fuseau ou de l’attachement des chromosomes est essentiel pour la robustesse mitotique, mais la manière dont ces processus sont contrôlés dans des conditions de stress, telles que les contraintes solides qui se produisent dans le cadre d’un confinement spatial, reste mal comprise. Alors que des efforts théoriques, expérimentaux et de modélisation ont été consacrés à la compréhension de la fidélité de la ségrégation des chromosomes, la plupart des études ne prennent pas en compte le microenvironnement cellulaire réaliste en termes de défis mécaniques auxquels les cellules sont confrontées. En fait, les cellules sont étirées, déformées ou même comprimées dans leur habitat naturel. Cela vaut aussi bien pour les eucaryotes supérieurs que pour les eucaryotes inférieurs. Les levures et les bactéries prolifèrent naturellement sous forme de biofilms où elles se développent dans une matrice élastique, comme dans une pâte, mais elles sont également soumises à des pressions pendant la fermentation. Les levures S. pombe qui se développent dans un tel environnement peuvent être soumises à des contraintes mécaniques et même se déformer. Cette situation est similaire à celle des tumeurs qui se développent dans un espace confiné. Au cours du développement normal, les cellules soumises à de telles contraintes sont robustes et se divisent fidèlement, alors que dans un contexte pathologique, un stress mécanique lors de la mitose pourrait conduire à l’aneuploïdie. La manière dont la dynamique et la robustesse de la mitose dépendent de stimuli mécaniques externes et dont les cellules s’adaptent à un environnement physique difficile doit être mieux appréhendée. Par conséquent, l’objectif global de ce projet est d’élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents de la robustesse mitotique en utilisant une combinaison de microscopie sur cellules vivantes et de modélisation. En collaboration avec M. Delarue (LAAS, Toulouse), nous avons développé des méthodes complémentaires qui permettent de suivre de multiples paramètres mitotiques (Li et al. 2017 ; Li et al. 2024), tout en mesurant simultanément la fluidité cytoplasmique (fournissant des informations sur la rhéologie du milieu) dans des levures soumises à des conditions mécaniques bien définies (dispositifs microfluidiques). En parallèle, pour aborder la complexité du fuseau mitotique et comprendre la robustesse mitotique, nous avons développé une simulation mitotique pour l’alignement des chromosomes de la levure de fission (Gay et al. 2012 ; Mary et al. 2015). Nous utilisons ces modèles et simulations à gros grains, dans lesquels les nombreux détails au niveau moléculaire sont réduits à un plus petit nombre d’objets avec peu de paramètres, pour comprendre la robustesse mitotique. Notre projet de recherche fondamentale permettra de comprendre comment le stress mécanique affecte le cycle cellulaire et, en particulier, la ségrégation des chromosomes. Le stress mécanique a été impliqué dans une variété de maladies cardiaques, cérébrales et inflammatoires, ainsi que dans le cancer. Comprendre la robustesse au stress mécanique est d’une importance capitale pour prévenir ou même moduler les pathologies développementales liées à la mitose.
– Li T., Gachet Y., Tournier S. MAARS software for automatic and quantitative analysis of mitotic progression. Methods in Molecular Biology 2024 Book: Cell Cycle Control. DOI 10.1007/978-1-0716-3557-5.
– Colin L., Reyes C., Berthezene J., Maestroni L., Modolo L., Toselli E., Chanard N., Schaak S., Cuvier O., Gachet Y., Coulon S., Bernard P., Tournier S. Condensin positioning at telomeres by Shelterin proteins promotes telomere disjunction in anaphase. E.life 2023 doi: https://doi.org/10.7554/eLife.89812.1
– Berthezene J., Reyes C., Li T., Coulon S., Bernard P., Gachet Y., Tournier S. Aurora B and condensin are dispensable for chromosome arm and telomere separation during meiosis II. Mol Biol Cell. 2020 Apr 15;31(9):889-905.
– Maestroni L., Reyes C., Vaurs M, Gachet Y, Tournier S., Géli V., Coulon S. Nuclear envelope attachment of telomeres limits TERRA and telomeric rearrangements in quiescent fission yeast cells. Nucleic Acids Res. 2020 Apr 6;48(6):3029-3041.
– Li T., Mary H., Grosjean M., Fouchard J., Cabello S., Reyes C., Tournier S., Gachet Y. (2017) MAARS: a novel high-content acquisition software for the analysis of mitotic defects in fission yeast. Mol Biol Cell. Jun 15;28(12):1601-1611.
– Mary H., Fouchard J., Gay G., Reyes C., Gauthier T., Gruget C., Pécréaux J., Tournier S., Gachet Y. (2015) Fission yeast kinesin-8 controls chromosome congression independently of oscillations. J Cell Sci. 2015 Oct 15;128(20):3720-30.
– Reyes C., Serrurier C., Gauthier T., Gachet Y., Tournier S. (2015) Aurora B prevents chromosome arm separation defects by promoting telomere dispersion and disjunction J Cell Biol Mar 16;208(6):713-27.
– Gay G., Courtheoux T., Reyes C., Tournier S., Gachet Y. A stochastic model of kinetochore–microtubule attachment accurately describes chromosome segregation. J Cell Biol. Mar 19;196(6):757-74. Epub 2012 Mar 12.
– Courtheoux T., Gay G., Gachet Y., Tournier S. (2009). Ase1/Prc1-dependent spindle elongation corrects merotely during anaphase in fission yeast. J Cell Biol 187, 399-412.
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