Cell Cycle and Development

Group leader

Notre vision

Acquérir de nouvelles connaissances pour décrypter la façon dont les cellules se divisent afin de mieux comprendre les mécanismes du cancer, une maladie résultant d’une division cellulaire incontrôlée.

Contexte

Les êtres humains sont constitués d’environ 10^13 cellules correspondant à 200 types cellulaires différents. Toutes ces cellules sont générées par divisions cellulaires, à partir d'une seule cellule, l'ovocyte fécondé. Pour générer ce grand nombre de cellules et maintenir l'homéostasie des tissus, le corps humain subit jusqu'à 10^16 divisions cellulaires au cours d'une vie. Lors de chaque division cellulaire, le génome doit être reproduit fidèlement et séparé de manière égale entre les cellules filles pendant la mitose. Des défauts dans ces processus peuvent avoir des conséquences dramatiques, pouvant conduire à une croissance dérégulée, typique du cancer. Malgré des progrès considérables réalisés au cours des dernières décennies, les mécanismes qui régulent la division cellulaire sont encore mal compris, en particulier au cours du développement. Ce manque de connaissances a considérablement limité le développement d'approches thérapeutiques innovantes.

Programme de recherche

Mécanismes qui contrôlent l'entrée en mitose dans l'espace et le temps

L'entrée en mitose doit être étroitement coordonné avec la réplication de l'ADN afin de préserver l'intégrité du génome. Une entrée en mitose non programmée peut conduire à une instabilité génétique. L'entrée en mitose est contrôlée par des sérine/thréonine kinases (Aurora A, Polo-like kinase, Plk1) conservées au cours de l'évolution, ainsi que par des phosphatases (PPases). La manière dont ces activités kinases sont régulées dans l'espace et le temps, et la façon dont elles coordonnent leur activité pour déclencher l’entrée en mitose au bon moment restent mal défini.

o Mécanisme d'activation des kinases mitotiques (Aurora A, Polo-like kinase)

o Rôle des kinases mitotiques dans la rupture de l'enveloppe nucléaire (NEBD)

o Rôle et régulation des kinases mitotiques dans les divisions cellulaires asynchrones

Figure 1: L’axe Bora-Aurora A-Plk1 et son rôle lors de l’entrée en mitose

La transition méiose-mitose : rôle et régulation de la Katanine

Les microtubules (MT) sont des polymères dynamiques du cytosquelette, qui jouent un rôle central dans la division cellulaire. La plupart des protéines régulatrices des MT interagissent avec l'extrémité plus ou moins des microtubules et contrôlent ainsi leur taux de polymérisation et de dépolymérisation. Une autre classe de régulateurs coupe les MT contrôlant ainsi leur taille dans la cellule. Trois enzymes conservées au cours de l'évolution capables de couper les MT ont été identifiées : Fidgetin, Spastin et Katanin. La mutation de ces enzymes est associée à divers défauts et pathologies, notamment des troubles du développement et des troubles neurodégénératifs. En outre, ces enzymes sont directement impliquées sans la division cellulaire. Cependant, le mécanisme moléculaire par lesquel ces enzymes coupent les MT reste mal compris. De même, les mécanismes mis en jeu pour contrôler l’activité de coupure dans l’espace et dans le temps restent à découvrir. Nous nous concentrons actuellement sur le décryptage du mode d'action et de la régulation de la Katanine, qui est essentielle pour l'assemblage du fuseau méiotique femelle chez C. elegans.

o Rôle de la coupure des MT dans l'assemblage du fuseau méiotique

o Mécanisme par lequel la Katanine coupe les MT

o Régulation de l’activité Katanine dans l'espace et le temps pendant le développement

Figure 2: Role and regulation de la Katanin lors du développement de C. elegans (From Joly et al. JCB 2020).

Les ubiquitine-ligases Cullin-RING E3-Ligases dans la division cellulaire

Les ubiquitine-ligases nucléés par les cullines (CRL pour Cullin-RING E3-ligases) représentent la plus grande famille d’ubiquitine-ligases ciblant la dégradation des principaux régulateurs du cycle cellulaire dans l'espace et le temps, contribuant ainsi à la progression ordonnée du cycle de division cellulaire. Nous cherchons à comprendre comment ces enzymes régulent la progression du cycle cellulaire dans un contexte de développement.

o CRL dans la régulation de la voie Bora-Aurora-Plk1

o CRL dans la régulation de l'activité de la Katanine

o CRL dans le maintien de l'intégrité de la réplication de l'ADN

Approches:

Nous utilisons une approche multidisciplinaire comprenant la biochimie (reconstitution d’activités enzymatiques à partir de composants purifiés pour disséquer les mécanismes moléculaires), la génétique, l'imagerie des cellules vivantes, les approches protéomiques utilisant à la fois des cellules humaines et le nématode C. elegans. Les mécanismes de régulation de la division cellulaire sont conservés entre les espèces, de sorte que le paradigme émergeant de C. elegans peut être immédiatement étudié dans les cellules humaines. En outre, C. elegans offre un certain nombre d'avantages pratiques pour l'étude des voies conservées régulant la division cellulaire (Pintard & Bowerman, Genetics 2019).

Financements:

ANR AMBRE                         https://anr.fr/Projet-ANR-17-CE13-0011

ANR REPLIGREAT               https://anr.fr/Projet-ANR-18-CE13-0018

ARC

Idex « AAP Dynamique » University of Paris

Equipe Labellisée Ligue contre le Cancer

Labex « WHO AM I »

Sélection de publications

Tavernier, N., Thomas, Y., Vigneron, S., Maisonneuve, P., Orlicky, S., Mader, P., Regmi, S. G., Van Hove, L., Levinson, N. M., Gasmi-Seabrook, G., Joly, N., Poteau, M., Velez-Aguilera, G., Gavet, O., Castro, A., Dasso, M., Lorca, T., Sicheri, F.*, and Pintard, L.* (2021). Bora phosphorylation substitutes in trans for T-loop phosphorylation in Aurora A to promote mitotic entry. Nat Commun 12, 1899. doi: 10.1038/s41467-021-21922-w.

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G. Velez-Aguilera, S. Nkombo Nkoula, B. Ossareh-Nazari,J. Link,D. Paouneskou,L. Van Hove, N. Joly, J. M. Verbavatz, V. Jantsch and L. Pintard.* (2020). ThePolo-like kinase (PLK-1) promotes the merger of the parental genome into a single nucleus by triggering lamina disassembly. eLife, Oct 8;9:e59510. doi: 10.7554/eLife.59510

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Thomas, Y. #, Cirillo, L. #, Panbianco, C., Martino, L., Tavernier, N., Schwager, F., Van Hove, L., Joly, N., Santamaria, A., Pintard, L.*, and Gotta, M.* (2016). Cdk1 Phosphorylates SPAT-1/Bora to Promote Plk1 Activation in C. elegans and Human Cells. Cell Rep 15, 510-518.

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Tavernier, N. #, Noatynska, A. #, Panbianco, C., Martino, L., Van Hove, L., Schwager, F., Léger, T., Gotta, M. *, and Pintard, L*. (2015). Cdk1 phosphorylates SPAT-1/Bora to trigger PLK-1 activation and drive mitotic entry in C. elegans embryos. J Cell Biol 208, 661-669.

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#Equal contribution

*Corresponding authors

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