Le cancer est l’une des principales causes de mortalité en France, après les maladies cardiovasculaires. Il est responsable de plus de 11 millions de décès dans le monde chaque année. Le cancer résulte d’une prolifération anarchique de cellules qui mène à la formation d’une tumeur. Les cellules tumorales peuvent ensuite migrer vers d’autres tissus pour former des métastases. La chimiothérapie est l’un des traitements les plus utilisés pour traiter le cancer. Elle consiste en l’utilisation d’agents antitumoraux qui provoquent la mort cellulaire en bloquant la mitose. Dans le but d’induire cette apoptose, nous nous sommes intéressés aux poisons du fuseau mitotique, agents cytotoxiques qui ont pour cible les microtubules et qui ont la particularité de se fixer sur leur constituant majeur, la tubuline. La dynamique des microtubules joue un rôle crucial dans la multiplication cellulaire. Bloquer cette dynamique est suffisant pour bloquer la mitose. Par ailleurs, suite à cet arrêt de la polymérisation, un second mécanisme se mettrait en place, notamment au niveau des cellules endothéliales, pour empêcher la néovascularisation, ce qui inhiberait ainsi l’angiogénèse. Notre travail consiste en la conception et la synthèse de nouveaux inhibiteurs de la polymérisation de la tubuline, potentiellement anti-angiogéniques et anti-vasculaires. Il s’agit de tricycles, qui ont la particularité d’interagir spécifiquement avec le site de fixation de la colchicine, au niveau de la tubuline, ce qui inhibe la polymérisation des microtubules et par conséquent la division cellulaire. Des tests d’inhibition enzymatique et de cytotoxicité sur plusieurs lignées cellulaires cancéreuses ont été réalisés et les résultats sont présentés dans ce rapport. / Cancer is one of the leading cause of death in France after cardiovascular diseases. Cancer results from an abnormally excessive cell proliferation which leads to the formation of a tumor. The following processes in invasion of tumoral cells and metastasis in the other tissues. Stopping mitosis by chemotherapy can cause death of cancer cells. In order to induce this apoptosis, we are interested by a class of antitumoral drugs which disrupt mitotic spindle function by focusing on its major component: the microtubules. These agents set exactly on their main structural element: the tubulin. The microtubule was recognised as a subcellular target of major strategic importance with regard to anticancer therapeutics. Our work consisted of the design and the synthesis of new antitumor drugs which influence microtubules dynamics. Theses molecules should inhibit tubulin polymerization by binding to the colchicine site. Moreover, we expect theses compounds selectively target tumor vasculature and thus can also be considered vascular disrupting agents. Enzymatic inhibition and cytotoxic assays were performed on different cell lines and are presented in this report.

Le point de contrôle d’assemblage du fuseau mitotique (SAC) est un système de surveillance conservé chez les eucaryotes permettant un attachement précis entre les kinétochores et les microtubules. Le SAC empêche la progression mitotique jusqu'à ce que soit généré un attachement et une tension correcte entre les kinétochores et les microtubules. La dérégulation du SAC a des conséquences graves avec de l'aneuploïdie retrouvé dans la plupart des tumeurs solides. BUB1 est une kinase sérine/thréonine requise pour le fonctionnement du SAC. Elle possède à la fois des rôles dépendants et indépendants de sa fonction kinase. Ce projet définit plusieurs fonctions associées à BUB1 lors de la mitose. L'utilisation d’outils in vivo et in vitro ont permis d’identifier plusieurs sites d'autophosphorylation sur Bub1. Nous avons testé et confirmé le site T589 de BUB1 comme un site d'autophosphorylation. Un mutant de ce site (BUB1-T589A) a été exprimé de manière stable et un anticorps phosphospécifique a été généré pour étudier ce site. Le rôle structural des domaines de BUB1 a été rapporté précédemment. Nous montrons que quand le domaine d'extension du domaine kinase (aa 724-780) située en N-terminal du domaine kinase est nécessaire pour l’autophosphorylation de BUB1-T589 et l'activité de la kinase BUB1, le TPR à l’extrémité N-terminale est localisée normalement kinétochores et n’est pas requis pour l'activité kinase. BUB1-T589A a modifié le taux de renouvellement au kinétochores. Cela conduit à la propagation des signaux de SGO1 et de H2ApT120 au niveau des bras des chromosomes. Enfin, l’autophosphorylation en T589 régule le congression des chromosomes mais pas la fonction de BUB1 pour le SAC. De plus nous montrons que l'inhibition de PLK1, une autre kinase sérine/thréonine, augmente la localisation de BUB1 aux kinétochores après la suppression BUB3 dans les cellules humaines. Ainsi, PLK1 peut réguler la localisation de BUB1 aux kinétochores. Nous montrons également que cette régulation se produit à travers KNL1, une protéine d'échafaudage du SAC. PLK1 pourrait réglementer BUB1 kinétochore localisation pour influencer la progression mitotique. Des futures études se concentreront sur l’élucidation de mécanismes derrière ces interactions. / The Spindle assembly checkpoint (SAC) is a monitoring system conserved in eukaryotes for accurate attachments between kinetochores and microtubules. The SAC precludes mitotic progression until correct attachments and tension between kinetochores and microtubules is generated. Deregulation of the SAC has the severe consequence of aneuploidy found in most solid tumors. BUB1 is a serine/threonine kinase required for the SAC function. It has both kinase-dependent and kinase-independent roles. This project defines several BUB1 associated functions during mitosis. Using in vivo and in vitro tools several autophosphorylation sites on BUB1 were identified. We tested and confirmed BUB1 T589 as an autophosphorylation site. A mutant of this site (BUB1-T589A) was stably expressed in cells and a phosphospecific antibody was generated to study this site. The role of structural domains of BUB1 has been studied earlier. We show that while the kinase extension domain (aa 724-780) located N-terminal to the kinase domain is required for BUB1-T589 autophosphorylation and BUB1 kinase activity, the TPR at the N-terminus localizes normally to kinetochores and is not required for kinase activity. BUB1-T589A has altered turnover at kinetochores. This leads to the spread of SGO1 and H2ApT120 signal to chromosome arms. Finally, autophosphorylation at T589 regulates chromosome congression but not the SAC function of BUB1. We further show that inhibition of PLK1, another serine/threonine kinase, increases BUB1 kinetochore localization after BUB3 depletion in human cells. Thus, PLK1 can regulate BUB1 kinetochore localization. We also show that this regulation occurs through KNL1, a scaffold protein of the SAC. It is possible that PLK1 could regulate BUB1 kinetochore localization to influence mitotic progression. Future studies will focus on elucidation of mechanism behind these interactions.

La méiose chez les femelles est un processus de réduction du génome permettant la formation d'un gamète haploïde, l'ovocyte. Dans la plupart des espèces animales, l'ovogénèse est associée à une élimination des centrioles, composants des centrosomes, qui sont les centres organisateurs des microtubules (MTOCs) canoniques. En l'absence de centrioles, le fuseau méiotique est assemblé grâce à la large contribution des MTOCs. Cependant, leur origine, l'importance de leur organisation et de la régulation de leur activité sont peu comprises. J'ai démontré que les MTOCs sont déjà présents dans les ovocytes précurseurs et sont progressivement rassemblés sur l'enveloppe nucléaire chez les ovocytes compétents pour les divisions méiotique. A l'entrée en méiose, les MTOCs sont distribués autour des chromosomes qui se condensent de façon strictement régulée au cours du temps. La perturbation de l'organisation des MTOCs par une surexpression de la kinase Polo-like 4 (Plk4) altère l'activité de nucléation des microtubules à l'entrée en méiose. L'activité anormale de ces MTOCs conduit à la formation de fuseaux non fonctionnels et à l'arrêt méiotique. / Female meiosis is a fundamental process of genome reduction leading to formation of a haploid gamete, the oocyte. In most animal species, oogenesis is associated with elimination of centrioles, constituents of centrosomes, which are canonical Microtubule Organizing Centers (MTOCs). In the absence of centrioles, meiotic spindle is assembled with a large contribution of acentriolar MTOCs. However, their origins, importance of organization and regulation of activity are poorly understood. I have shown that MTOCs pre-exist in the oocyte precursors and that they are progressively gathered on the nuclear envelope as oocytes gain competency for meiotic divisions. At entry into meiosis, MTOCs are redistributed around the condensing chromosomes in a strictly regulated timely fashion. Perturbation of such MTOC organization by transgenic overexpression of Polo-like kinase 4 (Plk4) leads to altered MT-nucleating activity at meiotic entry. Such abnormally active MTOCs mediate the formation of large and non-functional spindles and meiotic arrest.

Le cancer est l'une des principales causes de mortalité en France, après les maladies cardiovasculaires. Il est responsable de plus de 11 millions de décès dans le monde chaque année. Le cancer résulte d'une prolifération anarchique de cellules qui mène à la formation d'une tumeur. Les cellules tumorales peuvent ensuite migrer vers d'autres tissus pour former des métastases. La chimiothérapie est l'un des traitements les plus utilisés pour traiter le cancer. Elle consiste en l'utilisation d'agents antitumoraux qui provoquent la mort cellulaire en bloquant la mitose. Dans le but d'induire cette apoptose, nous nous sommes intéressés aux poisons du fuseau mitotique, agents cytotoxiques qui ont pour cible les microtubules et qui ont la particularité de se fixer sur leur constituant majeur, la tubuline. La dynamique des microtubules joue un rôle crucial dans la multiplication cellulaire. Bloquer cette dynamique est suffisant pour bloquer la mitose. Par ailleurs, suite à cet arrêt de la polymérisation, un second mécanisme se mettrait en place, notamment au niveau des cellules endothéliales, pour empêcher la néovascularisation, ce qui inhiberait ainsi l'angiogénèse. Notre travail consiste en la conception et la synthèse de nouveaux inhibiteurs de la polymérisation de la tubuline, potentiellement anti-angiogéniques et anti-vasculaires. Il s'agit de tricycles, qui ont la particularité d'interagir spécifiquement avec le site de fixation de la colchicine, au niveau de la tubuline, ce qui inhibe la polymérisation des microtubules et par conséquent la division cellulaire. Des tests d'inhibition enzymatique et de cytotoxicité sur plusieurs lignées cellulaires cancéreuses ont été réalisés et les résultats sont présentés dans ce rapport.

La mitose permet la multiplication des cellules, contribuant ainsi à générer de nouveaux organismes unicellulaires, ou à construire des organismes multicellulaires. Pendant la mitose, le génome répliqué de la cellule mère est réparti entre les deux cellules filles. Les erreurs survenant lors de la répartition peuvent mener à l’aneuploïdie, une caractéristique de certaines maladies développementales dont les cancers. La fidélité de la répartition des chromatides sœurs dépend du fuseau mitotique, un réseau bipolaire de microtubules qui dirigent les chromosomes via leurs interactions avec les kinétochores assembles sur les chromatides sœurs. Ces interactions mènent à l’alignement des chromosomes, et à leur biorientation. Les chromatides sœurs sont alors attachés à des microtubules .manant des pôles opposés du fuseau. La ségrégation des chromatides sœurs a alors lieu en anaphase, et simultanément le fuseau central est assemblé entre les deux jeux de chromosomes. Cette structure composée de microtubules contribue à la ségrégation des chromatides sœurs en spécifiant la localisation et en favorisant l’ingression du sillon de division cellulaire. Pendant ma thèse, j’ai étudié les fonctions d’un ensemble de protéines du kinétochore, BUB-1, HCP-1/2CENP-F et CLS-2CLASP, lors de la mitose dans les zygotes de C. elegans. En combinant des approches de génétique et de vidéo-microscopie, j’ai montré que ces protéines participent à l’alignement et à la ségrégation des chromosomes. En particulier, BUB-1 contribue à l’alignement des chromosomes en accélérant l’attachement des microtubules aux kinétochores, tout en contrôlant la conformation et la maturation de ces attachements. Ces activités dépendent du recrutement de HCP-1/2 et CLS-2 par BUB-1, mais aussi du complexe RZZ et de la dynéine, ainsi que d’une activité de BUB-1 inhibant le recrutement du complexe SKA aux kinétochores. De plus, j’ai montré que BUB-1, HCP-1/2 and CLS-2 contribuent à l’assemblage des microtubules du fuseau central via l’activité polymérase de CLS-2. Cette fonction dépend du pré-recrutement de ces protéines aux kinétochores en métaphase, en aval de KNL-1, révélant une nouvelle fonction pour les kinétochores dans l’assemblage du fuseau central. Ce travail identifie donc des fonctions versatiles pour ces protéines, les plaçant comme des gardiennes majeures de l’intégrité génétique / Mitosis is a process by which cells multiply, contributing to the generation of new unicellular organisms, or the construction of multicellular organisms. During mitosis, the daughter cells inherit an identical copy of the mother cell’s replicated genome. Errors in genetic material distribution can lead to aneuploidy, a hallmark of developmental diseases including cancer. The accurate segregation of sister chromatids relies on the mitotic spindle, a bipolar network of microtubules that governs chromosome movements by interacting with the kinetochores assembled on sister chromatids. This drives chromosome alignment at the spindle equator, and chromosome bi-orientation meaning that sister kinetochores are connected to opposite spindle poles, laying the ground for sister chromatid segregation during anaphase. Once segregation has initiated, the microtubule-based central spindle is assembled between the two sets of chromosomes. This structure contributes to sister chromatid segregation, by specifying the location and favoring the ingression of the cytokinesis furrow. During my thesis, I have studied the functions of a subset of conserved kinetochore proteins called BUB-1, HCP-1/2CENP-F and CLS-2CLASP, during mitosis in C. elegans zygotes. By combining genetics and live imaging, I have shown that these proteins are involved both in chromosome alignment and segregation. In particular, I have shown that BUB-1 contributes to chromosome alignment by accelerating the establishment of end-on kinetochore-microtubule attachments, while controlling the conformation and maturation of these attachments. These activities rely on BUB-1’s downstream partners HCP-1/2CENP-F and CLS-2CLASP, but also on the RZZ complex and dynein, as well as an activity for BUB-1 in inhibiting the recruitment of the SKA complex. Additionally, I have shown that BUB-1, HCP-1/2CENP-F and CLS-2CLASP contribute to central spindle microtubule assembly, via CLS-2CLASP’s polymerase activity. This function relies on the prior kinetochore recruitment of these proteins during metaphase by the kinetochore scaffold protein KNL-1, revealing a new function for the kinetochore in central spindle assembly. Together, this work identifies versatile functions for this subset of conserved kinetochore proteins, making them major safe-keepers of genomic integrity

Titre de l'écran-titre (visionné le 30 octobre 2023) / Le processus complexe de division des cellules eucaryotes repose en grande partie sur l'organisation et la régulation méticuleuses de divers composants cellulaires, tels que les microtubules et le cortex d'actine. La coordination entre ces deux structures est essentielle au cours de la division cellulaire car un défaut de cette dernière peut conduire à une aneuploïdie. Le rôle des microtubules est central dans la division cellulaire, en particulier lors de la mitose. Lorsque les cellules entrent en mitose, elles subissent un processus de remodelage rapide et dynamique, au cours duquel les microtubules de l'interphase se désassemblent et se réassemblent, à partir des centrosomes, en microtubules plus courts et plus dynamiques. Lorsque la rupture de l'enveloppe nucléaire (NEBD) se produit, ces microtubules s'étendent et atteignent les chromosomes, formant un fuseau bipolaire au centre duquel les chromosomes seront alignés. Une fois les chromosomes alignés correctement, le point de contrôle d'assemblage du fuseau est satisfait et les cellules entrent en anaphase, au cours de laquelle les chromosomes se séparent. L'importance du cytosquelette d'actine au cours de la mitose est largement reconnue. Lors de l'entrée en mitose, les cellules perdent leurs adhésions focales, leurs extrémités se rétractent, elles s'arrondissent et le fuseau mitotique se forme. La mise en place de cette réorganisation cellulaire nécessite l'activation du complexe Cyclin B/CDK1 puis sa relocalisation vers le noyau. La géométrie de l'adhésion cellulaire peut influencer la position du fuseau mitotique et la mémoire des événements cellulaires entre générations, soulignant l'importance du cytosquelette d'actine dans le processus d'entrée en mitose. Alors que les changements dans la dynamique des microtubules et du cytosquelette d'actine lors de l'entrée en mitose semblent indépendant l'un de l'autre, des observations récentes suggèrent qu'il y aurait des interactions entre le fuseau mitotique et le cortex d'actine par l'intermédiaire des GTPases (Matthews et al., 2012). Les GTPAses de la famille RHO sont activées par les facteurs d'échange nucléotidiques (GEFs) en réponse à une pléthore de stimuli extracellulaires, régulant plusieurs réponses cellulaires telles que la prolifération, la différentiation et le mouvement. De nombreux événements de signalisation cellulaire sont contrôlés par les GTPAses de la famille RHO, notamment les changements dans la morphologie cellulaire, l'adhésion, la motilité, la progression du cycle cellulaire, la survie, l'apoptose et la cytokinèse. ARHGEF17, aussi appelé TEM4 (tumor endothelial marker 4), une protéineGEF de la famille RHO, qui est spécifique de RHOA/B/C, est impliquée dans la régulation du cytosquelette interphasique. Il a été démontré que TEM4 se lie directement à l'actine et aux filaments d'actine dynamiques nouvellement assemblés via son extrémité N-terminale, indépendamment de son activité RHOGEF. Dans les cellules en interphase, il est suspecté que TEM4 et RHOC suppriment la contractilité de la myosine et contrôlent le désassemblage des adhésions focales. TEM4 a aussi été identifiée comme une protéine essentielle à la mitose requise pour la localisation du fuseau monopolaire 1 (MPS1) au kinétochore. L'objectif de cette thèse est d'identifier les fonctions de TEM4 au cours du cycle cellulaire. Cette étude met en évidence le manque de spécificité de l'anticorps commercial le plus communément utilisé pour marquer TEM4 et démontre que cette protéine joue un rôle crucial dans l'entrée en mitose, l'alignement des chromosomes et la formation du fuseau mitotique. L'inhibition de l'expression de TEM4 empêche les cellules de s'arrondir et altère l'actine corticale dans les cellules mitotiques, entrainant une augmentation de RHOA actif, comme le montre la quantification de la RHOA-GTP au niveau du cortex mitotique, ce qui confirme sa fonction de régulateur de la contractilité cellulaire. Les phénotypes mitotiques observés en absence de TEM4 sont dus en partie à de faible niveaux de Cyclin B, expliquant le délai mitotique observé. L'expression exogène de Cyclin B rétablit la progression du cycle cellulaire, augmente l'index mitotique et résout l'excès de chromosomes retardés observé en absence de TEM4. Dans l'ensemble, cette étude apporte un nouvel éclairage sur l'importance de TEM4 dans le cycle cellulaire et contribue aux connaissances de son rôle dans les mécanismes cellulaires. / The intricate process of eukaryotic cell division relies heavily on the meticulous organization and regulation of various cellular components, such as the microtubules and the actin-based cortex. Proper coordination between these two structures is essential during cell division, as failure to do so can result in aneuploidy. The role of microtubules is central to cell division, particularly during mitosis. When cells enter mitosis, they undergo a rapid and dynamic remodeling process, during which the interphase microtubules disassemble and give rise to shorter, more dynamic microtubules emanating from centrosomes. Once Nuclear Envelope Breakdown (NEBD) occurs, these microtubules extend and reach the chromosomes, forming a bipolar spindle in the midzone of which captured chromosomes will align. Upon achieving proper orientation and satisfying the spindle assembly checkpoint, cells enter anaphase, during which the chromosomes separate. The importance of the actin cytoskeleton during the process of mitosis is widely recognized. Mitotic entry is characterized by the retraction of the cell margin, followed by the rounding up of the cell and the formation of the mitotic spindle. CDK1-Cyclin B activation and subsequent translocation into the nucleus are required for this process to occur. Upon activation of the complex and its translocation to the nucleus, there is a loss of cellular adhesion, followed by cell rounding up, culminating in mitotic entry. The geometry of cell adhesion can also impact the position of the mitotic spindle and the memory of cellular events between cell generations, highlighting the significance of the actin cytoskeleton to the mitotic entry process. While changes in the dynamics of the microtubule and actin cytoskeletons at the onset of mitosis appear to occur independently, recent evidence suggests that there may be crosstalk between the mitotic spindle and the actin cortex through GTPases (Matthews et al., 2012). RHO family GTPases are activated by guanine nucleotide-exchange factors (GEFs) in response to a plethora of extracellular stimuli, regulating several cellular responses, such as proliferation, differentiation, and movement. Among the numerous signaling events driven by RHO family GTPases are changes in cell morphology, adhesion, motility, cell cycle progression, survival, apoptosis, and cytokinesis. ARHGEF17, also called TEM4 (tumor endothelial marker 4), a RHO family GEF specific for RHOA/B/C, has been shown to regulate the interphase cytoskeleton. TEM4 has been shown to directly bind actin, specifically dynamic newly assembled actin filaments, via its N-terminus independently of its RHOGEF activity. In interphase cells, TEM4 and RHOC are proposed to suppress myosin contractility and to control focal adhesion disassembly. TEM4 has also been identified as an essential mitotic protein required for the localization of Monopolar Spindle 1 (MPS1) at the kinetochore. This thesis aims to understand the functions of TEM4 during the cell cycle. This study highlights the lack of specificity of the most commonly used commercial antibody against TEM4 and provides evidence that TEM4 plays a crucial role in mitotic entry, chromosome alignment, and spindle formation. The downregulation of TEM4 prevents cells from rounding up and alters cortical actin in mitotic cells, leading to an increased activation of RHOA, as shown by quantification of RHOA-GTP at the mitotic cortex, confirming its function as a regulator of cellular contractility. The mitotic phenotypes observed in the absence of TEM4 are found to be partially due to low levels of Cyclin B, explaining the observed mitotic delay. The expression of exogenous Cyclin B restores cell cycle progression, increases the mitotic index, and rescues the excessively lagging chromosomes observed in the absence of TEM4. Overall, despite the limited literature available on TEM4, this study sheds new light on the importance of TEM4 in the cell cycle and contributes to our understanding of this protein's role in cellular processes.

Le fuseau mitotique assure la ségrégation des chromatides sœurs et le maintien de la poïdie des cellules filles. Le fuseau est composé de microtubules dynamiques (qui polymérisent et dépolymérisent continuellement), de nombreux moteurs moléculaires, d'agents de réticulations et de régulateurs. Bien que la structure du fuseau au niveau moléculaire soit connue, son fonctionnement reste délicat à comprendre, et nécessite la prise en compte de la dynamique de ses composants et leurs interactions. Les approches utilisées pour répondre à ces problématiques sont jusqu'à maintenant plutôt des approches in silico et in vitro. Il manque aujourd'hui une caractérisation de la mécanique du fuseau dans son contexte physiologique. Nous proposons une méthode non invasive basée sur de l'analyse d'image, combiné à une modélisation heuristique pour mesurer les paramètres mécaniques durant toute la division. Nous suivons les pôles du fuseau marqués par protéine fluorescente avec un taux acquisition rapide et une bonne résolution spatiale ce qui nous permet d'accéder aux fluctuations de longueur du fuseau in vivo. Avec la transformée de Fourier aux temps courts, nous calculons leurs densités spectrales de puissances — leurs signatures mécaniques. Ces spectres sont alors ajustés avec un modèle Kelvin — Voigt avec inertie (un ressort, un amortisseur et un terme inertiel en parallèle). Nous avons validé la méthode par des expériences numériques où nous retrouvons les évolutions des paramètres sur des données simulées et la calibration a été réalisée par l'utilisation de la rupture du fuseau induite par micro chirurgie laser ou par la génétique. Nous avons caractérisé le fuseau de l'embryon unicellulaire du nématode C. elegans. La méthaphase apparaît dominée par l'amortisseur, ce qui est cohérent avec la lente élongation du fuseau que nous observons. Mais contraste l'idée répandue de l'existence d'un mécanisme de maintien de la longueur du fuseau durant la métaphase. Au passage en anaphase, les trois paramètres mécaniques chutent, avant de réaugmenter environ 50 secondes après la transition pour réatindre un régime dominé de nouveau par l'amortisseur, ce qui suggère que les microtubules interpolaires jouent un rôle mineur durant l'élongation du fuseau en début d'anaphase. Dans la perspective de comprendre le lien entre la mécanique du fuseau et les interactions des acteurs moléculaires, nous avons partiellement supprimé un gène par sous-structure du fuseau. Nous avons alors retrouvé des comportements connus avec une perspective augmentée offerte par notre méthode. Cette méthode, ne va pas seulement permettre la compréhension fondamentale de la mécanique du fuseau, en remplaçant la modélisation du fuseau basé uniquement sur la longueur, mais aussi d'aller vers la prise en compte de la robustesse de fonctionnement du fuseau mitotique face aux défauts tel que la polyou l'aneuploïdie. / The mitotic spindle ensures the correct segregation of the sister chromatids to maintain ploidy in daughter cells. The spindle comprises dynamical microtubules (alternating polymerizing and depolymerizing), a variety of molecular motors, crosslinker and the regulators. Although the molecular grounds of spindle structure is well known, the link to its functions remain elusive, calling for including the dynamics of its components and their interactions. These questions were mostly investigated by in silico or in vitro approaches. But a detailed characterizing of spindle mechanics, in physiological conditions, is missing. We propose an image processing based, non invasive, method combined to an heuristic model to measure mechanical parameters of the mitotic spindle along time. We tracked fluorescently labeled spindle pole at high temporal and spatial resolution and measured the variations of spindle length, in vivo. We computed their power density spectrum using short time Fourier transform (sliding window) — a blueprint of spindle mechanics. Such a spectrum is then fitted with a Kelvin —Voigt model with inertia (a spring, a damper, an inertial element in parallel). We validated this method by recovering the mechanical parameters over time from simulated data and calibrated it uses laser and genetically induced spinlde cut. We characterized the mitotic spindle of the one-cell embryo of nematode C. elegans. Metaphase appeared dominated by damping element, consistent with the slow spindle elongation observed. But in contrast with the common thought that a mechanism maintains the spindle length during metaphase. At anaphase onset, all three parameters collapsed, before increasing about 50s later to reach a regime where damping dominated again, suggesting the overlapping spinlde microtubules may play a minor role in early anaphase spinlde elongation. In perspective of understanding how spindle mechanics emerge of molecular players interactions, we depleted one gene per splindle sub-structure — overlapped microtubules, kinetochore microtubules, central spindle and astral microtubules. We succefully recovered some known behavior but with the augmented insight offered by our method. This method paves the way not only towards understanding the fundamentals of spindle mechanics, superseding the degenerated modeling based on the sole spindle length but also towards acounting for spindle functional robustness towards defect as polyor aneuploidy.

Le complexe passager joue un rôle clé en mitose: contrôlant à la fois la ségrégation des chromosomes, la tension du fuseau, l'entrée en anaphase et la cytodirèse. Le complexe est composé de quatre protéines: INCENP, la kinase Aurora B, Survivine et Boréaline. Sachant que la protéine Survivine est phosphorylée par Aurora B et qu'elle a un role pivot au sein du complexe, nous avons étudié un mutant mimant sa phosphorylation: Survivine T117E. La phosphorylation de Survivine est nécessaire à la transition Métaphase/ Anaphase. Le mutant Survivine T117E est faiblement lié aux centromères en métaphase et agit comme un dominant négatif de la cytodirèse, empêchant la séparation des deux cellules filles. Lors de la recherche d'inhibiteurs des Aurora kinases, nous avons identifié une nouvelle classe de molécules qui inhibent la phosphorylation de l'histone H3 et le point de contrôle du fuseau. Ces molécules préviennent la prolifération des cellules tumorales. Ces composés sont des outils intéressants pour étudier la fonction du complexe passager et représentent un nouveau motif moléculaire pour le développement de drogues anticancéreuses. Survivine et Aurora B kinase dont l'expression est restreinte à la mitose sont deux cibles pour de nouvelles thérapies anti-mitotiques.

Par cette étude, nous montrons que la phosphorylation d'Eg5 par Eg2 n'est pas importante pour sa fonction dans la formation du fuseau mitotique dans l'extrait d'oeuf de Xénope. Au contraire, la phosphorylation d'Eg5 par Cdk1 est nécessaire pour son attachement aux microtubules. Cet attachement permettra par la suite l'assemblage du fuseau mitotique. En plus de confirmer de précédentes études, ces résultats indiquent que le site de phosphorylation de Cdk1 n'est pas seulement conservé parmi les membres des Kinésines 5, mais également que son mécanisme de régulation est conservé. Bien que des expériences plus approfondies soient nécessaires afin de caractériser les propriétés motrices d'Eg5 par l'intermédiaire de notre expérience de "microtubule-gliding" dans l'extrait de Xénope, nos expériences réalisées avec des chimères d'Eg5 ont souligné l'importance des propriétés motrices intrinsèques à Eg5 qui sont cruciales pour la formation du fuseau mitotique. En effet, aucune de ces chimères n'a pu rétablir la formation du fuseau mitotique. De plus, ces expériences ont fourni la première preuve expérimentale que la classification des Kinésines en différentes sous-familles selon la conservation de séquence de leur domaine moteur a également abouti à les classer selon leurs différentes fonctions.

Au cours de mon travail de doctorat, je me suis intéressé aux mécanismes qui contrôlent la séparation équitable du génome lors de la méiose dans l’ovocyte de souris.Le point de contrôle du fuseau contrôle la ségrégation des chromosomes en méiose : en cas d'attachement incorrect des chromosomes au fuseau, l'anaphase est retardée ce qui permet d'éviter les aneuploïdies. En métaphase, l’attachement des chromosomes homologues aux deux pôles opposés du fuseau, génère une force de tension au niveau des kinétochores. Mon travail de thèse a consisté à déterminer si la tension exercée sur les chromosomes est un signal qui permet de satisfaire le point du contrôle du fuseau en méiose I dans l'ovocyte de souris. Lorsque la tension exercée sur les chromosomes homologues par les microtubules est diminuée par un traitement pharmacologique, la dégradation de la sécurine, qui marque l’entrée en anaphase, est retardée. Si le point de contrôle du fuseau est inhibé en absence de tension, l’anaphase n’est pas retardée, ce qui indique que le point de contrôle du fuseau est sensible à la tension.Nous avons aussi montré que la kinase Aurora B/C n’est pas requise pour la réponse du point de contrôle du fuseau aux chromosomes non attachés, mais qu’elle est essentielle à la réponse du point de contrôle du fuseau à la baisse de tensionDans un contexte où les erreurs de ségrégation en méiose sont très fréquentes chez la femme et augmentent drastiquement avec l'âge, nos travaux pourraient permettre d'identifier si ces mécanismes de contrôle sont diminués et moins efficaces avec l'âge chez la femme. / At each cell division, chromosomes must be faithfully segregated so that exactly one set of chromosomes is passed on to the next generation. The spindle assembly checkpoint (SAC) ensures faithful chromosome segregation in meiosis: upon uncorrect attachment of the chromosome to the spindle, anaphase onset is delayed in order to avoid chromosome missegregation and aneuploidies. For my PhD thesis, I wanted to determine whether tension applied by the spindle microtubules on the chromosomes is itself a signal that satisfies the SAC in mouse oocyte meiosis I. When tension is decreased by small molecule inhibitors, securin degradation, which is a readout of anaphase onset, is delayed. If the SAC is inhibited, then tension defects cannot delay anaphase onset. This indicates that the SAC is able to delay anaphase onset upon tension defects.Furthermore, we showed that Aurora B/C kinase is not required for the SAC response to unattached chromosomes but that Aurora B/C is required for the SAC response to tension defects.Chromosome segregation errors are very common in women and increase with age. In that context, our work could help to identify whether these key control mechanisms are less efficient in the mammalian oocyte with age.