Title: LA%20M
1LA MĆCANIQUE DE LA DIVISION CELLULAIRE
2Plan
- I - Vue gƩnƩrale de la phase M
- II - Mitose
- III - CytocinĆØse
3II Mitose
4Mitose fuseau mitotique
- Ćmanation du cytosquelette microtubules
protƩines associƩes - SƩparation des chromosomes filles vers les pƓles
- Ecartement des pƓles
52 ƩvƩnements
- Fuseau dans le cytoplasme
- Condensation des chromosomes dans le noyau
- PromƩtaphase mƩlange des deux compartiments ?
6Les microtubules
- Capturent les chromosomes
- Intervention des moteurs
- Proches des extrƩmitƩs des microtubules
- Famille des kinƩsines ( ? extrƩmitƩ )
- Famille des dynƩines ( ? extrƩmitƩ -)
- ExtrƩmitƩs des microtubules
- Site dassemblage et de dƩsassemblage des
microtubules - Lieu de production de force
- Fuseau
- Ćquilibre entre les deux forces opposĆ©es (moteurs
et moteurs -)
7Les trois classes de microtubules
- MT astraux
- Irradient dans toutes les directions
- SƩparation des pƓles
- PoignƩes dorientation et de positionnement du
fuseau dans la cellule - MT du kinƩtochore
- LiƩs au kinƩtochore
- Fixent les chromosomes au fuseau
- MT chevauchant (polaires)
- SymƩtrie bipolaire du fuseau
8Fig 18-10
- Les trois classes de microtubules
- MT astraux
- MT du kinƩtochore
- MT chevauchant (polaires)
- Toutes les extrƩmitƩs sont vers le centrosome
9Rappel sur les microtubules interphasiques
- RĆ©seau de microtubules Ć©manant du centrosome
- InstabilitƩ dynamique
- Croissance ? raccourcissement catastrophe
- Raccourcissement ? Croissance restauration
10Plan
- Prophase
- Modification de la stabilitƩ des microtubules
Ć©quilibre MAPs ? catastrophines - Assemblage du fuseau Ć©quilibre moteurs Ć
direction ? moteurs Ć direction - - PromĆ©taphase
- MĆ©taphase
- Anaphase
- TĆ©lophase
11A Prophase
- Modification de la stabilitƩ des microtubules
Ć©quilibre MAPs ? catastrophines - Assemblage du fuseau Ć©quilibre moteurs Ć
direction ? moteurs Ć direction -
121 - Modification de la stabilitƩ des microtubules
Ć©quilibre MAPs ? catastrophines
13Changement brutal des microtubules en prophase
le constat
- Longs et peu nombreux (interphase) ?
- Plus nombreux et plus courts
- Effondrement de la demi-vie des microtubules
- Augmentation de linstabilitƩ des microtubules
- Augmentation du nombre de microtubules irradiant
du centrosome - Par modification des centrosomes qui augmentent
leur taux de nuclƩation
14Fig 18-11
- Les microtubules mitotiques sont diffƩrents des
microtubules interphasiques
15Protocole dƩtude
- Cellule en culture (lignƩe PTK1 et BSC) injectƩe
avec tubuline-fluorochrome (dichlorotriazinyl-amin
ofluorescein (DTAF-tubulin)) - Irradiation avec un rayon laser dune petite
surface jusqu'Ć extinction de la fluorescence - Evaluation de la rĆ©apparition de la fluorescence
en fonction du temps
16Saxton, WM J Cell Biol 992175, 1984
- FIGURE 8 Comparison of FRAP rates for a metaphase
and an interphase cell. Examples of relative
fluorescence intensity plotted against time after
photobleaching for a metaphase cell (?) and an
interphase cell (?). Circles represent data
points determined by microdensitometry of
negatives. Lines represent best fitting curves
using the function l/lmax 1 e kt (30). The
tĀ½ for each curve is noted on the X axis.
17Changement brutal des microtubules en prophase
mƩcanisme de dƩclenchement en dƩbut de mitose
- M-Cdk phosphoryle
- Des moteurs protƩiques
- Des MAPs (Microtubule Associated Proteins) (leur
phosphorylation ? diminution de la stabilitƩ des
microtubules) - ? contrƓle de la dynamique des microtubules
- DĆ©monstration par biochimie chez Xenopus
18Xenopus
- Extrait dÅuf de Xenopus en phase M ou en
interphase - Centrosome tubuline fluorescente ?
- NuclĆ©ation des microtubules Ć partir des
centrosomes - (Analyse en vidĆ©o microscopie Ć fluorescence
time-lapse ) - Mais 1p1038
- Extraits mitotiques ? taux trĆØs Ć©levĆ© de
catastrophes - Extraits interphasique ? taux plus bas de
catastrophes
19Les catastrophines
- ProtƩines
- Augmentent la frƩquence des catastrophes
20Les catastrophines
21Fig 16-55
- KinƩsines et Kinesin-related proteins
- KIF2
- moteur au milieu de la chaƮne lourde
- pas d'activitƩ moteur classique
- se lie aux extrƩmitƩs des microtubules pour
augmenter leur instabilitƩ dynamique ? nom de
catastrophine
22Antagonisme catastrophines / MAPs
23Antagonisme catastrophines / MAPs
- Microtubules plus dynamiques en phase M
- Par action sur catastrophines et MAPs ?
- Augmentation du taux de dƩpolymƩrisation des
microtubules (catastrophines) - Diminution du taux de dƩpolymƩrisation des
microtubules (MAPs) - Augmentation et diminution du taux de
dƩpolymƩrisation des microtubules
24Fig 18-12(A)
- ContrƓle de la longueur des microtubules par
l'Ć©quilibre entre catastrophines et MAPs
Catastrophes avec extraits mitotiques gt
catastrophes avec extraits interphasiques
25Fig 18-12(B)
- Centrosomes et noyaux de spermatozoĆÆdes dans des
extraits mitotiques - Extraits mitotiques normaux ? fuseau normal
- DĆ©plĆ©tion en XMAP215 ? fuseau trĆØs anormal
- Probablement parce que les microtubules nuclƩƩs
par les centrosomes sont trop courts
Mitose dans un extrait normal
Mitose dans un extrait dƩplƩte en XMAP215
26RĆ©gis Tournebize, Andrei Popov, Kazuhisa
Kinoshita, Anthony J. Ashford, Sonja Rybina,
Andrei Pozniakovsky, Thomas U. Mayer, Claire E.
Walczak, Eric Karsenti Ā Anthony A. Hyman Control
of microtubule dynamics by the antagonistic
activities of XMAP215 and XKCM1 in Xenopus egg
extractsNature Cell Biology Ā 2, 13 - 19 (2000)
- Spindle formation observed in control and
XMAP215-depleted extracts. Microtubule arrays
are seen in control (left) and XMAP215-depleted
(right) extracts 20 and 45 min after addition of
sperm nuclei. Spindles are seen 45 min after
sperm addition. Scale bar represents 10 Āµm.
20 mn
20 mn
45 mn
45 mn
Les fuseaux deviennent visibles 45 min aprĆØs
lajout des spermatozoĆÆdes
272 - Assemblage du fuseau Ć©quilibre moteurs Ć
direction ? moteurs Ć direction
28PropriƩtƩs des microtubules
- Si monomƩrique le moteur se dƩplace
- Si multimƩrique liaison de 2 microtubules
adjacents qui peuvent se dƩplacer lun par
rapport Ć lautre - GĆ©nĆ©ration de foyers Ć extrĆ©mitĆ©s moins ? pĆ“les
du fuseau - Glissement de microtubuleslun par rapport Ć
lautre ?zone de chevauchement dansle fuseau
29Fig 18-13
- Importance des moteurs multimƩriques pour
- Assemblage
- fonctionnement des microtubules
30Assemblage du fuseau Ć©quilibre
- Croissance de microtubules Ć partir de chaque
centrosome ? les microtubules ont des polaritƩs
opposĆ©es - Association de moteurs Ć dĆ©placement ?
- Ćcartent les centrosomes
- Des moteurs Ć dĆ©placement - ?
- Rapprochent les centrosomes
- Formation du fuseau Ć©quilibre entre les deux
31Fig 18-14
- Prophase sĆ©paration des pĆ“les du fuseau grĆ¢ce Ć
- des moteurs (kinƩsine) rencontre de deux
microtubules polaires de polaritĆ© opposĆ©e - des moteurs (dynĆ©ine) associĆ©s Ć lenveloppe
nuclƩaire via les microtubules astraux
32Fig 18-14
- Prophase sĆ©paration des pĆ“les du fuseau grĆ¢ce Ć
- des moteurs (kinƩsine) rencontre de deux
microtubules polaires de polaritĆ© opposĆ©e - des moteurs (dynĆ©ine) associĆ©s Ć lenveloppe
nuclƩaire via les microtubules astraux
33RĆ©gulation de la longueur du fuseau les moteurs
du fuseau
- VertĆ©brĆ©s 7 familles de moteur apparentĆ©s Ć la
kinƩsine - S. cerevisiae 5 familles de moteur
- Augmentation du moteur ? fuseau anormalement
long - Augmentation du moteur - ? fuseau anormalement
court
34Fig 18-15
- L'influence de moteurs Ć sens de marche opposĆ©
sur la longueur du fuseau mitotique - Kar 3p moteur vers -
- Cin 8p moteur vers
Normal ?moteur - ? fuseau court ? moteur
? fuseau long
Chez la levure il ny a pas de rupture de
lenveloppe nuclƩaire pendant la
mitose Fuseau PĆ“les du fuseau
35Chez lhomme
- Probablement comme chez la levure
- La phosphorylation dau moins un moteur par M-Cdk
est nƩcessaire pour la fixation du moteur au
fuseau
36B PromƩtaphase
- Rupture soudaine de lenveloppe nuclƩaire
- DƩclenchƩe par la phosphorylation directe des
lamines nuclĆ©aires par M-Cdk - Les microtubules accĆØdent aux chromosomes pour la
1ĆØre fois
37ConsƩquences
- PhĆ©nomĆØne de Ā recherche et captureĀ des
chromosomes par les microtubules - Un microtubule qui rencontre un chromosome
sattache et se stabilise ? plus (zƩro) de
catastrophes - Peut rencontrer un kinƩtochore
- Sattache par lextrƩmitƩ (bout du microtubule)
- Le microtubule sappelle alors Ā microtubule du
kinĆ©tochoreĀ
38Fig 18-16
- Les microtubules du kinƩtochore
1 Ć 40 microtubules par kinĆ©tochore
ADN les 2 kinƩtochores
39(No Transcript)
40Les kinƩtochores
41Fig 18-19
- Microscopie Ʃlectronique d'un kinƩtochore
Structure trilamellaire
42KinƩtochore
- RĆ“le capital dans le mouvement des chromosomes
sur le fuseau - Contiennent des moteurs et des moteurs
- Mode dattachement des microtubules aux
kinƩtochores inconnu (dautant plus que ce bout
se polymƩrise et se dƩpolymƩrise constamment)
43KinƩtochore
44Microtubule Capture A Concerted Effort Chitra
Kotwaliwale and Sue Biggins Cell, Volume 127,
Issue 6 , 15 December 2006, Pages 1105-1108
- Attachement du kinƩtochore aux microtubules et sa
rƩgulation par Aurora B - Le kinƩtochore structure protƩique qui se forme
au contact de lADN centromƩrique-est composƩ de
multiples protƩines de liaison de faible affinitƩ
au microtubule. Alors que le complexe Ncd80 se
lie Ć la charpente en rĆ©seau du microtubule,
dautres composants peuvent se lier Ć lextrĆ©mitĆ©
plus du microtubule. - En rĆ©ponse Ć des forces de tension, Aurora B
phosphoryle les protƩines de liaison au
microtubule pour diminuer laffinitƩ de ces
facteurs aux microtubules. Ceci conduit au
dƩtachement des microtubules des kinƩtochores.
Des facteurs comme INCENP-survivine peuvent
exercer de nombreuses fonctions au niveau du
kinƩtochore. En plus de leur rƓle de senseurs de
tension rƩgulƩs par Aurora B, ces molƩcules
peuvent aussi promouvoir une activitƩ de liaison
au noyau du microtubule
45KinƩtochore
- The kinetochore is a specialized chromosomal
structure that facilitates chromosome attachment
and movement along spindle microtubules during
chromosome segregation. Furthermore, the
kinetochore communicates the actual state of its
interaction with the spindle to a cell cycle
regulating machinery. It is the first member of a
signaling cascade that inhibits sister chromatid
separation (the beginning of anaphase) if
chromosomes lack a stable bi-polar spindle
attachment. A defect in this checkpoint function
has been correlated to human cancers. My group
analyses the protein composition and structure of
the S. cerevisiae kinetochore by mass
spectroscopy and the function of individual
kinetochore proteins applying cell and molecular
biological methods.
46KinƩtochore
- Hierachical Structure of the Yeast Kinetochore
- A small CEN DNA interacts with CBF3, an inner
kinetochore complex that recruits a specialized
nucleosome. Together these complexes recruit
multiple discrete protein complexes, ultimately
resulting in a large structure that mediates the
attachment and movement of chromosomes on the
mitotic spindle.
47Attachement des microtubules aux kinƩtochores
- Facile Ć observer dans les cellules de poumon de
tĆŖtard - Liaison par le cĆ“tĆ© du microtubule
- Puis glissement rapide vers le centrosome
- Puis lattachement latƩral est converti en
fixation par lextrĆ©mitĆ© - En mĆŖme temps attachement de lautre kinĆ©tochore
par les microtubules du centrosome opposƩ ? - Attachement bipolaire du chromosome
48Fig 18-17
- Capture des microtubules par les kinƩtochores
49Constitution de la plaque mƩtaphasique
- Les chromosomes sont tirĆ©s davant en arriĆØre ?
- Position Ʃquidistante des pƓles ?
- Plaque mƩtaphasique
50Fig 18-18
- Plaque mƩtaphasique chromosomes
- KinƩtochores
- Microtubules
51Plaque mƩtaphasique
- Oscillation des chromosomes
- en attendant le signal de la sƩparation
- qui est le dernier signal nƩgatif Ʃmis par le
dernier kinƩtochore
52C - MĆ©taphase
53PAUSE
54Fig 18-20
- Dynamique des microtubules du fuseau mƩtaphasique
- rhodamine - tubuline en rouge
- colorant bleu pour l'ADN
- FluorescƩine (caged) - tubuline en vert
1,5 mn
FluorescĆ©ine invisible parce que Ā cagĆ©eĀ
2,5 mn
Ā dĆ©cageageĀ de la fluorescĆ©ine par UV juste Ć
gauche de la plaque mƩtaphasique
55Fig 18-21
- Microscopie Ć fluorescence de microtubules isolĆ©s
56Fig 18-22
- Alignement des chromosomes sur la plaque
mƩtaphasique par des forces opposƩes
57Fig 18-23
- Assemblage du fuseau sans centrosome dans un
embryon parthƩnogƩnƩtique d'insecte Sciara
(absence d'aster)
58D - Anaphase
59Fig 18-24(A)
- Assemblage d'un fuseau bipolaire sans centrosome
ni kinƩtochore - Billes recouvertes d'ADN bactƩrien en prƩsence
d'extrait d'oeuf de Xenopus
60Fig 18-24(B)
- Assemblage d'un fuseau bipolaire sans centrosome
ni kinƩtochore - Billes recouvertes d'ADN bactƩrien en prƩsence
d'extrait d'oeuf de Xenopus
61Fig 18-25
- SĆ©paration des chromatides en anaphase
- Microtubules colorƩs par des AC anti tubuline
marquĆ©s Ć l'or
62Fig 18-25A
- Forces qui sƩparent les chromosomes en anaphase A
63Fig 18-25B
- Forces qui sƩparent les chromosomes en anaphase B
64Fig 18-27
- Deux modĆØles de migration du kinĆ©tochore vers le
pƓle pendant l'anaphase A
65Fig 18-28
- Diminution de la zone de chevauchement des
microtubules chevauchant de la mĆ©taphase Ć
l'anaphase chez les diatomƩs
66Fig 18-29
- Fonctionnement des moteurs protƩiques pendant
l'anaphase