Les centrosomes

Les centrosomes SMC6052/BIM6027 et 516-‐604D IRCM 21 février 2013 Vincent Archambault Chercheur principal, InsGtut de recherche en immunologie et en cancérologie Professeur sous octroi adjoint, Département de biochime Université de Montréal Le cycle de la division cellulaire eucaryote Plan du cours – Les centrosomes 1-‐ Découverte du centrosome 2-‐ FoncGons des centrosome et des cils 3-‐ Biogénèse des centrioles et des cils 4-‐ Centrosomes et cils dans les maladies humaines 5-‐ Les centrosomes: essenGels? facultaGfs? nuisibles? Note: les diaposiGves servent de support visuel au cours et ne peuvent pas subsGtuer à une présence au cours. Il est recommandé d’écouter, de prendre des notes et de se référer aux références citées pour approfondir les concepts vus en cours. 1-‐ Découverte du centrosome Theodor Boveri Découvreur du centrosome (1888), qu’il décrit comme “the especial organ of cell division”. Theodor Boveri Découvreur du centrosome (1888), qu’il décrit comme “the especial organ of cell division”. Le centrosome Be`encourt-‐Dias & Glover, 2007, NRMCB Structure d’un centrosome de vertébré Brito et al, 2012. Deconstruc<ng the centriole: structure and number control. Current Opinion in Cell Biology. Brito et al, 2012. Deconstruc<ng the centriole: structure and number control. Current Opinion in Cell Biology. 2-‐ Fonc<ons des centrosomes et des cils Les centrioles perme`ent la formaGon des centrosomes et des cils engaged appendages Raﬀ & Nigg. 2009. Cell Les centrosomes organisent les microtubules pour la forma<on d’un fuseau bipolaire en mitose L’assemblage des microtubules Kollman et al, 2011. Nat Rev Mol Cell Biol. Le complexe de la γ-‐Tubuline (γTubulin Ring Comlex; γTuRC) Kollman et al, 2011. Nat Rev Mol Cell Biol. Nucléa<on des microtubules aux centrosomes par le γTuRC Kollman et al, 2011. Nat Rev Mol Cell Biol. Les centrosomes sont souvent associés à l’enveloppe nucléaire en interphase. Les centrosomes sont souvent associés à l’enveloppe nucléaire en interphase. Topology and func<ons of LINC complexes. Razafsky & Hodzic, 2009, JCB Le cycle cellulaire chez deux levures www.ncbi.nlm.nih.gov Mitose ouverte, mitose fermée, mitose semi-‐fermée Humains Mouches Güknger et al, 2009. Nature Reviews Molecular Cell Biology. Levures Champignons Levures bourgeonnantes Vertébrés Lim et al. 2009. Regula<on of centrosome separa<on in yeast and vertebrates: common threads. Trends in Cell Biology. PelleGer & Yamashita, Current Opinion in Cell Biology, 2012 Levure Lignée germinale mâle de la mouche Pereira & Yamashita, 2012, Trends in Cell Biology. Pereira & Yamashita, 2012, Trends in Cell Biology. Ques<ons ouvertes 1-‐ Le centrosome père ou le centrosome ﬁls est-‐il associé aux déterminants du desGn cellulaire? 2-‐ Le centrosome père ou le centrosome ﬁls régule-‐t-‐il l’asymétrie de la cytocinèse? 3-‐ Le centrosome père ou le centrosome ﬁls est-‐il associé à d’autres facteurs reliés à l’idenGté de la cellule souche? PelleGer & Yamashita, Current Opinion in Cell Biology, 2012 L’importance du posiGonnement des centrosomes. Tang & Mashall, 2012. Centrosome posiGoning in vertebrate development. Cell Science. Le moteur du cycle cellulaire Cyclin B-‐Cdk1 Ac<vity APC Phosphatase levure: Cdc14 Animaux: PP2A-‐B55, PP1? <me Mito<c exit Mito<c entry Interphase Mitosis -‐ Interphase microtubules -‐ Relaxed chrososomes -‐ Nuclear envelope present -‐ Other events -‐ Mito=c spindle -‐ Condensed chromosomes -‐ Nuclear envelope breakdown -‐ Other events Interphase -‐ Interphase microtubules -‐ Relaxed chromosomes -‐ Nuclear envelope present -‐ Other events Le point de restricGon du posiGonnement du fuseau (Spindle Orienta<on Checkpoint; SPOC) Caydasi et al, 2010, Cell Div Ques<ons ouvertes 1-‐ Quels sont les rôles des centrosomes dans les voies de signalisaGon qui régulent le cycle cellulaire? Par ex: kinases et phosphatases à l’entrée en mitose. 2-‐ Y a-‐t-‐il des mécanismes moléculaires de communicaGon entre les centrosomes et les chromosomes qui perme`ent de coupler leur réplicaGon? (Les deux doivent se dupliquer en phase S.) Les centrioles perme`ent la formaGon des centrosomes et des cils engaged appendages Raﬀ & Nigg. 2009. Cell 3-‐Biogénèse des centrioles et des cils Le cycle de duplicaGon des centrioles Cdk2, Plk4 Raﬀ & Nigg. 2009. Cell Le cycle de duplicaGon des centrioles est régulé par la kinase Plk4. Plk4 dégradé Plk4 acGvé Sillibourne & Bornens, 2010. Cell Division. IdenGﬁcaGon of SAS-‐6 as a key element of the centriolar cartwheel. (a) ImmunolocalizaGon of the SAS-‐6 protein (also known as Bld12p) to the central hub of the cartwheel in Chlamydomonas reinhard<i imaged by electron microscopy. Top images show longitudinal secGons through wild-‐type centrioles; note the immunogold-‐labelling of the carthwheel by anG-‐SAS-‐6 anGbodies (right). Bo`om; immunogold-‐labelling of centriole in cross-‐secGon, showing that SAS-‐6 localizes to the central part of the cartwheel (right). SchemaGc representaGon (les) shows cartwheel in red. Scale bars,100 nm. Reproduced with permission from ref. 35. (b). Structural model of a SAS-‐6 oligomer (upper panel) and rotary-‐metal-‐shadowing electron micrographs of the same structure (lower right panel; schemaGc representaGon of structure is shown on the les). Both images emphasize the importance of SAS-‐6 for conferring ninefold rotaGonal symmetry to the centriole. (Reproduced with permission from ref. 38). Nigg & Stearns, 2011. The centrosome cycle: Centriole biogenesis, duplicaGon and inherent asymmetries. Nat Cell Biol. The centrosome cycle. Nigg, 2007. Trends in Cell Biology. Le point de restric<on de l’assemblage du fuseau (spindle assembly checkpoint; SAC) Peters, 2006, Nat Rev Mol Cel Biol. Musacchio & Salmon, 2007, Nat Rev Mol Cel Biol. Régula<on de la cohésion entre chroma<des sœurs. Archambault & Glover, 2009, Nat Rev Mol Cell Biol. Coordina<on du cycle des centrosomes avec la ségréga<on des chromosomes The dual use of cohesin ensures coordina<on of the chromosome-‐ and the centrosome cycle. The model proposes that centrioles (shades of grey), in a similar way to sister chromaGds (light blue), are held together by two pools of cohesin (red), that is, a prophase-‐responsive fracGon and one protected by shugoshin 1 (dark blue). Consequently, centriole disengagement and sister-‐chromaGd separaGon occur in highly similar fashions, with separase removing the last of cohesin by proteolyGc cleavage of Scc1. 4-‐ Centrosomes et cils dans les maladies humaines Problèmes de centrosomes et instabilité génomique La présence de centrosomes surnuméraires et de fuseaux mulGpolaires sont deux caractérisGques fréquemment observées dans les cancers qui montrent aussi de l’instabilité chromosomique . Y a-‐t-‐il un lien de cause à eﬀet?? Raﬀ & Nigg. 2009. Cell 'Mul<polar spindle intermediates' promote merotelic a^achment. a, U2OS cells undergoing their ﬁrst or second mitoGc division following PLK4 overexpression stained for centrioles (green; inset, white), microtubules (red), chromosomes (blue) and centromeres (yellow). Arrow indicates a lagging chromosome caused by merotelic a`achment (inset: microtubules, white; centromere, red). Ganem et al, 2009. A mechanism linking extra centrosomes to chromosomal instability. Nature. 'Mul<polar spindle intermediates' promote merotelic a^achment. b, The percentage of mitotic cells exhibiting multipolar spindles or lagging chromosomes for each condition. Error bars represent
the mean s.e.m. from 5 independent experiments; P-value derived from paired two-tailed t-test. Scale bar, 10 m. c, Extra
centrosomes promote merotelic attachment (green microtubules) by altering spindle geometry. In addition, syntelic attachments
(blue microtubules) also accumulate upon centrosome clustering and may promote further enhancement of merotely. Unresolved
merotelic attachments can give rise to lagging chromosomes at anaphase.
Ganem et al, 2009. A mechanism linking extra centrosomes to chromosomal instability. Nature. Problèmes de centrosomes et maladies Raﬀ & Nigg. 2009. Cell Problèmes de centrioles et maladies Raﬀ & Nigg. 2009. Cell 5-‐ Les centrosomes: essen<els? faculta<fs? nuisibles? Fig 4. DSas-‐4S2214 Mutant Flies Are Morphologically Normal, but Lack Cilia Deux voies contribuent à la formaGon du fuseau mitoGque ou méioGque Par les centrosomes Par les chromosomes femelle mâle embryon pupe Le cycle de vie de la drosophile larve 1 pré-‐pupe larve 2 larve 3 13 X S/M L’embryon de drosophile et la contribuGon maternelle Développement de l’embryon syncy<al de la drosophile Les noyaux migrent vers le cortex lors de leurs divisions, poussés par une cage de microtubules. Archambault & Pinson (2010) Fly. Les microtubules astraux génèrent une poussée qui force les noyaux à migrer vers le cortex. Foe, Odell & Edgar in Textbook The Development of Drosophila melanogaster, Bate & MarGnez-‐Arias (1993). Embryon syncy<al de drosophile Claudio Sunkel Deux voies contribuent à la formaGon du fuseau mitoGque ou méioGque. Par les centrosomes Dans l’embryon de la mouche Par les chromosomes La méiose femelle chez la drosophile se fait dans un syncy<um. Arrêt en métaphase I Métaphase II Anaphase II Deux voies contribuent à la formaGon du fuseau mitoGque ou méioGque. Par les centrosomes Durant la méiose femelle de la mouche Par les chromosomes Fer<lisa<on et première mitose chez la drosophile Foe, Odell & Edgar in Textbook The Development of Drosophila melanogaster, Bate & MarGnez-‐Arias (1993). Références Archambault & Glover, 2009. Nature Reviews Molecular Cell Biology. Archambault & Pinson, 2010. Free centrosomes: Where do they all come from? Fly (AusGn). Basto et al, 2006. Flies without centrioles. Cell. Be`encourt-‐Dias & Glover, 2007. Centrosome biogenesis and funcGon: centrosomics brings new understanding. Nature Reviews Molecular Cell Biology. Brito et al, 2012. DeconstrucGng the centriole: structure and number control. Current Opinion in Cell Biology. Caydasi et al, 2010. Monitoring spindle orientaGon: Spindle posiGon checkpoint in charge. Cell Division. Foe, Odell & Edgar in Textbook The Development of Drosophila melanogaster, Bate & MarGnez-‐Arias (1993). Ganem et al, 2009. A mechanism linking extra centrosomes to chromosomal instability. Nature. Güknger et al, 2009. OrchestraGng nuclear envelope disassembly and reassembly during mitosis. Nature Reviews Molecular Cell Biology. Kollman et al, 2011. Microtubule nucleaGon by γ-‐tubulin complexes. Nature Reviews Molecular Cell Biology. Lim et al, 2009. RegulaGon of centrosome separaGon in yeast and vertebrates: common threads. Trends in Cell Biology. Nigg, 2007. Centrosome duplicaGon: of rules and licenses. Trends in Cell Biology. Nigg & Stearns, 2011. The centrosome cycle: Centriole biogenesis, duplicaGon and inherent asymmetries, Nature Cell Biology. PelleGer & Yamashita, 2012. Centrosome asymmetry and inheritance during animal development. Curremt Opinion in Cell Biology. Pereira & Yamashita, 2012. Fly meets yeast: checking the correct orientaGon of cell division. Trends in Cell Biology. Razafsky & Hodzic, 2009. Bringing KASH under the SUN: the many faces of nucleo-‐cytoskeletal connecGons. Journal of Cell Biology. Raﬀ & Nigg, 2009. Centrioles, Centrosomes, and Cilia in Health and Disease. Cell. Sillibourne & Bornens, 2010. Polo-‐like kinase 4: the odd one out of the family. Cell Division. Tang & Mashall, 2012. Centrosome posiGoning in vertebrate development. J Cell Science.