Thesis advisor: David Burgess / The contractile ring is pictured, analyzed, and even named under the basic assumption that the geometry of the structure begins and ends circularly and the ring is a single homogenous structure acting uniformly. However, under physiological conditions cell-to-cell adhesions force cells and therefore initial contractile rings into highly irregular and noncircular shapes. To investigate this basic assumption of contractile ring geometry, contractile ring shape of dividing sea urchin embryos was analyzed under three conditions: in seawater where cell-to-cell adhesion is strong, calcium free seawater where cell-to-cell adhesion is minimized, and in microfabricated chambers to artificially manipulate the initial contractile ring shape. We found that contractile ring geometry evolves over time to become circular even when it begins as an irregular shape due to cell-to-cell adhesions or artificial manipulation. By analyzing velocities of specific regions of the contractile ring, it became apparent that there is always a pattern of rounding regions of lowest circularity before overall ring contraction. This pattern suggests that the contractile ring is capable of producing varying forces in a coordinated manner. Therefore the contractile ring can not only be noncircular, but can also possess regions with different molecular and biophysical properties. / Thesis (MS) — Boston College, 2016. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Biology.

Animals, fungi, and amoebas require an actomyosin contractile ring at the division site to perform cytokinesis. The contractile ring initiates and guides the invagination of the plasma membrane as it forms new barriers between the nuclei at the cell equator. Defects in the contractile ring can result in misdirected, delayed, or premature cytokinesis, which leads to abnormal chromosome numbers. Aneuploidies resulting from failed cytokinesis sometimes lead to aggressive forms of cancer. This dissertation was motivated by the goal of better understanding the properties of the contractile ring and how it drives cytokinesis. Actomyosin is initially recruited to the cell equator through the coordination of scaffolding factors, actin-binding proteins, and signaling cascades. Subsequently, the sliding of actin filaments by myosin reshapes the resulting meshwork into a compact ring. Once fully assembled, the contractile ring establishes tension, which leads the plasma membrane inward. The primary motor proteins in the contractile ring of animal cells are class-II nonmuscle myosins, which typically function as bipolar filaments. Filament assembly is activated by phosphorylation and plays a central role in myosin function during cytokinesis. However, many underlying processes that regulate contractile ring function are poorly understood. Current models of cytokinesis have been based on mechanistic insights provided by two decades of work in the fission yeast system Schizosaccharomyces pombe. In fission yeast, the class-II myosin Myo2 provides the major source of motor activity in the contractile ring. Myo2 is two-headed and has a rod-like tail, which is consistent with other class-II myosins. Yet, it was unknown whether Myo2 assembles into filaments, or how phosphorylation affects its activity. To investigate these features, recombinant Myo2 was purified from the baculovirus/Sf9 insect cell expression system. Hydrodynamic measurements were used to examine whether Myo2 forms filaments. These sedimentation velocity data gave no indication that Myo2 self-assembles under the typical physiological salt concentrations, which suggests that Myo2 is unlike any class-II myosin known to date. Myo2 was also treated in vitro with its native kinase Pak1. Phosphorylation of Myo2 molecules had no effect on self-assembly, however it reduced actin-binding in motility assays and increased steady-state ATPase rates by two fold. Our results imply that the function and regulation of fission yeast Myo2 during cytokinesis depends on a specific scaffolding scheme at the plasma membrane, which has not been observed in other eukaryotes. Another interest of this dissertation was how the contractile ring is regulated during cytokinesis. We examined one cytokinesis protein, Cyk3, believed to mediate between the ring and extracellular processes. Genetics and live cell imaging analyses indicated that Cyk3 functions through a catalytically-inactive enzyme domain, which implicated Cyk3's involvement in one of the primary cytokinesis signaling pathways. This dissertation sheds new light on core aspects of how fission yeast undergo cytokinesis, especially with respect to the mechanism of Myo2 activity in the contractile ring. Characterizing the physical and enzymatic properties of an essential myosin in a simple organism should provide insights into cytokinesis in higher organisms.

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Une cellule se divise en deux par le processus de cytokinèse. Elle requiert la coordination de plusieurs composants pour éviter la formation des cellules potentiellement cancéreuses. Premièrement, un anneau contractile (AC) dépendant de l’actine et de Rho-GTP diminue le diamètre de la cellule jusqu’à la formation d’une structure plus stable indépendante de l’actine, l’anneau du midbody (AM) qui guide l’éventuelle séparation des cellules sœurs. Diaphanous (Dia) est une formine dépendante de Rho responsable de l’agencement des filaments d’actine non ramifiés qui se localise à l’AC et est essentielle à la cytokinèse. Nous avons étudié le rôle de Dia pendant la cytokinèse par microscopie de haute résolution en temps réel pour suivre le comportement dynamique des protéines fluorescentes (PF) dans des cellules de Drosophile S2. Une construction fonctionnelle de Dia-PF est recrutée à l’AC et l’AM indépendamment de l’actine mais est absente dans l’AM mature. Dia quitte l’AM au même temps où l’AM dévient indépendant d’actine. La déplétion de Dia par ARN interférant ralentit la constriction de l’AC, augmente les oscillations et, dans 70% des cas, les cellules échouent la cytokinèse pendant la constriction, suggérant que Dia a un rôle dans l’organisation de l’AC. LifeAct-PF, une sonde pour F-actine, dévoile une diminution des filaments d’actine spécifique à l’AC des cellules dépourvues de Dia pendant que Anilline-PF et Myosine-PF sont recrutées en puncta. Ces résultats soutiennent un modèle où Dia nuclée des filaments d’actine qui permettent l’organisation dynamique de l’AC et la perte de Dia régule la transition à l’AM stable indépendant d’actine. / Cytokinesis is the intricate process by which eukaryotic cells divide in two. It involves the coordination of many components in order to avoid the formation potentially cancerous cells. Initially, a Rho GTPase- and actomyosin-dependent contractile ring (CR) drives constriction at the cell equator until a stable actin-independent midbody ring (MR) forms and ultimately guides the separation of the two sister cells. Diaphanous (Dia), is a Rho-dependent formin that nucleates unbranched actin filaments, localises to the cleavage furrow and is required for cytokinesis. We have examined the role of Dia during cytokinesis by time lapse video microscopy of Drosophila S2 cells expressing markers tagged with fluorescent proteins (FPs). A functional Dia-FP was recruited to the CR independently of actin and stayed in the nascent MR, but was absent from the mature MR. The timing of its disappearance coincided with the transition of the MR to an actin-independent structure. RNAi-mediated depletion of Dia slowed furrow ingression, enhanced furrow oscillations and, in 70% of the failures, prevented furrow completion, consistent with a role for Dia in CR organization. The F-actin probe, LifeAct-FP, revealed a decrease in F-actin in Dia-depleted cells specifically at the CR while Anillin-FP and Myosin-FP were aberrantly recruited in punctate structures. Our findings are consistent with a model in which Dia nucleates actin filaments at the CR to maintain the dynamic organization of the actin-dependent CR and that the regulated loss of Dia from the nascent MR guides the formation of the stable, actin-independent MR.

Un dérèglement du cycle cellulaire peut causer le cancer. Lors de la cytocinèse un anneau contractile d’actine et de myosine se forme, se contracte, et donne un anneau du midbody qui mène à l’abscision. Le processus de cytocinèse est sous le contrôle de protéines telles que la GTPase Rho qui active la cytocinèse et les cyclines-Cdks qui l'inhibent. La Drosophile possède 3 cyclines mitotiques CycA/ CycB/ CycB3 qui sont successivement dégradées en fin de mitose et permettent l'initiation de la cytocinèse. La dernière étape d’abscission est un phénomène qui reste encore peu connu. Les protéines Vps4 et CHMP4C liées à ANCHR vont, sous la dépendance de la kinase Aurora B, promouvoir l’abscision mais, suite à quelques études récentes, il semble y avoir une implication de la cycline B. Ici, le but était de tester l’implication de cette cycline dans les processus de cytocinèse et d’abscision, elle a été menée par microscopie à haute résolution en temps réel avec des cellules S2 de l’organisme Drosophila melanogaster par le suivi de protéines recombinantes fluorescentes. L’étude a été divisée en deux axes : gain et perte de fonction par l’intermédiaire respectivement de la protéine Cycline B recombinante stable, non dégradable (CycBstable-GFP) et l’inhibition par l’utilisation d’ARN double brin (ARNdb) sur l’endogène. La CycBstable-GFP a perturbé la cytocinèse en induisant plusieurs anneaux contractiles et midbodies. En revanche la réduction de l’expression de CycB n'a pas eu d’effet observable, et elle ne semble pas avoir d’action sur l’abscission malgré le recrutement de CycB-GFP au midbody tardif. En revanche la protéine Cdk1 semble avoir un rôle dans l'abscision puisque sa réduction d’expression a induit un délai. Elle a donc une implication potentielle sur la cytocinèse. / Dysregulation of the cell cycle can cause cancer. During cytokinesis a contractile ring of actin and myosin forms, contracts and gives rise to a midbody ring which controls abscission. The process of cytokinesis is controlled by proteins such as the Rho GTPase, which activates cytokinesis and cyclin-Cdks that inhibit cytokinesis. Drosophila has 3 mitotic cyclins CycA, CycB and CycB3, which are successively degraded at the end of mitosis to allow the initiation of cytokinesis. The last step of abscission is a phenomenon that is still obscure. The ESCRTIII components VPS4 and CHMP4C protein linked to ANCHR will, in an Aurora B kinasedependent manner, promote abscission with recent studies implicating Cyclin B at this stage. Here, the aim was to test the role of cyclin B in cytokinesis and abscission, using real-time, high resolution microscopy of Drosophila melanogaster S2 cells expressing recombinant fluorescent proteins. This study was divided into two parts: gain and loss of function studies respectively using stable non-degradable cyclin B (CycBstable-GFP) and inhibition by using CycB double-stranded RNA (dsRNA). The CycBstable-GFP perturbed cytokinesis by inducing multiple contractile rings and midbodies. However CycB depletion had no detectable effect on the progression of cytokinesis nor on abscission despite the recruitment of CycB-GFP to the late midbody. In contrast, the protein Cdk1 seemed to play a role in abscission, since its depletion induced a delay. It therefore has potential implications for cytokinesis.

La cytokinèse est un processus minutieusement régulé par une structure corticale appelée l'anneau contractile d'actomyosine, sous le contrôle de la petite GTPase RhoA. La protéine d'échafaudage Anilline est un effecteur de RhoA et organise les différents éléments de l'anneau permettant sa fermeture. Via son N-terminus, l'Anilline interagit avec la Citron kinase Sticky, la myosine II et l'actine-F ce qui permet la stabilisation de l'anneau contractile et sa maturation en anneau du corps central ou «midbody». Via son domaine C-terminal, l'Anilline interagit avec la RhoA-GTP et les septines pour ancrer l'anneau à la membrane. De précédentes études du laboratoire ont montré que Sticky et les septines ont des actions opposées sur l'Anilline. Nous avons donc défini plusieurs ensembles d'interactions entre l'Anilline et les cytosquelettes d'actomyosine et de septines, qui possèdent des fonctions différentes voire opposées dans la cytokinèse: ce sont des réseaux cytosquelettiques. L'Anilline est ainsi impliquée dans la coordination de ces réseaux opposés et RhoA-dépendants. Nous devons encore déterminer si ces interactions de l'Anilline en N-ter et C-ter peuvent se produire en même temps ou si elles sont mutuellement exclusives pour coordonner les différents éléments cytosquelettiques pendant la fermeture de l'anneau contractile. Les cellules S2 de drosophile ont été utilisées pour déterminer comment l'Anilline coordonnait les réseaux cytosqulettiques de l'anneau contractile. Deux modèles ont été proposés : l'un où une seule molécule d'Anilline se lie simultanément aux réseaux en N-ter et C-ter; l'autre modèle suggère qu'une ou plusieurs populations d'Anilline coordonnent les réseaux de façon mutuellement exclusive. Pour distinguer entre ces deux modèles, des allèles de séparation de fonction de l'Anilline ont été testés : l'AnillinΔ1-5 qui n'interagit plus avec Sticky, ainsi que l'AnillinRBD* qui n'interagit plus avec Rho1-GTP et qui ne recrute plus les septines à l'anneau contractile. Des expériences de sauvetage suite à la déplétion de l'Anilline endogène ont été réalisées et les tentatives de division ont été captées par microscopie en temps réel. L'expression de chaque mutant individuellement menait à une fermeture de l’anneau décalée, ralentie et souvent incomplète. En revanche, la co-expression de l'AnillinΔ1-5 et AnillinRBD* en trans dans les mêmes cellules a restauré la cinétique normale de la fermeture de l'anneau. Ce résultat supporte le modèle des populations multiples d'Anilline. Cette étude avance significativement nos connaissances de l'organisation de l'anneau contractile qui gère la division de toutes cellules animales. / Cytokinesis is a process thoroughly regulated by a cortical structure called the actomyosine contractile ring, under the control of the RhoA GTPase. The scaffolding protein Anillin is a RhoA effector organizing the several elements of the ring, thus permitting its closure. The AnillinN-terminus interacts with the Citron kinase Sticky, Myosin II and F-actin to stabilize the contractile ring and drive its maturation to the midbody ring. The AnillinC-terminus interacts with the RhoA GTPase and the septins to anchor the ring to the membrane. Previous works revealed that Sticky retains Anillin while the septins shed Anillin from the ring. Therefore, Anillin is involved in opposed RhoA-dependent cytoskeletal sub-networks to generate or reduce the tension at the membrane, and their balance is necessary to improve the ring closure. This study aims to decipher the coordination between these opposed sub-networks. We proposed two models : either sub-networks on AnillinN-ter and AnillinC-ter are simultaneously organized by the same molecule of Anillin, or several pools of Anillin coordinate separately the opposed subnetworks. We generated and expressed several inducible Anillin mutants in drosophila S2 cells : AnillinΔ1-5 prevents the interaction with Sticky; AnillinRBD* does not interact with RhoA and perturbs the Anillo-septin assembly. The expression of each mutant individually delayed, slowed down and failed the ring closure. However, co-expression of single mutants in trans rescued the ring closure. Moreover, Sticky over-expression improved AnillinRBD* recruitment in the ring. These results support the multiple pools of Anillin model. This study improves our knowledge on the contractile ring organization, necessary to succeed cytokinesis in animal cells.

La cytokinèse est un processus dont le but est une séparation de deux cellules soeurs en deux entités suite à une mitose. La cytokinèse nécessite la formation d’un anneau contractile (AC) qui va conduire un sillon de clivage vers une ingression à l’équateur de la cellule. L’une des étapes critiques de ce processus est la transition d’un AC dynamique vers une structure stable surnommée l’anneau du midbody (AM), organelle qui va guider la cellule vers l’abscision. La compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans cette transition nous permettrait de mieux comprendre les complexes protéiques impliqués autant au niveau de l’initiation qu’à la terminaison de la cytokinèse. Des défauts ayant lieu lors de cette transition mènent à la formation de cellules binucléées tétraploïdes qui sont observées dans plusieurs pathologies comme le cancer. Afin d’approfondir nos connaissances à ce sujet j’ai utilisé un modèle d’imagerie optique en temps réel dans un modèle cellulaire de Drosophila melanogaster : les cellules S2 de Schneider. Ces études ont mis l’emphase sur un nouveau mécanisme de maturation de la transition AC/AM. Nous avons pu démontrer que la kinase Citron, Sticky, et la septine, Peanut, agissent de manière opposée sur la protéine Anillin pour retenir ou éliminer, respectivement, la membrane plasmique lors de la transition AC/AM. En effet, la diminution d’expression de Sticky par ARNi engendre une perte de contrôle de rétention membranaire de l’AM. À l’inverse, la diminution d’expression de Peanut inhibe la maturation par excrétion membranaire de l’AM. La diminution d’expression simultanée de Sticky et de Peanut conduit l’AC vers des mouvements oscillatoires typiques d’une instabilité de l’AC suite à la perte de fonction de l’Anillin. Sticky est une protéine corticale lors de la cytokinèse dont le rôle et les partenaires d’interaction restent controversés. Pour approfondie nos connaissance de ce sujet, nous avons effectué une étude structurelle et fonctionnelle de Sticky. Cette étude démontre que Sticky possède deux mécanismes de localisation corticale. Le premier dépend de l’Anillin et le deuxième dépend de la petite GTPase Rho1, le régulateur maître de la cytokinèse. Sticky est capable de se localiser à l’AC en présence de l’un ou l’autre de ces deux mécanismes, mais chacun semble être essentiel pour la réussite de la cytokinèse. Le domaine minimal d’interaction entre la Sticky et l’Anillin a été identifié. Une version d’Anillin qui manque le site de liaison à la Sticky est incapable de supporter l’achèvement de la cytokinèse, et les cellules échouent la cytokinèse d’une manière semblable aux cellules dont l’expression de Sticky est diminuée. Similairement, les cellules exprimant une protéine Sticky mutée au site d’interaction avec Rho1-GTP, sont incapables de compléter la cytokinèse lorsque les niveaux endogènes de Sticky sont diminués par ARNi. Ceci suggère que Sticky agit avec Anillin et Rho1 au niveau du cortex pour guider la transition d’un AC dynamique vers un AM stable. Par la mise en évidence et la caractérisation d’un nouveau mécanisme moléculaire essentiel à la cytokinèse, cette thèse constitue des avancements importants au niveau de la cytokinèse. / Cytokinesis is a multistep process that allows two sister cells to undergo complete separation following mitosis. Cytokinesis requires the formation of a contractile ring (CR) that will drive cleavage furrow ingression at the equator of the cell. One of the crucial steps in this process is the transition from a dynamic CR to a more stable structure named the midbody ring (MR), which directs the final separation or abscission. Our knowledge of the molecular mechanisms involved in the CR-to-MR transition would presumably improve our understanding of the molecular complexes involved throughout cytokinesis from initiation to abscission. Defects that occur during this transition can lead to the formation of bi-nucleate tetraploid cells that are often observed in pathological conditions such as cancer. I have used Drosophila melanogaster Schneider’s S2 cells to study the CR-to-MR transition. My findings have highlighted a previously uncharacterized maturation process essential for the transition. More specifically, I demonstrate that the Citron Kinase, Sticky, and the Septin, Peanut, have opposing actions on the scaffold protein Anillin to either retain or extrude, respectively, membrane-positive proteins during the CR-to-MR transition. Indeed, Sticky depletion by RNAi led to uncontrolled loss of membrane-associated Anillin at the MR. Conversely, Peanut depletion led to inhibition of MR maturation by membrane extrusion. Co-depletion of Sticky and Peanut led to oscillatory movements of the CR, typical of Anillin depletion. Sticky is a cortical protein during cytokinesis whose role and interacting partners are controversial. I have performed a structure/function analysis of Sticky to better define its role and regulation during cytokinesis. My work shows that Sticky has two mechanisms of cortical localization. The first is through an Anillin interaction and the second is through the small GTPase Rho1, a master regulator of cytokinesis. Sticky can localize to the cortex in the absence of either one of these mechanisms. However, loss of both inhibits its localization. Following the identification of the minimal interaction sites of Anillin and Sticky, I expressed an Anillin mutant that lacked part of this site and found that cells failed cytokinesis in a similar manner to cells depleted of Sticky. Mutation of the Rho1 binding site on Sticky produced similar cytokinesis failures. Altogether, the results suggest that Sticky interacts with Anillin and Rho1 at the cortex to guide the transition from dynamic CR to stable MR. This thesis advances our understanding of cytokinesis by highlighting a previously uncharacterized process of MR maturation and by defining the importance and regulation of Citron Kinase during this process.

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Essentiel au maintien d’un organisme sain, la division cellulaire est un processus biologique composée de deux phases : la mitose et la cytokinèse. Au cours de la mitose, un fuseau mitotique bipolaire est assemblé et les chromosomes s’alignent au niveau de la plaque métaphasique par l’attachement des kinétochores aux microtubules du fuseau. Une fois les chromosomes alignés, les chromatides soeurs sont séparées par les microtubules pendant l'anaphase et sont ségréguées entre les cellules filles. La cytokinèse est initiée peu après le début de l'anaphase, marquant ainsi la fin de la division cellulaire en séparant le cytoplasme en deux nouvelles cellules filles. Une exécution précise de la mitose et de la cytokinèse est essentielle pour le maintien de l'intégrité du génome. L'échec de l'un de ces processus affecte la fidélité génétique. Les erreurs de ségrégation des chromosomes durant la mitose peuvent entraîner un gain ou une perte de chromosomes entiers, appelé aneuploïdie. Tandis que l'échec de la cytokinèse conduit à la formation d'une cellule binucléée avec un génome entièrement dupliqué, appelé tétraploïdie. Dans les cellules somatiques, la tétraploïdie peut conduire à l'arrêt du cycle cellulaire, à la mort cellulaire, ou provoquer une instabilité chromosomique (CIN), favorisant ainsi la prolifération de cellules avec un potentiel tumorigène. Par conséquent, il est essentiel de bien comprendre la régulation et les causes potentielles de l’échec de la cytokinèse en particulier dans le contexte des systèmes multicellulaires comme l’embryon. En effet, dans ces systèmes, la réduction progressives de la taille des cellules coïncident avec les principaux évènements du développement. De plus, la binucléation est fréquemment observée dans les cliniques de fertilité chez les embryons humains. Cependant, l’impact de la binucléation sur les divisions préimplantatoires demeure inexpliqué à ce jour. Afin de déterminer les conséquences de la tétraploïdie, nous avons utilisé l'embryon de souris pour modèle et réalisé des expériences d'immunofluorescence à haute résolution et une imagerie sur cellules vivantes. Nous avons découvert que la tétraploïdie chez les embryons de souris provoque une CIN et l'aneuploïdie par un mécanisme différent de celui des cellules somatiques. Dans les cellules somatiques, la formation des fuseaux multipolaires causée par des centrosomes surnuméraires est le principal mécanisme conduisant à la tétraploïdie et ainsi, à une CIN. En revanche, chez les embryons de souris, qui ne possèdent pas de centrosomes, la tétraploïdie ne conduit pas à la formation des fuseaux multipolaires. Les embryons tétraploïdes de souris développent une CIN en raison d’une réduction du renouvellement des microtubules et d’une altération de l’activité de correction d’erreurs dans l’attachement des kinétochores aux microtubules. Ainsi, une mauvaise correction de l’attachement des kinétochores aux microtubules entraîne des niveaux élevés d'erreurs de ségrégation chromosomique. Dans le cadre d'une étude de suivi, nous avons ensuite utilisé des différentes expériences d'imageries sur des cellules vivantes et d'immunofluorescences. Celles-ci furent couplées à des micromanipulations de la taille des cellules, des techniques modifiant l'adhésion cellulaire et des approches de knock-down des protéines pour étudier les mécanismes de régulation de la cytokinèse. Les expériences d'imageries sur cellules vivantes et les micromanipulations du volume cytoplasmique ont démontré que la taille des cellules détermine la vitesse de constriction de l'anneau contractile, c'est-à-dire que la vitesse de constriction devient progressivement plus lente à mesure que la taille des cellules diminue. Cependant, ce phénomène n'a lieu que lorsque les embryons atteignent le stade de 16 cellules ce qui suggère qu'une limite supérieure de vitesse de constriction peut exister pour restreindre l’augmentation de cette vitesse quand les cellules sont trop grandes. La taille des cellules étant un déterminant de la progression de la cytokinèse, nos expériences de knock-down des protéines ont, de plus, démontré que la formation de la polarité cellulaire a un impact négatif sur l'assemblage et la constriction de l'anneau contractile dans les cellules externes au stade de morula. Plus précisément, nous avons constaté que la polarité limite le recrutement des composants de la cytokinèse spécifiquement d'un côté de l'anneau contractile, provoquant ainsi un déséquilibre de l’ingression du sillon de clivage et réduisant la vitesse de constriction dans les cellules externes. Nous spéculons que la polarité cellulaire agit comme un obstacle à la progression de la cytokinèse, rendant ainsi les cellules externes plus sensibles à un échec de la cytokinèse. Ces études ont démontré un nouveau mécanisme par lequel la tétraploïdie conduit à l’instabilité chromosomique et à l’aneuploïdie chez les embryons. Ainsi un défaut de la dynamique de correction de l’attachement des kinétochores aux microtubules entraîne une mauvaise ségrégation des chromosomes indépendamment à la formation des fuseaux multipolaires. Ce travail a mis en évidence un rôle inhibiteur de la polarité apicale inattendu sur la machinerie cytokinétique. Cette inhibition pourrait fournir une explication mécanistique de l’incidence élevée de la binucléation dans le trophectoderme. Dans l'ensemble, ces résultats contribuent à notre compréhension du contrôle spatio-temporel de la cytokinèse au cours du développement embryonnaire et fournissent de nouvelles informations mécanistiques sur les origines et les conséquences biologiques de la tétraploïdie chez les embryons préimplantatoires. Les résultats présentés dans cette thèse ont des implications cliniques importantes, puisqu’ils fournissent des preuves définitives que la tétraploïdie générée par un échec de la cytokinèse est délétère pour le développement embryonnaire. Ces travaux mettent ainsi en lumière que la binucléation est un critère de sélection embryonnaire important à considérer lors des traitements de fertilité. / Cell division is comprised of mitosis and cytokinesis and is an essential biological process for the maintenance of healthy organisms. During mitosis, a bipolar spindle is assembled, and the chromosomes are aligned at the metaphase plate via the attachment of kinetochores to spindle microtubules. Once chromosome alignment is achieved, the sister chromatids are pulled apart by the microtubules during anaphase and segregated into the nascent daughter cells. Cytokinesis is initiated after anaphase onset and marks the completion of cell division by partitioning the cytoplasm of the dividing cell into two new daughter cells. Successful and timely completion of both mitosis and cytokinesis is key for the maintenance of genome integrity, and failure in either one of these processes affects genetic fidelity. Whereas chromosome segregation errors in mitosis can lead to whole chromosome gains or losses, termed aneuploidy, cytokinesis failure leads to the formation of a binucleated cell with an entirely duplicated genome, termed tetraploidy. In somatic cells, tetraploidy can either lead to cell cycle arrest and death or cause chromosomal instability (CIN), thereby promoting the proliferation of cells with high tumorigenic potential. Therefore, understanding cytokinesis regulation and the potential causes of cytokinesis failure is key, especially in the context of multicellular embryonic systems, wherein progressive cell size reductions coincide with developmental transitions. Moreover, binucleation is frequently observed in human embryos in fertility clinics, and whether binucleation impacts early divisions remains elusive. To elucidate the consequences of tetraploidy, we used the mouse embryo as a model and employed high-resolution immunofluorescence and live-cell imaging experiments. We found that tetraploidy in mouse embryos causes CIN and aneuploidy by a mechanism distinct from that of somatic cells. Whereas in somatic cells multipolar spindle formation caused by supernumerary centrosomes is the major mechanism by which tetraploidy leads to CIN, in mouse embryos - which are acentriolar – tetraploidy does not lead to multipolar spindle formation. Instead, mouse tetraploid embryos develop CIN due to reduced microtubule turnover and impaired error correction activity, which prevents the timely resolution of kinetochore-microtubule mis-attachments, thereby leading to high levels of chromosome segregation errors. As a follow-up study, we next employed live imaging and immunofluorescence experiments, coupled with micromanipulations of cell size, cell adhesion and protein knockdown approaches to investigate the regulatory mechanisms of cytokinesis. Live imaging experiments and micromanipulations of cytoplasmic volume demonstrated that cell size determines the speed of contractile ring constriction i.e., constriction speed becomes progressively slower as the cells decrease in size. However, this phenomenon takes place only when embryos reach the 16-cell stage, suggesting that an upper limit of constriction speed may exist to restrict the scalability of ring constriction to cell size. In addition to cell size being a powerful determinant of cytokinesis progression, our loss-of-function experiments revealed that the emergence of cell polarity negatively impacts contractile ring assembly and constriction in outer cells at the morula stage. More specifically, we found that polarity limits the recruitment of cytokinesis components specifically to one side of the contractile ring, thereby causing unbalanced furrow ingression and reducing constriction speed in outer cells. We speculate that cell polarity may act as an obstacle for cytokinesis progression and render outer cells to be more susceptible to cytokinesis failure. These studies have revealed a novel mechanism by which tetraploidy leads to chromosomal instability and aneuploidy in embryos, wherein defective kinetochore-microtubule dynamics cause chromosome mis-segregation in a manner independent of multipolar spindle formation. In addition, this work unravelled an unexpected inhibitory role of apical polarity on the cytokinetic machinery that might provide a mechanistic explanation for the high incidences of binucleation in the outer layer of blastocysts. Altogether, these findings contribute to our understanding of the spatiotemporal control of cytokinesis during embryonic development and provide new mechanistic insights into the origins and biological consequences of tetraploidy in preimplantation embryos. The results presented in this thesis have substantial clinical implications, as they provide definitive evidence that tetraploidy generated by cytokinesis failure is deleterious to embryonic development, therefore underlining binucleation as an important embryo selection criterion to be considered during fertility treatments.