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111 | 2012
Annuaire du Collège de France 2010-2011
Résumé des cours et travaux 111e année
Équipes accueillies

Divisions asymétriques ovocytaires

Marie-Hélène Verlhac
p. 941-945

Texte intégral


   

Responsable : Marie-Hélène Verlhac

Recherche

  • 1  Dumont J., Petri S., Pellegrin F., Terret M.E., Bohnsack M.T., Rassinier P., Georget V., Kalab P., (...)

1Les ovocytes de métazoaires subissent deux divisions successives, asymétriques par la taille des cellules filles engendrées, donnant naissance à une très grosse cellule germinale, l’ovocyte et deux petits globules polaires. Ceci assure le maintien des réserves maternelles, indispensables au développement embryonnaire. L’asymétrie des divisions méiotiques de l’ovocyte de souris repose sur la formation d’un fuseau de division en absence de centrosomes canoniques et son positionnement au cortex de la cellule, qui dépend principalement des microfilaments d’actine1. Comment s’assemblent les fuseaux méiotiques en absence de centrosomes canoniques ? Quel est le lien entre assemblage et positionnement ? Quelles sont les modalités de mise en place des différents réseaux d’actine contrôlant le positionnement ? Comment est établie la brisure de symétrie induisant la polarisation d’une cellule non polarisée ?

Mise en place de la bipolarité du fuseau méiotique acentriolaire

  • 2  Dumont J., Million K., Sunderland K., Rassinier P., Lim H., Leader B. and Verlhac M.H., « Formin-2 (...)
  • 3  Tsou A.P., Yang C.W., Huang C.Y., Yu R.C., Lee Y.C., C.W. Chang. et al., « Identification of a nov (...)

2En mitose, les fuseaux de division s’organisent par la voie des centrosomes et voie des chromosomes. En méiose, la voie des chromosomes est importante mais, d’une manière inattendue, n’implique pas le gradient de RanGTP2. Les erreurs d’organisation des fuseaux méiotiques induisent des aneuploïdies, à l’origine de maladies génétiques, de nombreux cancers voir totalement incompatibles avec le développement embryonnaire. Nous avons mis en évidence un mode de mise en place des fuseaux méiotiques par l’assemblage de microtubules dans la région centrale du fuseau, dépendante de Hurp (Hepatoma Up-regulated Protein)3. Nous avons montré que la protéine Hurp se localise sur les microtubules anti-parallèles présents dans cette région centrale. Cette localisation dépend de la présence des chromosomes, des microtubules et de l’activité du moteur Kinésine 5.

  • 4  Breuer M., Kolano A., Kwon M., Li C.C., Tsai T.F., Pellman D., Brunet S. and Verlhac M.H., « HURP (...)

3Les femelles invalidées pour le gène Hurp sont stériles mais tout à fait viables. Les ovocytes issus de ces souris invalidées présentent de nombreuses aneuploïdies de ségrégation lors de la méiose I, expliquant la stérilité des femelles. Une analyse in vivo de la formation des fuseaux méiotiques montre qu’ HURP est requise pour l’assemblage de microtubules, dans la région où elle se localise, et que ces microtubules permettent une mise en place efficace et durable de la bipolarité du fuseau de méiose I. Les fuseaux assemblés en absence de HURP ne présentent pas de répartition correcte des MTOCs (MicroTubules Organizing Centers) aux pôles des structures bipolaires. Nous proposons un nouveau modèle de mise en place du fuseau méiotique, dépendant du fuseau central et de la polymérisation locale de microtubules, à proximité des chromosomes, par la protéine HURP. Nous avons montré que HURP était aussi impliquée dans le mécanisme de rassemblement des centrosomes surnuméraires aux pôles des fuseaux des cellules cancéreuses avant la cytokinèse et ce avec une efficacité aussi importante que le moteur microtubulaire HSET. Il s’agit là d’une découverte importante qui tend à suggérer que les mécanismes naturels de formation des fuseaux méiotiques ressemblent à ceux présents dans certaines cellules cancéreuses4.

Contrôle de la division asymétrique ovocytaire

  • 5  Azoury J., Lee K.W., Georget V., Rassinier P., Leader B. and Verlhac M.H., « Spindle positioning i (...)
  • 6  Azoury J., Lee K.W., Georget V., Hikal P. and Verlhac M.H., « Symmetry breaking in mouse oocytes r (...)

4De part l’absence de centrosomes, la plupart des fuseaux méiotiques sont dépourvus d’asters microtubulaires les connectant à la membrane plasmique cellulaire. Le positionnement de ces fuseaux au cortex ovocytaire ne dépend donc pas de microtubules astèriens, mais dépend de microfilaments d’actine. Or, leur positionnement au cortex dans des cellules de taille gigantesque, par rapport aux cellules somatiques, est indispensable aux divisions asymétriques permettant l’expulsion de petits globules polaires. Nous avons montré que la Formine 2, un nucléateur de l’actine, est essentielle à la formation d’un réseau de microfilaments d’actine cytoplasmique s’assemblant autour du fuseau méiotique et assurant la migration et l’ancrage de ce dernier au cortex5. Nous avons étudié le remodelage in vivo de ce réseau au cours du temps et pu observer que ce réseau disparaissait avant l’entrée en méiose I puis réapparaissait en cours de méiose I en corrélation avec la présence de la Formine 2. La surexpression de la Formine 2 permet de saturer le système de dégradation normalement présent à la reprise de la méiose, empêche la déstabilisation du réseau de microfilaments d’actine, et a pour conséquence de bloquer la migration du fuseau de méiose I au cortex. Ce remodelage de l’actine cytoplasmique est donc essentiel à la division asymétrique6.

Interface entre morphogenèse et positionnement du fuseau méiotique

  • 7  Silk A.D., Holland A.J., and Cleveland D.W.,« Requirements for NuMA in maintenance and establishme (...)
  • 8  Halet G. and Carroll J., « Rac activity is polarized and regulates meiotic spindle stability and a (...)

5Nous souhaitons tester les conséquences d’un positionnement altéré du fuseau de méiose I au cortex. En particulier nous souhaitons tester le rôle des pôles du fuseau dans le contrôle du lien entre morphogenèse et positionnement. Pour cela, en collaboration avec le laboratoire de Don Cleveland (USA), nous étudions les conséquences résultants de l’expression d’un l’allèle mutant conditionnel de NumA (Nuclear Mitotic Apparatus) qui ne s’associe plus aux microtubules. L’expression de ce mutant a lieu au cours de l’ovogenèse grâce à l’utilisation de souris exprimant la Cre-recombinase sous contrôle du promoteur ZP3 (Zona Pellucida 3, spécifique de la lignée germinale femelle). Les souris femelles exprimant cet allèle sont stériles7. Agnieszka Kolano a bien entamé la caractérisation de ce mutant. De manière très intéressante, les fuseaux méiotiques sont extrêmement longs (deux fois plus longs que les contrôles) avec des pôles hyper-focalisés, et des MTOCs se détachant des pôles (résultats attendus d’après la littérature). Cependant de façon surprenante, les pôles de ces fuseaux présentent des asters de microtubules qui contactent le cortex prématurément (3 à 4h avant les contrôles) et ce en plusieurs endroits (pas d’ancrage stable au cortex du fuseau en début de méiose). Une des conséquences de ces ancrages ectopiques est l’activation localisée en multiples sites de Rac8. Comme une certaine proportion des ovocytes exprimant ce mutant de NumA se bloque en méiose I sans séparer leurs bivalents, nous testons actuellement l’hypothèse que ce positionnement chaotique et ectopique induise un blocage du cycle cellulaire (existence d’un point de contrôle de positionnement du fuseau ?).

Conclusions

6La découverte du phénomène de tri des centrosomes surnuméraires de certaines tumeurs a ouvert des pistes très intéressantes en cancérologie. En effet, ce phénomène est spécifique des cellules cancéreuses et est absent dans la plupart des cellules saines. Découvrir des molécules (comme HURP ou HSET) et leurs inhibiteurs potentiels, spécifiquement impliquées dans ce mécanisme va permettre de cibler la prolifération de certaines cellules cancéreuses (les cellules cancéreuses qui ne rassemblent pas leurs centrosomes au moment de la division finissent par mourir), sans affecter la division des cellules saines. Nos travaux récents apportent un éclairage nouveau. Ils suggèrent que les ovocytes, cellules souches par excellence, présentent des mécanismes d’assemblage, mais peut-être aussi de positionnement des fuseaux méiotiques qui rappellent les processus présents dans certaines tumeurs solides, souvent d’origine clonale. Il apparaît donc très intéressant de les étudier en profondeur en parallèle dans notre modèle et dans les cellules cancéreuse afin d’identifier précisément les étapes communes. Par ailleurs, ils suggèrent aussi que cibler ces molécules risque malheureusement d’avoir des incidences sur la fécondité chez les femmes. Enfin, la découverte récente d’un lien entre régulation des divisions asymétriques et cancer, suggère que comprendre les modes de positionnement du fuseau dans ce type de divisions s’avère un enjeu important en cancérologie. Là encore, il apparaît très important d’élucider les mécanismes fondamentaux de positionnement du fuseau dépendants de l’actine et fortement présents dans notre modèle de division asymétrique ovocytaire.

Publications

7Azoury J., Lee K.W., Georget V., Hikal P. et Verlhac M.H., « Symmetry breaking in mouse oocytes requires transient F-actin meshwork destabilization », Development, 138, 2011, 2903-2908.

Brunet S. et Verlhac M.H., « Positioning to get out of Meiosis: the asymmetry of division », Human Reproduction Update, 17, 2011, 68-75.

Breuer M., Kolano A., Kwon M., Li C.C., Tsai T.F., Pellman D., Brunet S. et Verlhac M.H., « HURP permits MTOC sorting for robust meiotic spindle bipolarity, similar to extra-centrosome-clustering in cancer cells », J. Cell Biol., 191, 2010, 1251-1260.

Verlhac M.H., Terret M.E., Pintard L., « Control of the oocyte-to-embryo transition by the ubiquitin-proteolytic system in mouse and C. elegans », Curr. Opin. Cell Biol., 22, 2010, 758-763.

Verlhac M.H. et Lee K.W., « Mechanisms of asymmetric division in metazoan meiosis », dans Verlhac M.-H. et Villeneuve A. (éds.), « Oogenesis-The Universal Process », Wiley/Blackwell, ch. 11, 2010, 291-310.

Verlhac M.H., « Spindle positioning: going against the action flow », Nat. Cell Biol., 12, 2011, 1183-1185.

Conférences

8Conférencier invité à l’ASCB, Denver, USA, décembre 2011. Session chair.

Conférencier invité à l’EMBO workshop « Meiosis », Paestum, Italie, septembre 2011

Conférencier invité au colloque ITMO-Reproduction, Paris, septembre 2011

Conférencier invité au GCOE « Mitosis » meeting, Tokyo, Japon, juillet 2011

Conférencier invité au « Cell Division» meeting, Hakone, Japon, juin 2011.

Président d’une session « Meiosis » à l’EMBO workshop on « Chromosome segregation and aneuploidy », Edinburgh, Royaume-Uni, juin 2010.

Séminaires

9Séminaire au GDRI Mammalian Meiosis, Montpellier, 2011.

Séminaire à l’Inauguration du CIRB, Paris, 2011.

Séminaire à la Journée des nouvelles équipes de la montagne Sainte-Geneviève, Paris, 2011.

Séminaire au Rockefeller University, New York, 2011.

Séminaire au GDR Méiose, INRA de Versailles, 2011.

Séminaire à Roscoff, école doctorale CDV, 2010.

Séminaire à l’Institut du fer à Moulin, Paris, 2010.

Cours

10Cours sur la Méiose au module de Biologie Cellulaire du Master 1 de Biologie de l’ENS-ULM, Paris.

Cours sur la gamétogenèse dans l’UE « Développement précoce et Organogenèse » du Master 1 de l’ENS-ULM, Paris.

Cours sur la maturation méiotique de l’ovocyte de souris en Master 2 « différenciation cellulaire », Paris V.

Cours de 2 h sur la brisure de symétrie dans l’UE de Biologie cellulaire, au Master 2 « Génomes, Cellules, Développement, Évolution » à Paris XI.

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Notes

1  Dumont J., Petri S., Pellegrin F., Terret M.E., Bohnsack M.T., Rassinier P., Georget V., Kalab P., Gruss O.J. and Verlhac M.H., « A centriole and RanGTP independent spindle assembly pathway in meiosis I of vertebrate oocytes », J. Cell Biol., 176, 2007, 295-305 ; Azoury J., Lee K.W., Georget V., Rassinier P., Leader B. and Verlhac M.H., « Spindle positioning in mouse oocytes relies on a dynamic meshwork of actin filaments », Curr. Biol., 18, 2008, 1514-19.

2  Dumont J., Million K., Sunderland K., Rassinier P., Lim H., Leader B. and Verlhac M.H., « Formin-2 is required for spindle migration and for the late steps of cytokinesis in mouse oocytes », Dev. Biol., 301, 2007, 254-65 ; Brunet S., Dumont J., Lee K.W., Kinoshita K., Hikal P., Gruss O., Maro B. and Verlhac M.H., « Meiotic regulation of TPX2 protein levels governs cell cycle progression in mouse oocytes », PLos One, 3: e3338, 2008.

3  Tsou A.P., Yang C.W., Huang C.Y., Yu R.C., Lee Y.C., C.W. Chang. et al., « Identification of a novel cell cycle regulated gene, HURP, overexpressed in human hepatocellular carcinoma », Oncogene, 22, 2003, 298-307.

4  Breuer M., Kolano A., Kwon M., Li C.C., Tsai T.F., Pellman D., Brunet S. and Verlhac M.H., « HURP permits MTOC sorting for robust meiotic spindle bipolarity, similar to extra-centrosome-clustering in cancer cells », J. Cell Biol., 191, 2010, 1251-60.

5  Azoury J., Lee K.W., Georget V., Rassinier P., Leader B. and Verlhac M.H., « Spindle positioning in mouse oocytes relies on a dynamic meshwork of actin filaments », Curr. Biol., 18, 2008, 1514-19

6  Azoury J., Lee K.W., Georget V., Hikal P. and Verlhac M.H., « Symmetry breaking in mouse oocytes requires transient F-actin meshwork destabilization », Development, 138, 2011,2903-8.

7  Silk A.D., Holland A.J., and Cleveland D.W.,« Requirements for NuMA in maintenance and establishment of mammalian spindle poles », J. Cell Biol., 184, 2009, 677-90.

8  Halet G. and Carroll J., « Rac activity is polarized and regulates meiotic spindle stability and anchoring in mammalian oocytes », Dev. Cell, 12, 2007, 309-17.

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Pour citer cet article

Référence papier

Cours et travaux du Collège de France. Annuaire 111e année, Collège de France, Paris, avril 2012, p. 941-945. ISBN 978-2-7226-0156-7

Référence électronique

Marie-Hélène Verlhac, « Divisions asymétriques ovocytaires », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 111 | 2012, mis en ligne le 22 novembre 2013, consulté le 21 février 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/1750

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Auteur

Marie-Hélène Verlhac

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Droits d’auteur

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