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.

Le trafic vésiculaire permet un échange coordonné de molécules entre les différents organites de la cellule et dépend largement des petites GTPases de la famille des Rabs dont le nombre varie entre 27 chez la Drosophile et 70 chez l’Homme. Un des prochains défis consiste donc à élucider les mécanismes cellulaires qui coordonnent l’activité de ces Rabs, laquelle garantit un transport vésiculaire ordonné au sein de la cellule. Les Rabs agissent comme des interrupteurs moléculaires grâce à leur capacité à cycler entre un état actif et inactif. L’activité des Rabs est contrôlée par des protéines régulatrices puis des effecteurs en aval coordonnent leurs différentes fonctions. La petite GTPase Rab11 est essentielle au développement de plusieurs organismes incluant la Drosophile, C. elegans et la souris puisqu’elle se retrouve au cœur de différentes voies de transport. D’ailleurs, le trafic de molécules dépendant de Rab11 est perturbé dans plusieurs pathologies. Malgré son rôle central dans le trafic vésiculaire, la régulation de Rab11 reste peu comprise in vivo. Cette thèse se penche sur les mécanismes moléculaires contrôlant les fonctions de Rab11 et de ses effecteurs lors de la migration cellulaire collective et lors de la cytocinèse. Nous avons identifié Evi5 comme un nouvel acteur clé de la migration cellulaire collective, et nous montrons qu’elle possède une activité Rab11-GAP essentielle pour maintenir les récepteurs de guidance actifs de façon polarisée au front de migration. Nous avons ensuite déterminé que Rab11 régule la communication cellulaire lors de la migration collective par l’entremise de son interaction avec la Moésine. Une question reste toutefois en suspens : sachant que Rab11 compte plus de 13 effecteurs, quels sont les mécanismes assurant la spécificité de l’interaction entre cette GTPase et un effecteur particulier? Une partie de la réponse provient peut-être de nos observations que les membres des Rab11-FIPs de classe I, une famille d’effecteurs de Rab11, interagissent avec les protéines d’échafaudage 14-3-3. Chez la Drosophile, Rip11 est le seul représentant des Rab11-FIPs de classe I et nous montrons que Rip11 aurait des fonctions inattendues durant la cytocinèse qui seraient coordonnées par 14-3-3. Nos recherches permettent de dresser un portrait plus authentique des mécanismes moléculaires régulant les différentes fonctions de Rab11 et de ses effecteurs in vivo. / Vesicle trafficking allows coordinated exchange of molecules between the cell organelles and depends largely on small GTPases of the Rab family which contains 27 members in Drosophila and 70 in Human. One challenge is to identify the cellular mechanisms which coordinate Rab activity to ensure ordered vesicle transport within the cell. Rab proteins act like molecular switch by cycling between an active and an inactive state. Rab activity is regulated by helper proteins, whereas downstream effector proteins coordinate the Rab functions. The small GTPase Rab11 is crucial for Drosophila, C. elegans and mouse development since Rab11 is at the heart of different transport routes. Thus, Rab11-dependent trafficking of molecules is perturbed in different pathologies. Despite its central role during vesicle trafficking, the regulation of Rab11 in vivo is poorly characterized. This thesis focus on the molecular mechanisms controlling the function of Rab11 and its effectors during collective cell migration and cytokinesis. We identify Evi5 as a novel key regulator of collective cell migration and we show that Evi5 has Rab11-GAP activity essential for maintaining active guidance receptors at the leading edge. We then show that Rab11 regulates cell communication during collective cell movement through its interaction with Moesin. A question still remained unanswered: knowing that Rab11 has more than 13 effectors, which mechanisms assure the specificity of interaction between this small GTPase and a particular effector? Part of the answer might come from our observation that class I Rab11-FIPs, known Rab11 effectors, are able to bind to the 14-3-3 scaffolding proteins. In Drosophila, Rip11 is the sole member of the class I Rab11-FIPs and we show that Rip11 has unexpected functions during cytokinesis which are coordinated by 14-3-3. Our research allows us to better understand the molecular mechanisms regulating Rab11 and its effectors in vivo.

Les phosphoinositides sont des molécules régulatrices présentes à l'interface membrane-cytosol, impliquées dans la transduction du signal, le trafic membranaire ainsi que l'organisation du cytosquelette. Ces lipides recrutent non seulement diverses protéines vers des compartiments spécifiques, mais régulent aussi leur activité enzymatique. Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, ils interagissent directement avec le domaine RhoGAP de la protéine Rgd1, identifiée comme un activateur commun aux GTPases Rho3 et Rho4. Ces 2 protéines, respectivement impliquées dans la croissance polarisée et la cytocinèse, voient leur activité GTPasique exacerbée en présence de Rgd1pet des PIPs. L'objectif de cette thèse était comprendre à l'échelle moléculaire le processus unique d'activation de RhoGAP par les PIPs. Pour ce faire, nous avons réalisé l'étude structurale de RhoGAP par cristallographie couplée à la RMN en solution. Nos résultats montrent que le domaine possède les éléments essentiels à l'activation des protéines Rho. L'interaction avec les PIPs a été suivie par RMN en présence de PI(4)P et de PI(4,5)P2, respectivement localisés dans les vésicules de sécrétion et à la membrane plasmique. Nos résultats révèlent un site de liaison commun aux PIPs dans une région non conservée chez les domaines RhoGAP. L'affinité des complexes, de l'ordre de la centaine de micromolaires suggèrent qu'in vivo l'interaction soit transitoire et réversible avec les PIPs. La sélectivité de l'interaction se ferait donc de façon spatio-temporelle, au niveau des vésicules de sécrétion pour la croissance polarisée et de la membrane plasmique pour la cytocinèse. / Phosphoinositides act as regulatory and signalling molecules at the membrane-cytosol interface in signal transduction, membrane traffic and cytoskeleton organization. These lipids recruit several proteins to specific compartments, but also regulate their activity. In the yeast Saccharomycescerevisiae, they directly bind the Rgd1-RhoGAP domain, that stimulates the GTPase activity of bothRho3p and Rho4p. The GTPase activity of these two Rho proteins, respectively involved in the polarized growth and cytokinesis of the yeast, is enhanced with the presence of Rgd1p and PIPs. The main objective of this thesis is to understand the PIP-RhoGAP interaction at the molecular level. In order to do that, we coupled X-ray structure determination to solution NMR spectroscopy on the isolated RhoGAP domain. Our results show that the domain contains the conserved elements that would usually confer the catalytic GTPase activation. We us e liquid-state NMR spectroscopy to follow the interaction with PI(4)P and PI(4,5)P2, respectively found in secretion vesicles and the plasma membrane. Our study reveals a common binding site for both PIPs in a non-conserved region in the RhoGAP domain family. We measured sub-millimolar binding affinity for PIPs. Such moderate binding affinities are consistent with the biological requirement for reversible complex formation. The selectivity of the interaction could be made in a spatio temporal way, on the secretion vesicles during polarized growth and at the plasma membrane during cytokinesis.

Au sein d'un organisme les cellules se divisent et assurent la croissance, la différentiation et l'homéostasie des tissus. Des travaux récents proposent qu'elles communiquent activement entre voisines au sein des organes solides pour coordonner leur propre division et la préservation de l'intégrité tissulaire. Nous proposons que la signalisation Eph-éphrine, acteur de la communication cellulaire locale, participe à cette coordination entre division cellulaire et cohésion du tissu. Au cours de ma thèse, j'ai démontré dans plusieurs modèles cellulaires que la signalisation Eph-éphrine contrôle la division cellulaire et peut induire des retards dans l'abscission et de la polyploïdie. J'ai prouvé par vidéomicrosocpie que ces défauts d'abscission dépendent du domaine catalytique du récepteur EphB2 et de l'activation de la protéine tyrosine kinase relais c-Src. En cascade, c-Src phosphoryle un régulateur clé de la stabilité du pont intercellulaire, la protéine citron kinase (CitK). J'ai également observé que CitK était anormalement localisé durant la cytocinése en aval de la voie Eph. Par des essais kinase in vitro, j'ai exclu une phosphorylation directe de CitK par le récepteur Eph et identifié c-Src comme capable de phosphoryler directement CitK. J'ai identifié les résidus tyrosines de CitK phosphorylés par c-Src, mutés deux d'entre eux et à l'aide d'analyses de sauvetage phénotypique, démontré que ces résidus étaient nécessaires et suffisants pour induire des défauts d'abscission. J'ai ensuite validé in vivo ce rôle original de la voie Eph-éphrine, dans le contexte du développement neuronal chez la souris. Plusieurs membres de la famille des Eph-éphrines sont exprimés dans les progéniteurs neuraux à l'origine des neurones corticaux et des auteurs ont montrés que CitK contrôle la cytocinèse de ces cellules. En utilisant un système Cre-lox, j'ai spécifiquement éteint la signalisation Eph dans ces progéniteurs et observé une modification de la ploïdie neuronale dans ces animaux. J'ai également observé dans les progéniteurs neuraux une co-localisation physiologique de résidus tyrosines phosphorylés et de la protéine CitK, qui adopte un enrichissement apical caractéristique. Ces résultats suggèrent notamment que la signalisation Eph-éphrine pourrait contrôler l'abscission des progéniteurs neuraux via la phosphorylation de CitK. La cytocinèse est aujourd'hui décrite comme un processus cellulaire autonome orchestré par la machinerie intracellulaire. Les résultats obtenus durant mon doctorat suggèrent que la cytocinèse est également régulée par l'environnement local de la cellule comme j'en ai fait la démonstration avec la signalisation Eph-éphrine. D'autre part, mes travaux suggèrent que la phosphorylation de CitK sert d'interrupteur moléculaire durant la progression à travers la division cellulaire et le contrôle de la ploïdie des neurones. / Cells within an organism successfully divide to ensure growth, differentiation and homeostasie. Recent work suggests that dividing cells actively communicate with neighbours thus spatially and temporally coordinating cell division while maintaining tissue cohesiveness. We hypothesized that Eph-ephrin signalling, a local cell-cell signalling pathway, could participate in coordinating cell division within a tissue. Using vertebrate and invertebrate cell culture models I showed that Eph-signalling controls cell division and induces delay in the abscission of nascent daughter cells as well as polyploidy. Using time-lapse imaging I proved that the Eph-mediated abscission failure depends on the catalytic activity of the receptor via the non receptor tyrosine kinase relay molecule c-Src. Downstream of Eph signalling c-Src phosphorylates the protein citron kinase (CitK) a well known regulator of intercellular bridge stability. I also observed that CitK was abnormally localized during cytokinesis when Eph signalling was active. Further, using in vitro kinase assays, I demonstrated that Eph does not directly phosphorylate CitK but that c-Src could do so. In addition, using Mass Spectrometry I mapped all tyrosine residues directly phosphorylated by c-Src. I mutated two of them located in the Rho binding domain of CitK and demonstrated that phosphorylation of those residues are necessary and sufficient to induce cytokinesis failure. I validated in vivo this novel role of Eph-ephrin signalling in a physiological context in the developing mouse neocortex. Members of the Eph/ephrin family are expressed in neural progenitors that give rise to neurons of the cortex upon neurogenic division. Importantly, CitK has been shown by others to control cytokinesis of these progenitor cells. Using the Cre-lox system, I specifically turned off Eph forward signalling in neural progenitor cells and observed an alteration of neuronal ploidy in these mutant animals. Further, I also observed that CitK which adopts a particular apical localisation in neural progenitors physiologically co-localized with phosphorylated tyrosine residues. Altogether, these results suggest that Eph-ephrin signalling controls abscission of neural progenitors by promoting phosphorylation of CitK. The textbook view of cytokinesis is that it is a cell autonomous event orchestrated by the intracellular machinery. Data obtained during my PhD suggest that cytokinesis is also regulated by local environment, here Eph/ephrin signalling, and that phosphorylation of CitK may represent a molecular switch in the normal progression of cell division and in the control of neuronal ploidy.

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Le Phosphatidylinositol(4,5)P2 (PtdIns(4,5)P2) est essentiel pour réguler divers processus cellulaires, y compris la signalisation cellulaire, le trafic intracellulaire et la cytocinèse. Le contrôle strict de son homéostasie est donc crucial et la dérégulation des kinases, des phosphatases et des phospholipases qui la contrôlent conduit à de multiples pathologies. Parmi elles, le syndrome de Lowe est une maladie rare et incurable causée par des mutations du gène OCRL qui code pour la PtdIns(4,5)P2 phosphatase OCRL1. La déplétion de dOCRL, l’orthologue d’OCRL1 chez la drosophile altère l’homéostasie du PtdIns(4,5)P2 avec (i) une accumulation anormale de PtdIns(4,5)P2 sur les endomembranes conduisant (ii) à des défauts de cytocinèse et à de la multinucléation. L’objectif de cette thèse était de comprendre comment le PtdIns(4,5)P2 est régulé sur les endomembranes. Dans les cellules de drosophile, nous avons découvert une fonction nouvelle et inattendue pour le suppresseur de tumeur PTEN, indépendante de son activité phosphatase. En effet, nous avons constaté que PTEN réduit les niveaux de PtdIns(4,5)P2 sur les endosomes grâce à l’action enzymatique de dPLCXD, une phospholipase C (PLC) atypique. Ainsi la voie de signalisation PTEN/dPLCXD peut compenser pour les défauts de cytocinèse dus à la perte de dOCRL. Enfin, nous avons identifié un activateur chimique des PLC qui restaure la perte fonctionnelle d’OCRL dans trois modèles de syndrome de Lowe distincts. Par la suite, nous avons étudié le rôle de la PTEN/PLCXD pendant l’autophagie, mécanisme d’autodigestion du matériel cellulaire. En effet, l’homéostasie du PtdIns(4,5)P2 lysosomale est essentielle pour l’étape autophagique de fusion des autophagosomes avec lysosomes. Nous avons observé que la déplétion de PLCXD et la surexpression d’un mutant catalytiquement inactif de PTEN altèrent l’autophagie chez les cellules de drosophile et de mammifère. Ces données suggèrent que la voie PTEN/PLCXD nouvellement identifiée régule le flux autophagique. Dans cette thèse, nous avons mis en lumière une nouvelle voie de signalisation PTEN/dPLCXD qui contrôle les niveaux de PtdIns(4,5)P2 sur les endolysosomes. Cette voie peut réguler l’autophagie et compenser la perte de dOCRL. Il s’agit d’une nouvelle fonction de PTEN indépendante de son activité phosphatase et c’est une première fonction biologique connue pour PLCXD. Cette découverte a conduit à l’identification d’une stratégie thérapeutique potentielle pour traiter les patients atteints du syndrome de Lowe. / Phosphatidylinositol(4,5)P2 (PtdIns(4,5)P2) is essential for various cellular processes, including cell signaling, intracellular traffic and cytokinesis. Therefore, strict control of its homeostasis is crucial. Indeed, the deregulation of the kinases, phosphatases and phospholipases which controls PtdIns(4,5)P2 leads to multiple pathologies. Among them, the Lowe syndrome is a rare and incurable disease caused by mutations in the OCRL gene which codes for PtdIns(4,5)P2 phosphatase OCRL1. Depletion of dOCRL, the orthologue of OCRL1 in drosophila, alters the homeostasis of PtdIns(4,5)P2 with (i) an abnormal accumulation of PtdIns(4,5)P2 on the endomembranes leading (ii) to cytokinesis defects and multinucleation. The objective of this thesis was to understand how PtdIns(4,5)P2 is regulated on endomembranes. In drosophila cells, we have discovered a new and unexpected function for the tumor suppressor PTEN independent of its phosphatase activity. Indeed, we have found that PTEN reduces the levels of PtdIns(4,5)P2 on endolysosomes thanks to the enzymatic action of dPLCXD, an atypical phospholipase C (PLC). Thus, the PTEN/dPLCXD signaling pathway can compensate for cytokinesis defects due to the loss of dOCRL. Finally, we identified a chemical activator of PLC that restores the functional loss of OCRL in three distinct Lowe syndrome models. Next, we studied the role of this newly identified PTEN/PLCXD pathway during autophagy, a self-digestion mechanism. Indeed, the homeostasis of lysosomal PtdIns(4,5)P2 is essential for the fusion of autophagosomes with lysosomes during autophagy. We have observed that depletion of PLCXD and overexpression of a catalytically inactive mutant of PTEN both alter autophagy in Drosophila and mammalian cells. These data suggest that this newly identified PTEN/PLCXD pathway regulates the autophagic flux. In this thesis, we have highlighted a new PTEN/dPLCXD signaling pathway which controls the levels of PtdIns(4,5)P2 on endolysosomes. This new PTEN function is independent of its phosphatase activity and the first biological function for PLCXD can regulate autophagy and compensate for the loss of dOCRL. This discovery led to the identification of a potential therapeutic strategy for treating patients with Lowe’s syndrome.

Le but de ces travaux de thèse est d’apporter une meilleure compréhension des mécanismes de régulation contrôlant la division cellulaire au niveau moléculaire. La division cellulaire est composée de la mitose et la cytocinèse. Les deux processus doivent être coordonnés étroitement afin de garantir la stabilité du génome. La division cellulaire doit aussi s’équilibrer avec la croissance cellulaire pour que les cellules conservent une taille constante au cours des cycles successifs. La levure S. pombe est un organisme modèle simple très utilisé pour des études de cycle cellulaire et de cytocinèse. Dans ce modèle, nous avons focalisé ce travail de thèse sur les nœuds corticaux médians, des structures protéiques complexes, qui ont une fonction double dans l’engagement en mitose et dans le positionnement du plan de division. Les nœuds médians corticaux sont organisés par la kinase SAD Cdr2. Leur localisation et leur fonction sont régulées négativement pour la DYRK kinase Pom1 qui forme des gradients émanant des extrémités de la cellule. Les nœuds corticaux médians contiennent une voie d’inhibition pour Wee1 qui promeut l’entrée en mitose. Cette voie implique la kinase SAD Cdr1, un inhibiteur direct de Wee1 et pourrait coupler l’entrée en mitose à la taille de la cellule par levée progressive de l’inhibition exercée par Pom1 quand les cellules s’allongent. Cdr2 recrute aussi l’anillin Mid1 sur les nœuds corticaux médians ainsi qu’une série de composants additionnels, Blt1, Gef2, Nod1 et Klp8, pour former des précurseurs médians de l’anneau contractile de cytocinèse qui se compactent en un anneau fin pendant la mitose. La localisation médiane des nœuds, contrôlée négativement par les gradients polaires de Pom1 prédéfinit ainsi le plan de division au centre géométrique de la cellule. Dans la première partie de ma thèse, j’ai étudié la protéine des nœuds corticaux médians Blt1 dont la fonction restait énigmatique. Nous avons montré que Blt1 promeut une association robuste de Mid1 avec les nœuds corticaux. Blt1 interagit avec Mid1 via le RhoGEF Gef2 pour stabiliser les nœuds au cortex cellulaire durant les premiers stades de l’assemblage de l’anneau contractile. L’extrémité N-terminale de Blt1 est nécessaire à sa localisation ainsi qu’à sa fonction, tandis que son extrémité C-terminale favorise sa localisation au cortex en interagissant avec des phospholipides. Dans des cellules dans lesquelles ni Mid1 ni Blt1 ne peuvent s’attacher à la membrane, les nœuds se détachent du cortex et génèrent des anneaux contractiles de cytocinèse aberrants. Nous en avons conclu que Blt1 agit comme une protéine d’échafaudage pour les précurseurs de l’anneau contractile, et que Blt1 et Mid1 constituent des ancres membranaires redondantes pour le positionnement du plan de division. Dans une deuxième partie de ma thèse, j’ai étudié comment Cdr2 organise les différents composants des nœuds en voies fonctionnelles qui favorisent l’entrée en mitose et la division médiane. J’ai montré que l’interaction de Cdr2 avec Wee1 et Mid1 dépend du domaine UBA de Cdr2 de manière dépendante de l’activité kinase. En revanche, Cdr1 s’associe avec l’extrémité C-terminale de Cdr2, composée des domaines basique et KA1 d’association aux lipides membranaires. De manière intéressante, Mid1 interagit également avec l’extrémité C-terminale de Cdr2 et pourrait ponter les parties N- et C-terminales de Cdr2, alors que Blt1 s’associe à la région centrale de Cdr2. Nous faisons l’hypothèse que l’association des effecteurs de Cdr2 avec différents domaines de Cdr2 pourraient contraindre Cdr1 et Wee1 spatialement pour promouvoir l'inhibition de Wee1 quand la kinase Cdr2 est active. / The aim of this PhD work is to bring a better understanding of the regulatory mechanism controlling cell division in space and time at the molecular level. Cell division is composed of mitosis and cytokinesis. Both processes need to be perfectly coordinated in order to guarantee genome integrity. Cell division also needs to be properly balanced with cell growth to maintain cell size constant during successive cell cycles. Temporal and spatial regulatory mechanisms ensure the coordination of these events. The fission yeast Schizosaccharomyces pombe is a simple rod-shaped model organism well-known for cell cycle and cytokinesis studies. In this model, we focused the work of this thesis on the medial cortical nodes, complexe protein structures that have a dual role in mitotic commitment and in division plane positioning. Medial cortical nodes are organized by the SAD kinase Cdr2. Their localization and function is negatively regulated by the DYRK kinase Pom1 that forms a gradient emanating from the cell tips. Medial cortical nodes contain an inhibitory pathway for Wee1, promoting mitotic entry. This pathway involves the SAD kinase Cdr1, a direct inhibitor of Wee1 and has been proposed to couple mitotic entry to cell size by progressive alleviation of Pom1 inhibition when cells grow longer. Cdr2 also recruits to medial nodes the anillin Mid1 as well as a series of four additional components, Blt1, Gef2, Nod1 and Klp8, to form medial precursors for the cytokinetic contractile ring that compact into a tight ring during mitosis. Nodes medial localization, negatively controlled by Pom1 gradients, predefines thereby the division plane in the cell geometrical center. In a first part of my thesis, I studied the previously enigmatic cortical node protein Blt1. We showed that Blt1 promotes the robust association of Mid1 with cortical nodes. Blt1 interacts with Mid1 through the RhoGEF Gef2 to stabilize nodes at the cell cortex during the early stages of contractile ring assembly. The Blt1 N terminus is required for localization and function, while the Blt1 C terminus promotes cortical localization by interacting with phospholipids. In cells lacking membrane binding by both Mid1 and Blt1, nodes detach from the cell cortex and generate aberrant cytokinetic rings. We conclude that Blt1 acts as a scaffolding protein for precursors of the cytokinetic ring and that Blt1 and Mid1 provide overlapping membrane anchors for proper division plane positioning. In the second part of my thesis, I studied how Cdr2 scaffolds various nodes components to organize them in functional pathways promoting mitotic commitment and medial division. I showed that Cdr2 interaction with Wee1 and Mid1, depends on Cdr2 UBA domain in a kinase activity dependent manner. In contrast, Cdr1 associates with Cdr2 C-terminus composed of basic and KA-1 lipid-binding domains. Interestingly, Mid1 also interacts with Cdr2 C-terminus and may the bridge N- and C-terminal domains of Cdr2 while Blt1 associates with the central spacer region. We propose that the association of Cdr2 effectors with different Cdr2 domains may constrain Cdr1 and Wee1 spatially to promote Wee1 inhibition upon Cdr2 kinase activation.

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La cellule est l’unité à la base de la vie. Elle est généralement délimitée par sa membrane et contient un noyau et du cytoplasme en plus d’autres composantes. Les cellules se divisent afin de maintenir et de perpétuer la vie par duplication de leur matériel génétique et par leur séparation en deux cellules physiquement distinctes durant la cytocinèse. Cependant, la division cellulaire est parfois modifiée et aboutit à la formation d’un tissu contenant plusieurs noyaux bordés d’une membrane unique appelé syncytium. Les syncytia sont fréquemment retrouvés chez les organismes vivants, bien que leurs fonctions et mode de formation restent peu compris. L’organisation en syncytium est conservée chez tous les animaux étudiés à ce jour au niveau de la lignée germinale dans laquelle les cellules partagent un cytoplasme commun par l’intermédiaire d’un pont intercellulaire stable. Dans la majorité des lignées germinales étudiées, les cellules sont directement connectées l’une à l’autre par un pont intercellulaire stable qui émerge de cytocinèses incomplètes. Cependant, certaines lignées germinales sont organisées autour d’une cavité commune à laquelle chaque cellule germinale est connectée. Dans ces lignées germinales, les mécanismes qui mènent à l’expansion du syncytium sont peu compris. Ma thèse décrit l’utilisation de la lignée germinale primordiale de C. elegans à son premier stade larvaire pour mieux comprendre l’organisation, l’expansion et la fonction des lignées germinales syncytiales. En utilisant la microscopie électronique et confocale, j’ai découvert que l’organisation du syncytium est fixée au premier stade larvaire. En effet, les deux cellules germinales primordiales (CGP) sont chacune individuellement connectée à une cavité cytoplasmique centrale par le biais de ponts intercellulaires stables. Nous avons nommé cette cavité le proto-rachis car l’organisation des CGP est identique à l’organisation de la gonade adulte. Chez l’adulte, les ponts intercellulaires qui connectent les cellules germinales au rachis sont stabilisés par des régulateurs d’actomyosine. Nous avons vérifié si cela était également le cas dans la gonade au premier stade larvaire. Tous les régulateurs présents dans la gonade adulte, sont aussi présent dans les ponts intercellulaires des CGP, mais la lignée germinale primordiale est réfractaire à la perturbation de la fonction de ces régulateurs. Ce résultat suggère que les régulateurs d’actomyosine sont organisés de manière très stable au premier stade larvaire. Afin de mieux comprendre comment le syncytium se développe dans la lignée germinale de C. elegans, j’ai ensuite suivi la première division des CGP par microscopie à temps réel. J’ai mis en évidence que l’anneau de cytocinèse se stabilise, puis se déplace vers le proto-rachis jusqu’à qu’il s’y intègre. Ces résultats indiquent que le syncytium se développe par cytocynèse incomplète. De plus, mes résultats montrent que la connexion au proto-rachis est maintenue durant la division des CGP. C’est pourquoi nous proposons un modèle pour l’expansion du syncytium dans lequel l’anneau de cytocinèse stabilise pour connecter une des cellules filles au proto-rachis, tandis que l’autre cellule fille est connecté par l’anneau stable qu’elle aura hérité de la cellule mère. Enfin, pour s’assurer que les mécanismes d’expansion du syncytium observés durant la division des CGP sont conservés au cours du développement de la gonade, j’ai conceptualisé et créé un dispositif de micro-fluidique qui en théorie permettrait de suivre plusieurs séries de division des CGP. En somme, mon travail de doctorat a fourni une caractérisation détaillée de la structure du syncytium dans la lignée germinale de C. elegans au premier stade larvaire, ainsi qu’un modèle pour l’expansion du syncytium. Mes découvertes indiquent que malgré des différences dans l’organisation des syncytia, la cytocinèse incomplète est un mécanisme conservé dans toutes les lignées germinales animales. Des travaux futurs seront nécessaires pour découvrir quelles voies de signalisation moléculaires sont sous-jacentes aux mécanismes de formation des syncytia, et ainsi de mieux comprendre quelle est la fonction de ces structures fascinantes. / The cell constitutes the basic unit of life. It is generally delimited by its membrane and contains a nucleus and cytoplasm amongst other components. To maintain and perpetuate life, cells divide by duplicating their genetic material, and by physically separating into two distinct cells during the process called cytokinesis. However, cell division is sometimes modified and leads to the formation of a tissue in which several nuclei are delimited by a single membrane, called a syncytium. Syncytial tissues are common amongst living organisms, but why and how they form remains unclear. The syncytial architecture is conserved in all studied animal germlines where germ cells share a common cytoplasm through stable intercellular bridges. In most animal germlines, the germ cells are directly connected with one another, and the stable intercellular bridges that connect the cells are known to arise from regulated incomplete cytokinesis. However, some germlines are organized around a central common cavity to which each germ cell is connected. In such germlines, the mechanisms of syncytium expansions remain unknown. My thesis describes the use of the C. elegans germline primordium at the first larval stage to better understand the organization, the expansion, and the function of germline syncytia. Using electron and confocal microscopy I found that the organization of the syncytium is established at the first larval stage. The two germ cells called the primordial germ cells (PGCs) each connect to a central cytoplasmic cavity through stable intercellular bridges. Because this organization is identical to the adult germline where each germ cell is connected to the central rachis, we termed the cavity between the PGCs proto-rachis. In the adult gonad, the intercellular bridges that connect the germ cells to the rachis are stabilized by actomyosin regulators, so I verified if this was also the case in the first larval stage gonad. All the regulators that localize to adult intercellular bridges were also present between the PGCs, but the primordial germ line is refractory to perturbation of these regulators. This suggests that the actomyosin regulators are organized in a very stable manner in the first larval stage germline. I next tracked the first division of the PGCs with live imaging to better understand how the syncytium expands in the C. elegans germline. I found that the cytokinetic ring stabilizes, then displaces towards the proto-rachis until it integrates into the syncytial structures. This finding suggests the syncytium expands by incomplete cytokinesis. In addition, my results indicate that the connection to the proto-rachis was maintained during PGCs division. We therefore propose a model in which the cytokinetic ring stabilizes and connects one of the daughter cells to the proto- rachis while the other cell is connected through the inherited stable ring from the mother cell. Finally, I designed and a created a microfluidic device that in theory would allow us to live image several rounds of PGCs division. This would confirm if the mechanisms of syncytium expansion that we observed during the first division of the PGCs are conserved in further development. My work has provided a detailed characterization of the syncytial structure in the C. elegans germline primordium as well as a model for syncytium expansion. My findings indicate that despite differences in the organization of the syncytium, incomplete cytokinesis is conserved as the mechanism for syncytium expansion in all animal germlines. Further research will be necessary to bring to light the molecular pathways underlying syncytium formation to have a better understanding of the function of these fascinating structures.