Biologie de l'ovocyte

La formation du gamète femelle est un prélude essentiel au bon développement embryonnaire. La maturation méiotique, dernière étape de l’ovogénèse, assure l’obtention d’un gamète femelle haploïde apte à la fécondation. L’ovocyte bloqué en prophase de 1ère division méiotique dans l’ovaire, reprend la méiose sous l’effet d’un signal hormonal au moment de l’ovulation. L’ovocyte progresse alors jusqu’en métaphase II, en absence de phase S intercalaire, et s’arrête à ce stade jusqu’à la fécondation. Ce processus dépend de l’activation du facteur MPF (complexe Cdk1-cycline B). Il constitue un modèle de référence pour l’étude des mécanismes qui assurent la transition G2-M du cycle cellulaire.

Notre équipe s’intéresse à la réalisation des trois étapes de la maturation méiotique chez le Xénope:

  •  La voie de transduction initiée par l’hormone (progestérone) et qui conduit à l’activation du MPF, impliquant les kinases PKA, Cdk1 et MAPK et des phosphatases PP1 et PP2A.
  •  Les bases moléculaires de l’inhibition de la réplication de l’ADN entre les deux divisions méiotiques, indispensable à la genèse d'un génome haploïde.
  •  Le blocage en métaphase II.

La connaissance de la maturation méiotique permet donc d’aborder la régulation de la division cellulaire à travers l'étude d'une étape essentielle pour la reproduction et le développement, mais aussi l’origine des pathologies cancéreuses qui résultent souvent de la dérégulation de la division cellulaire.

En savoir plus...

La formation du gamète femelle est le prélude essentiel au développement embryonnaire. Elle s'achève au moment de l’ovulation par la maturation méiotique, dernière étape qui produit un gamète femelle haploïde apte à la fécondation. Lors de cette étape, l’ovocyte, qui est bloqué en prophase de 1ère division méiotique dans l'ovaire, reprend la méiose en réponse à un signal hormonal : il achève la 1ère division et progresse alors jusqu’en métaphase de la 2nde division méiotique, stade auquel il se bloque jusqu’à la fécondation. Ce processus dépend de l’activation du facteur MPF (M-phase promoting factor, complexe Cdk1-cycline B), ce qui fait de la maturation méiotique un modèle de référence pour l’étude des mécanismes qui assurent la transition G2-M du cycle cellulaire.

Notre équipe s’intéresse à la réalisation des trois étapes de la maturation méiotique chez le Xénope:

- La voie de transduction initiée par l’hormone (progestérone) et qui conduit à l’activation du MPF, impliquant les kinases PKA, Cdk1 et MAPK et des phosphatases PP1 et PP2A.

- Les bases moléculaires de l’inhibition de la réplication de l’ADN entre les deux divisions méiotiques, indispensable à la genèse d'un génome haploïde.

- Le blocage en métaphase II.

La connaissance de la maturation méiotique permet donc d’aborder la régulation de la division cellulaire à travers l'étude d'une étape essentielle pour la reproduction et le développement.

Résultats importants

Le blocage en prophase est assuré par une forte activité de la kinase PKA. La reprise de la méiose dépend d'une chute de cette activité PKA, donc de la déphosphorylation de l'un de ses substrats. La conséquence en est l’activation du MPF et de la voie Mos/MAPK, ce qui déclenche la division. Nos résultats récents ont révélé:

  • Le mécanisme de production des hormones stéroïdes déclenchant la méiose (Haccard et al. Mol. Cell. Endocr. 2012).
  • L'importance de la kinase Myt1, un inhibiteur direct de Cdk1, dans les étapes initiales de la voie de transduction (Gaffré et al. Development, 2011).
  • Le rôle-clé joué par une nouvelle kinase, Greatwall, et la phosphatase PP2A dans l'activation du MPF (Dupré et al. J. Cell Sci. 2013).
  • L'identité de la cible de PKA, restée inconnue depuis des années: la protéine ARPP19. Phosphorylée par PKA, elle inhibe la reprise de la méiose. Déphosphorylée, elle autorise cette reprise et devient un acteur nécessaire à l'activité du MPF suite à une nouvelle phosphorylation par la kinase Greatwall (Dupré et al. Nature Commun. 2014).
  • Les mécanismes qui déclenchent l'apoptose de l'ovocyte faute de fécondation (Du Pasquier et al. PLoS ONE 2011).

Projets

Les premières données moléculaires sur le contrôle du cycle cellulaire sont venues de la combinaison d'études génétiques et biochimiques chez la levure et les ovocytes. Ce sont elles qui ont permis la découverte du MPF, facteur universel déclenchant la division eucaryote. Cependant, les mécanismes présidant à la division sont encore très loin d'être connus. Sachant que les acteurs du cycle cellulaire sont conservés dans le règne du vivant, et que les divisions méiotiques dépendent des mêmes acteurs que ceux de la mitose, nos projets utilisent le modèle des divisions méiotiques de l'ovocyte dans le but d'enrichir ce champ des connaissances. Ils ont deux objectifs majeurs:

  • Disséquer la cascade de transduction permettant l'activation du MPF en réponse à la progestérone. Nous nous focalisons sur le rôle de ARPP19, alternativement inhibiteur de la division sous le contrôle de PKA et activateur de la division sous le contrôle de la kinase Greatwall.
  • Comprendre les bases de l'inhibition de la réplication de l'ADN entre les deux divisions méiotiques. Le projet sera centré sur les interconnexions entre la voie Mos/MAPK, la protéine de réplication Cdc6 et les kinases ATM/ATR.

Collaborations

  • Dr. Evelyn Houliston, UPMC-CNRS UMR7009-Biologie du Développement, 06230 Villefranche sur mer, France
  • Dr. Tim. Hunt, Prix nobel de Medecine (2001), Cancer Research UK, Clare Hall Laboratories,South Mimms,Herts EN6 3LD, England.
  • Dr. Michael Goldberg, Department of Molecular Biology and Genetics, Biotechnology Building, Cornell University, Ithaca, NY 14853-2703
  • Dr. Angu Nairn, Department of Psychiatry, Yale University School of Medicine, New Haven, Connecticut 06508, USA.
  • Dr. Thierry Lorca, Universités Montpellier 2 et 1, Centre de Recherche de Biochimie Macromoléculaire, CNRS UMR 5237, IFR 122, 1919 Route de Mende, 34293 Montpellier cedex 5, France
  • Dr. Jean Gautier Columbia University, Department of Genetics and Development, 1130 St. Nicholas Avenue, ICRC Room 603A, New York NY 10032.
  • Dr. Mathieu Bollen, Laboratory of Biosignaling & Therapeutics, Department of Cellular and Molecular Medicine, University of Leuven, B-3000 Leuven, Belgium