Biologie de l'ovocyte

Les cellules prolifèrent par le biais du cycle cellulaire, essentiel à la vie puisqu’il permet le développement, la croissance et le maintien de tous les êtres vivants. Alors que ce processus a fasciné des générations de biologistes, sa connaissance est encore très parcellaire. L'entrée en division obéit à un mécanisme de bascule, orchestré par la phosphorylation de centaines de protéines qui régissent la mécanique cellulaire de la division. Ces "substrats mitotiques" sont contrôlés par une cohorte de kinases et de phosphatases, elles-mêmes régulées par deux enzymes-clés : la kinase mitotique Cdk1-Cycline B (MPF pour M-phase Promoting Factor) et sa phosphatase antagoniste, PP2A. Les divisions méiotiques utilisant les mêmes acteurs moléculaires que la mitose, les ovocytes ont été historiquement utilisés comme un modèle d’étude puissant de la division cellulaire.

Notre travail vise à comprendre le contrôle des divisions méiotiques et s’appuie sur le modèle de l’ovocyte de Xénope. Les ovocytes sont bloqués en prophase de 1ère division méiotique, équivalant à un arrêt en phase G2. Chez le Xénope, la reprise de la méiose est déclenchée par la progestérone. Celle-ci provoque une diminution rapide de la concentration en AMPc et de l'activité PKA, ce qui permet la synthèse de nouvelles protéines, Cycline B1 et kinase Mos, à partir d’ARNm pré-existants. Ces protéines conduisent à l'activation du MPF, ce qui déclenche la 1ère division méiotique. L'activité du MPF diminue au cours de l'anaphase I, en raison de la dégradation de la Cycline, puis augmente à nouveau, ce qui conduit à l'entrée en méiose II. L'ovocyte se bloque alors en métaphase II, grâce à la stabilisation du MPF par Mos.

Nos questions :

1. Quel est le rôle du substrat de PKA, Arpp19, dans le blocage des ovocytes en prophase?

2. Quel est le rôle d’Arpp19 dans l’activation de Cdk1? Plus globalement, quel est l'interactome des complexes Cdk1-Cycline B?

3. Au-delà du Xénope, quel rôle joue Arpp19 lors de la méiose chez d’autres espèces?

4. Comment est régulée la traduction de nouvelles protéines essentielles à la reprise de la méiose?

En savoir plus...

Lisez nos articles de revue !

Meneau F, Dupré A, Jessus C and Daldello EM (2020) Translational control of Xenopus oocyte meiosis: toward the genomic era. Cells, 9, 1502. PMCID: PMC7348711 DOI: 10.3390/cells9061502

Lemonnier T, Dupré A and Jessus C (2020) The G2-to-M transition from a phosphatase perspective: a new vision of the meiotic division. Cell Division, 15, 9. PMCID: PMC7249327 DOI: 10.1186/s13008-020-00065-2

Jessus C, Munro C and Houliston E (2020) Managing the oocyte meiotic arrest-Lessons from frogs and jellyfish. Cells, 9, 1150. PMCID: PMC7290932 DOI: 10.3390/cells9051150

Dupré A and Jessus C (2017) The Yin and Yang of Arpp19 phosphorylation: arresting or releasing cell division in "Phosphorylation", Open Access Book, Edited by Dr Claude Prigent. InTechOpen Publisher. https://www.intechopen.com/books/protein-phosphorylation

Haccard O and Jessus C (2011) Greatwall kinase, Arpp19 and protein phosphatase 2A: shifting the mitosis paradigm. Chapter in "Cell Cycle in Development. Results Probl Cell Differ". Editor: J Kubiak, Springer Verlag Publishers. 53, pp.219-234. PMID: 21630148

Dupré A, Haccard O and Jessus C (2011) Mos in the oocyte: how to use MAPK independently of growth factors and transcription to control meiotic divisions. J. Signal. Transduc. 2011, 350-412. PMID: 21637374

Jessus C (2010) MPF and the control of meiotic divisions: old problems, new concepts. Chapter in "Oogenesis. The Universal process", Editors: MH Verlhac & A Villeneuve, Wiley-Blackwell Editions. pp 227-265. https://www.wiley.com/en-us/Oogenesis%3A+The+Universal+Process-p-9780470696828

Jessus C and Haccard O (2007) Calcium's double punch. Nature 449, 297-298. PMID: 17882212 DOI: 10.1038/449297a

Haccard O and Jessus C (2006) Oocyte maturation, Mos and cyclins; a matter of synthesis. Cell Cycle 5, 1152-1159. PMID: 16760654

Résultats importants

L'arrêt en prophase est contrôlé par une forte activité de la kinase PKA. La reprise de la méiose repose sur une baisse de son activité, et la déphosphorylation de l’un de ses substrats. Cette étape lance une voie de transduction qui aboutit à l'activation du MPF et de la cascade Mos/MAPK, ce qui déclenche la 1ère division méiotique. Nos résultats ont révélé que:

1. Arpp19 est le substrat critique de PKA qui contrôle l'entrée en phase-M des ovocytes de Xénope. Phosphorylé par PKA sur S109, Arpp19 inhibe l'activation du MPF et maintient l'arrêt en prophase. Sa déphosphorylation, qui a lieu dans les 30 minutes qui suivent la stimulation par la progestérone, est nécessaire pour lever ce blocage (Dupré et al, Nature Commun, 2014).

2; Nous avons récemment découvert que la phosphatase antagoniste de PKA qui déphosphoryle Arpp19 sur S109 correspond à PP2A-B55delta (Lemonnier et al, Cell Division, 2020; Lemonnier et al, Nature Commun, 2021).

3. Au moment de l'activation du MPF, plusieurs heures après la stimulation hormonale, PP2A-B55delta, Gwl et Arpp19 jouent un rôle pivot dans la boucle d'autorégulation de Cdk1 (Dupré et al, Cell Cycle, 2017; Dupré et al, J. Cell Sci., 2013).

En conséquence, Arpp19 et PP2A-B55delta jouent un double rôle dans l'ovocyte, à deux périodes distinctes correspondant aux deux extrémités de la cascade de signalisation menant à l'activation du MPF: ils en contrôlent le point de départ ainsi que le point d'arrivée, PP2A-B55delta actif déphosphorylant Arpp19 sur la S109 au début, et étant inhibé par la forme d'Arpp19 phosphorylée sur S67 par Gwl à la fin.

Projets

Les mécanismes qui contrôlent l'entrée en division sont encore mal connus. Sachant que les composants du cycle cellulaire sont très conservés et que les divisions méiotiques et mitotiques dépendent des mêmes acteurs moléculaires, nous utilisons un modèle physiologique puissant, la maturation méiotique des ovocytes, pour améliorer ces connaissances.

Notre projet se concentre sur 4 questions:

  • Le rôle d'Arpp19 dans le blocage en prophase. Nous identifions par spectrométrie de masse les partenaires d'Arpp19 sous ses différentes formes phosphorylées. La fonction de ces nouveaux partenaires comme transducteurs des effets inhibiteurs d'Arpp19 sur Cdk1 est abordée en surexprimant ou en inhibant ces protéines dans les ovocytes de Xénope.
  • Activation de Cdk1: rôle d'Arpp19 et déchiffrage de l'interactome des complexes Cdk1-Cycline B. La forme active d'Arpp19 qui permet l'activation de Cdk1 n'est pas uniquement phosphorylée sur S67, mais également sur S109. Nous sommes en train de déchiffrer le contrôle positif exercé par la forme d'Arpp19 phosphorylée sur S109-S67 sur les divisions méiotiques. Nous avons également découvert que les dimères Cdk1-Cycilne B sont inclus dans des complexes de grand poids moléculaire, suggérant que le MPF ne serait pas le dimère canonique de Cdk1-Cycline B mais un complexe beaucoup plus grand incluant des partenaires inconnus. Nous effectuons une analyse biochimique et protéomique approfondie de ces complexes afin d'obtenir une connaissance exhaustive des partenaires protéiques de Cdk1, de leur dynamique et de leur rôle dans l'activation de Cdk1.
  • Au-delà du Xénope: Arpp19 est-il un régulateur-clé de la méiose chez d'autres espèces? Chez certains invertébrés, comme les méduses, la reprise de la méiose fonctionne de manière inverse à celle des vertébrés, PKA devant être activée pour que Cdk1 soit activé (Jessus et al, Cells, 2020). En collaboration avec Evelyn Houliston, nous essayons de comprendre comment Arpp19 se positionne dans cet effet paradoxal de la PKA sur la reprise de la méiose.
  • Le contrôle de la traduction lors des divisions méiotiques. Lors de la maturation méiotique, la transcription est silencieuse. Chez la plupart des vertébrés, à l'exception des petits rongeurs, la synthèse des protéines est nécessaire à l'activation du MPF (Meneau et al, Cells, 2020). Nous étudions le rôle et la régulation de la traduction des ARNm pendant la maturation méiotique: identification et fonctions des ARNm traduits de novo, contrôle de leur traduction (éléments agissant en cis et protéines liant l'ARN).

Collaborations