Mechanisms of the atypical interkinesis envelope formation in C. elegans oocytes
Étude de la formation de l'enveloppe atypique d'intercinèse dans les ovocytes de C. elegans
Résumé
Cell division is a biological process essential for the development, homeostasis and reproduction of organisms. In eukaryotes, the exit from interphase and the entry into cell division are marked by the nuclear envelope breakdown and the condensation of chromosomes. Then, at the end of the division, the cell reenters interphase and the nuclear envelope reforms to surround the decondensing chromosomes. The reproduction of organisms requires the production of haploid gametes (oocytes and spermatozoa) generated during meiosis. Meiosis corresponds to two successive rounds of chromosome segregation separated by a short phase, called interkinesis. In interkinesis oocytes, the chromosomes remain condensed. It has therefore been proposed that interkinesis does not correspond to a real interphase and that the nuclear envelope does not reform at this stage. However, my thesis work in Caenorhabditis elegans oocytes led me to identify a double membrane surrounding the surface of the condensed chromosomes in interkinesis. By combining light and electron microscopy, I studied the reformation of this double membrane during interkinesis in C. elegans oocytes. I have demonstrated that the interkinesis envelope is a transient structure present between anaphase I and meiosis II entry. The interkinesis envelope is composed of the lamina LMN-1 and the inner nuclear membrane proteins LEM-2, SUN-1 and EMR-1. It however lacks the outer membrane proteins ZYG-12 and SP-12, which is consistent with the discontinuity between the interkinesis envelope and the endoplasmic reticulum. Surprisingly, although nuclear pores are absent, some nucleoporins localized at the interkinesis envelope. By analyzing the function of the interkinesis envelope components, I have shown that the formation of this envelope depends on the nucleoporin MEL-28ELYS, which recruits membranes on the segregating chromosomes, and on the "barrier to autointegration factor " BAF-1Banf1, which ensures interkinesis envelope integrity. Finally, my results have demonstrated that the interkinesis envelope is never completely sealed, and therefore does not depend on the ESCRTIII complex, normally required for the sealing of interphase nuclear envelopes. Finally, functional study of the interkinesis envelope suggested that it participates in the correct segregation of chromosomes in the C. elegans oocyte. Indeed, I have demonstrated that in its absence, chromosomes segregate more rapidly, and over a greater distance, than in control oocytes. Overall, my work demonstrates that the interkinesis envelope is a novel organelle that covers the segregating chromosomes, and participates to their correct segregation in the C. elegans oocyte.
La division cellulaire est un processus essentiel pour le développement, l'homéostasie et la reproduction des organismes. Chez les eucaryotes, la sortie d'interphase et l'entrée en division cellulaire sont marquées par la rupture de l'enveloppe nucléaire et la condensation des chromosomes. Puis, en fin de division, la cellule entre à nouveau en interphase et l'enveloppe nucléaire se reforme autour des chromosomes en cours de décondensation. La reproduction des organismes nécessite la production de gamètes haploïdes (ovocytes et spermatozoïdes) au cours d'une division spécialisée appelée méiose. La méiose correspond à deux étapes de ségrégation des chromosomes séparées par un court intervalle, nommé intercinèse. Dans les ovocytes en intercinèse, les chromosomes restent condensés. Il a donc été proposé que l'intercinèse ne correspond pas à une réelle interphase et que, par conséquent, l'enveloppe nucléaire ne se reforme pas à ce stade. Cependant, mon travail de thèse dans les ovocytes de Caenorhabditis elegans m'a conduit à identifier une double membrane entourant la surface des chromosomes condensés en intercinèse. En combinant des approches de vidéo-microscopie et de microscopie électronique, j'ai étudié la reformation de cette double membrane en intercinèse dans les ovocytes de C. elegans. J'ai ainsi pu démontrer que l'enveloppe d'intercinèse est une structure transitoire présente entre l'anaphase I et l'entrée en méiose II. L'enveloppe d'intercinèse est composée de la lamine LMN-1 et de protéines de la membrane interne LEM-2, SUN-1 et EMR-1. Cependant, elle est dépourvue des protéines de la membrane externe ZYG-12 et SP-12, ce qui est cohérent avec l'absence de continuité entre l'enveloppe d'intercinèse et le réticulum endoplasmique. Par ailleurs, et de manière surprenante, bien que cette enveloppe soit dépourvue de pores nucléaires, certaines nucléoporines y sont présentes. Par l'analyse de la fonction des composants de l'enveloppe d'intercinèse, j'ai d'ailleurs pu démontrer que la formation de celle-ci dépend de la nucléoporine MEL-28ELYS, qui recrute des membranes sur les chromosomes en cours de ségrégation, et du « facteur barrière à l'auto-intégration » BAF-1Banf1 assurant l'intégrité de l'enveloppe. Enfin, mes résultats démontrent que l'enveloppe d'intercinèse n'est jamais totalement scellée, et ne dépend donc pas du complexe ESCRTIII normalement nécessaire à la fermeture de l'enveloppe nucléaire en interphase. Finalement, l'étude fonctionnelle de l'enveloppe d'intercinèse suggère qu'elle participe à la ségrégation correcte des chromosomes dans l'ovocyte de C. elegans. En effet, j'ai pu démontrer qu'en son absence, les chromosomes se séparent plus rapidement, et sur une plus grande distance, que dans les ovocytes contrôles. Dans l'ensemble, mon travail de thèse démontre que l'enveloppe d'intercinèse est une nouvelle organelle qui entoure les chromosomes condensés et participe à leur ségrégation correcte dans l'ovocyte de C. elegans.
Domaines
Reproduction sexuée| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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