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Theses Year : 2020

Mitotic and meiotic spindle dynamics comparison in fission yeast

Comparaison de la dynamique du fuseau mitotique et méiotique chez la levure à fission

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Abstract

Cell division is a universal process in all living beings where duplicated chromosomes are separated to the opposite cell poles. Mitosis is a cell division type that serves for proliferation of cells, while meiosis produces sex cells, which are used in the sexual reproduction of an organism. In both cases, a microtubule-based machine called a spindle flawlessly separates the chromosomes. Precise chromosome separation is paramount, as any errors in chromosome segregation can result in aneuploidy that may cause congenital defects, cancer or cell death.Mitosis and meiosis have been the focus of research for many decades, and a plethora of key players has been identified and studied. However, no study has been done on comparison of mitotic and meiotic spindle dynamics in the same organism. In this study, mitotic and meiotic spindle dynamics have been characterized and compared simultaneously in fission yeast. Spindle dynamics comparison ascertained that there are three distinct spindle types – mitotic, meiotic I and meiotic II spindles, with distinguishing features. A fission yeast mutant deficient for kinesin-5 Cut7 and kinesin-14 Pkl1 was used as a tool to identify the source of the differences in mitotic and meiotic spindle dynamics. Although cut7Δpkl1Δ mitotic spindles are bipolar and capable of segregating the chromosomes, we show that meiosis I spindles fail to establish bipolarity and separate the chromosomes, resulting in zygotes forming less than typical four spores. Next, we reveal Pkl1 concentration is reduced in meiotic I compared to mitotic spindles, and identify kinesin-14 Klp2 as the molecule that co-operates with Pkl1 in antagonizing Cut7 in meiosis I. Furthermore, we found that suppressing microtubule dynamics in cut7Δpkl1Δ zygotes restores spindle bipolarity, arguing that microtubules are more dynamic in meiosis I spindles than in mitotic spindles.In summary, this work shows mitotic and meiotic spindles are inherently different, and their differences stem from kinesin-14s and microtubule dynamics regulation.
La division cellulaire est un processus universel chez tous les êtres vivants où les chromosomes dupliqués sont séparés aux pôles cellulaires opposés. La mitose est un type de division cellulaire qui sert à la prolifération des cellules, tandis que la méiose produit des cellules sexuelles, qui sont utilisées dans la reproduction sexuelle d'un organisme. Dans les deux cas, une machine à base de microtubules appelée le fuseau sépare parfaitement les chromosomes. Une séparation précise des chromosomes est primordiale, car les erreurs de ségrégation des chromosomes dans peuvent entraîner une aneuploïdie qui pourrait provoquer des malformations congénitales, le cancer ou la mort cellulaire.La mitose et la méiose font l'objet de recherches depuis de nombreuses décennies, et une pléthore d'acteurs clés a été identifiée et étudiée. Cependant, aucune étude n'a été réalisée sur la comparaison de la dynamique des fuseaux mitotiques et méiotiques dans le même organisme. Dans cette étude, la dynamique du fuseau mitotique et méiotique a été caractérisée et comparée simultanément dans la levure à fission. La comparaison de la dynamique des fuseaux a permis de déterminer qu'il existe trois types de fuseaux distincts - le fuseau mitotique, méiotique I et méiotique II, avec des caractéristiques distinctives. Un mutant de levure à fission déficient en kinésine-5 Cut7 et en kinésine-14 Pkl1 a été utilisé comme outil pour identifier la source des différences dans la dynamique du fuseau mitotique et méiotique. Bien que les fuseaux mitotiques cut7Δpkl1Δ soient bipolaires et capables de séparer les chromosomes, nous montrons que les fuseaux de la méiose I ne parviennent pas à établir la bipolarité et à séparer les chromosomes, ce qui entraîne la formation de zygotes formant moins de quatre spores typiques. Ensuite, nous révélons que la concentration de Pkl1 est réduite en fuseaux méiotiques I par rapport aux fuseaux mitotiques, et identifions la kinésine-14 Klp2 comme la molécule qui coopère avec Pkl1 en antagonisant Cut7 dans la méiose I. De plus, nous avons constaté que la suppression de la dynamique des microtubules dans cut7Δpkl1Δ zygotes restaure bipolarité du fuseau, faisant valoir que les microtubules sont plus dynamiques dans les fuseaux de la méiose I que dans les fuseaux mitotiques.En résumé, ce travail montre que les fuseaux mitotiques et méiotiques sont intrinsèquement différents, et leurs différences proviennent de la kinésine-14 et de la régulation de la dynamique des microtubules.
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Dates and versions

tel-03174872 , version 1 (19-03-2021)

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  • HAL Id : tel-03174872 , version 1

Cite

Ana Loncar. Mitotic and meiotic spindle dynamics comparison in fission yeast. Cellular Biology. Université Paris sciences et lettres, 2020. English. ⟨NNT : 2020UPSLT003⟩. ⟨tel-03174872⟩
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