At any given time there are on the order of one hundred million cells undergoing mitosis in the human body. To accurately segregate chromosomes, the cell forms the bipolar mitotic spindle, a molecular machine that distributes chromosomes equally to the daughter cells. To this end, microtubules of the mitotic spindle must appropriately attach the kinetochores: protein structures that form on each chromatid of each mitotic chromosome. The majority of the time correct kinetochore microtubule attachments are formed. However, mis-attachments can and do form. Mis-attachments that are not corrected before chromosome segregation can give rise to aneuploidy, an incorrect number of chromosomes. Aneuploidy occurring in the germ line can cause both miscarriage and genetic diseases. Furthermore, aneuploidy is a major characteristic of cancer cells, and aneuploid cancer cells frequently mis-segregate chromosomes at high rates, a phenotype termed chromosomal instability (CIN). CIN has been correlated with both advanced tumorigenesis and poor patient prognosis and over the years there have been many hypotheses for what causes CIN. In this study, we identified two distinct mechanisms that are responsible for CIN. Both of these mechanisms cause a transient, abnormal geometric arrangement of the mitotic spindle. Specifically, cancer cells possess supernumerary centrosomes, which lead to the assembly of multipolar spindles during early mitosis when attachments between kinetochores and microtubules are forming. Supernumerary centrosomes facilitate the formation of merotelic attachments, in which a single kinetochore binds microtubules from more than one centrosome. As mitosis progresses the supernumerary centrosomes cluster, giving rise to a bipolar spindle by the time of chromosome segregation. However, the high rates of merotelic attachments formed during the transient multipolar stage result in high rates of chromosome mis-segregation. The second geometric defect characterized is caused by failure of centrosomes to separate before kinetochore-microtubule attachments begin to form. This mechanism, too, leads to high rates of kinetochore mis-attachment formation and high rates of chromosome mis-segregation. Finally, this study shows that the mechanisms characterized here are prevalent in human cancer cells from multiple organ sites, thus revealing that both mechanisms are a common cause of CIN. / Ph. D.

Le centromère est le site chromosomal où le kinetochore se forme, afin d’assurer une ségrégation fidèles des chromosomes et ainsi maintenir la ploïdie appropriée lors de la mitose. L’identité du centromere est héritée par un mécanisme épigénétique impliquant une variante de l’histone H3 nommée centromere protein-A (CENP-A), qui remplace l’histone H3 au niveau de la chromatine du centromère. Des erreurs de propagation de la chromatine du centromère peuvent mener à des problèmes de ségrégation des chromosomes, pouvant entraîner l’aneuploïdie, un phénomène fréquemment observé dans le cancer. De plus, une expression non-régulée de CENP-A a aussi été rapportée dans différentes tumeurs humaines. Ainsi, plusieurs études ont cherchées à élucider la structure et le rôle de la chromatine contenant CENP-A dans des cellules en prolifération. Toutefois, la nature moléculaire de CENP-A en tant que marqueur épigénétique ainsi que ces dynamiques à l'extérieur du cycle cellulaire demeurent des sujets débat. Dans cette thèse, une nouvelle méthode de comptage de molécules uniques à l'aide de la microscopie à réflexion totale interne de la fluorescence (TIRF) sera décrite, puis exploitée afin d'élucider la composition moléculaire des nucléosomes contenant CENP-A, extraits de cellules en prolifération. Nous démontrons que les nucléosomes contenant CENP-A marquent les centromères humains de façon épigénétique à travers le cycle cellulaire. De plus, nos données démontrent que la forme prénucléosomale de CENP-A, en association avec la protéine chaperon HJURP existe sous forme de monomère et de dimère, ce qui reflète une étape intermédiaire de l'assemblage de nucléosomes contenant CENP-A. Ensuite, des analyses quantitatives de centromères lors de différenciation myogénique, et dans différents tissus adultes révèlent des changements globaux qui maintiennent la marque épigénétique dans une forme inactive suite à la différentiation terminale. Ces changements incluent une réduction du nombre de points focaux de CENP-A, un réarrangement des points dans le noyau, ainsi qu'une réduction importante de la quantité de CENP-A. De plus, nous démontrons que lorsqu'une dédifférenciation cellulaire est induite puis le cycle cellulaire ré-entamé, le phénotype "différencié" décrit ci-haut est récupéré, et les centromères reprennent leur phénotype "prolifératif". En somme, cet oeuvre décrit la composition structurale sous-jacente à l'identité épigénétique des centromères de cellules humaines lors du cycle cellulaire, et met en lumière le rôle de CENP-A à l'extérieur du cycle cellulaire. / The centromere is a unique chromosomal locus where the kinetochore is formed to mediate faithful chromosome partitioning, thus maintaining ploidy during cell division. Centromere identity is inherited via an epigenetic mechanism involving a histone H3 variant, called centromere protein-A (CENP-A) which replaces histone H3 in centromeric chromatin. Defects in the centromeric chromatin can lead to missegregation of chromosomes resulting in aneuploidy, a ¬¬frequently observed phenomenon in cancer. Moreover, deregulated CENP-A expression has also been documented in a number of human malignancies. Therefore, much effort has been devoted to uncover the structure and role of CENP-A-containing chromatin in proliferating cells. However, the molecular nature of this epigenetic mark and its potential dynamics during and outside the cell cycle remains controversial. In this thesis, the development of a novel single-molecule imaging approach based on total internal reflection fluorescence and the use of this assay to gain quantitative information about the molecular composition of CENP-A-containing nucleosomes extracted from proliferating cells throughout the cell cycle as well as the dynamics and cellular fate of CENP-A chromatin in terminal differentiation are described. Here, we show that octameric CENP-A nucleosomes containing core Histones H2B and H4 epigenetically mark human centromeres throughout the cell cycle. Moreover, our data demonstrate that the prenucleosomal form of CENP-A bound by the chaperone HJURP transits between monomeric and dimeric forms likely reflecting intermediate steps in CENP-A nucleosomal assembly. Moreover, quantitative analyses of centromeres in myogenic differentiation and adult mouse tissue sections revealed that centromeres undergo global changes in order to retain a minimal CENP-A epigenetic code in an inactive state, upon induction of terminal differentiation. These include a robust decrease in the number of centromeric foci, subnuclear rearrangement as well as extensive loss of CENP-A protein. Interestingly, we show that forced dedifferentiation under cell cycle reentry permissive conditions, rescued the above-mentioned phenotype concomitantly with the restoration of cell division. Altogether, this work delineates the structural basis for the epigenetic specification of human centromeres during the cell cycle and sheds light on the cellular fate of the CENP-A epigenetic code outside the cell cycle.

Η ακεραιότητα και η λειτουργία της μιτωτικής συσκευής διαδραματίζει ουσιώδη ρόλο για τον ορθό προσανατολισμό και την ολίσθηση των χρωμοσωμάτων στους πόλους της ατράκτου, οδηγώντας στον ισομερή διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων κατά τη μιτωτική ή μειωτική διαίρεση. Τροποποιήσεις του δικτύου των μικροσωληνίσκων (α- και β-τουμπουλίνη) και των κέντρων οργάνωσης αυτών (ΜΤΟC, γ-τουμπουλίνη) είναι δυνατόν να προκαλέσουν βλάβες στη μιτωτική συσκευή, διαταράσσοντας το χρωμοσωματικό αποχωρισμό, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ανευπλοειδικών κυττάρων. Η διουρητική φαρμακευτική ένωση υδροχλωροθειαζίδιο (HCTZ) χορηγείται κατά της υπέρτασης και είναι γνωστό ότι προκαλεί μη αποχωρισμό σε διπλοειδή στελέχη του μύκητα Aspergillus nidulans. Πρόσφατες μελέτες της ερευνητικής μας ομάδας έχουν δείξει ότι επάγει αυξημένες συχνότητες μικροπυρήνων και διαταράσσει το χρωμοσωματικό αποχωρισμό σε καλλιέργειες ανθρωπίνων λεμφοκυττάρων in vitro. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση του HCTZ στην οργάνωση του δικτύου των μικροσωληνίσκων κατά τη μεσόφαση και τη μίτωση, με συνδυασμένη εφαρμογή μεθόδων διπλής ανοσοσήμανσης των πρωτεϊνών των μικροσωληνίσκων, του κεντροσώματος και του κινητοχώρου. Εφαρμόστηκε επίσης in situ υβριδοποίηση με φθοροχρώματα (FISH), με α-satellite πανκεντρομερικό ανιχνευτή, για τον εντοπισμό μη ενσωματωμένου (lagging) χρωμοσωματικού υλικού. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε κυτταρικές σειρές μυός C2C12 και ανθρώπου HFFF2. Παρατηρήθηκε ότι το HCTZ προκαλεί μείωση του ρυθμού διαίρεσης, αποδιοργάνωση του δικτύου των μικροσωληνίσκων και αυξημένη συχνότητα ανώμαλων μεταφάσεων με ποικίλο αριθμό σημάτων γ-τουμπουλίνης. Αυξάνει το ποσοστό των μεταφάσεων και μειώνει το ποσοστό των ανα-τελοφάσεων, προκαλώντας συσσώρευση των κυττάρων στο στάδιο της μετάφασης. Επίσης, επάγει τη χρωμοσωματική καθυστέρηση, καθώς αυξάνει τη συχνότητα των μικροπυρήνων που παρουσιάζουν τόσο σήμα κινητοχώρου όσο και σήμα κεντρομέρους. Η γενετική δράση του στα κύτταρα C2C12 δε φαίνεται να επηρεάζεται σημαντικά από τη χρονική διάρκεια έκθεσης των κυττάρων σ’ αυτό. Από τις δυο κυτταρικές σειρές που χρησιμοποιήθηκαν φαίνεται ότι τα κύτταρα C2C12 είναι περισσότερο ευαίσθητα στην απόκριση στο HCTZ. Τα αποτελέσματα μας, υποδεικνύουν ανευπλοειδογόνο δράση της φαρμακευτικής ένωσης, επιβεβαιώνοντας και ενισχύοντας προηγούμενα ευρήματα της ερευνητικής μας ομάδας. / The integrity and function of mitotic apparatus play essential role for the equitable orientation and the slipping of chromosomes to the spindle poles, indicating normal distribution of chromosomes during mitotic or meiotic division. Modifications of the microtubule network (α- and β- tubulin) and microtubule-organizing centers (MTOC, γ- tubulin) may cause severe damage to the mitotic apparatus, disturbing the segregation of chromosomes and resulting to aneuploid cells. The diuretic drug hydrochlorothiazide (HCTZ) is used for the treatment of hypertension and has been found to induce non-disjunction in diploid strains of Aspergillus nidulans. Recent studies of our team have shown that HCTZ produces increased frequencies of micronuclei and disturbs chromosome segregation in human lymphocytes cultures treated in vitro. In the present study was investigated the effect of HCTZ on the organization of the microtubule network during mesophase and mitosis, with combined application of double immunofluorescence staining assay, for the visualization of microtubules, centrosomes and kinetochore proteins. Fluorescence in situ hybridization (FISH), with α-satellite pancentromeric probe, was also applied, for the localization of not integrated (lagging) nuclear material. The study was realized in C2C12 mouse cells and HFFF2 human cells. Our results revealed that HCTZ causes decrease of the cell division rate, disorganization of the microtubule network and increased frequency of abnormal metaphases with various γ-tubulin signals. HCTZ increases the percentage of metaphases and decreases the percentage of ana-telophases, indicating a metaphase arrest. Also, induces chromosome delay, as was shown from the high frequency of micronuclei that presents kinetochore and centromere signal. The genetic activity of HCTZ in C2C12 cells does not appear to be significantly influenced by the duration of the cell’s exposure time to the drug. It appears that C2C12 mouse cells are more sensitive in their response to the HCTZ. These results indicate aneugenic activity of this drug, confirming and enhancing our previous findings.

Mps1 est une protéine kinase à double spécificité impliquée dans le point de contrôle du fuseau mitotique et l'alignement des chromosomes. L'augmentation de l'activité de Mps1 est corrélée avec une augmentation de son niveau de phosphorylation lors de l'entrée en mitose. Cependant, les mécanismes contrôlant cette activation sont inconnus. Nous avons donc cherché à identifier les sites de phosphorylation de Mps1 afin d'étudier leur contribution à la régulation de Mps1. Par spectrométrie de masse, nous avons identifié jusqu'à 27 sites, et nous avons choisi de mutagéniser 11 d'entre eux individuellement en acides aminés non-phosphorylables (alanine), sur la base de leur conservation entre la protéine humaine et de xenope. Nous montrons que trois de ces sites de phosphorylation (S283, T697 et T707) sont essentiels pour l'activité kinase de Mps1, et pour son rôle dans le checkpoint mitotique. Deux de ces sites (T697 et T707) sont localisés dans la boucle d'activation du domaine kinase de Mps1 et sont des sites d'autophosphorylation. La phosphorylation sur le troisième site (S283) requiert une autre kinase. S283 est localisée dans le domaine non-catalytique de Mps1 qui est peu caractérisé et est impliqué dans le recrutement de Mps1 au kinétochore. Nous montrons par immunofluorescence que l'absence de phosphate sur le site S283 ne perturbe pas significativement le recrutement de Mad2 au kinétochore. Enfin, en utilisant des inhibiteurs et l'anticorps spécifique de la phosphorylation du site S283 que nous avons développé, nous montrons que le site S283 est phosphorylé en mitose par CDK, suggérant que les fonctions de Mps1 qui sont spécifiques de la mitose soient régulées par une phosphorylation dépendante des CDKs. / Mps1 is a dual-specificity protein kinase involved in the spindle assembly checkpoint and chromosome alignment. Mps1 phosphorylation state and activity increase in mitosis. However, the regulatory mechanisms underlying these observations are unknown. We therefore sought to identify Mps1 phosphorylation sites and to study their contribution to Mps1 regulation. By mass spectrometry we identified up to 27 phosphorylation sites on Mps1. We chose 11 sites that were conserved between Xenopus and human Mps1, and constructed 11 non-phosphorylatable single point mutants. We show that three phosphorylation sites (S283, T697 and T707) are essential for the kinase activity and the checkpoint signalling function of Mps1. Two of these sites (T697 and T707) are located in the activation loop of Mps1 kinase domain and are autophosphorylation sites. Phosphorylation on the third site (S283) results from the activity of an upstream kinase. S283 is located in the less characterized non-catalytic domain that is responsible for the kinetochore localization of Mps1. By immunofuorescence we show that the absence of the phosphate at S283 does not significantly perturb the kinetochore recruitment of the spindle assembly checkpoint component Mad2. Finally, using inhibitors and our developed phosphospecific antibody we demonstrate that Mps1 is phosphorylated at S283 in mitosis by cyclin-dependent kinase (Cdk), suggesting that mitosis specific functions of Mps1 kinase are regulated by Cdk-dependent phosphorylation.

Le VIH-1, ou Virus de l’ImmunoDéficience Humain de type I, est un pathogène intracellulaire dont le cycle de réplication dépend entièrement des machineries cellulaires. Des interactions entre les protéines virales et cellulaires sont donc essentielles pour l’achèvement de chaque étape du cycle de multiplication du VIH-1. Comprendre comment le virus VIH-1 détourne la machinerie cellulaire à son profit est un élément clé pour le combattre. L’objectif de mon travail de thèse était d’explorer le rôle de la protéine Bécline-1 dans la formation et la libération des particules virales. Cette protéine, composant du complexe phosphatydylinositol-3-Phosphate-kinase III (PI3K-III), est impliquée dans l’autophagie, le trafic intracellulaire et la cytocinèse.Au cours de ma thèse, nous avons développé les outils d’ARN interférence afin de décrypter le rôle de Bécline-1 dans le cycle réplicatif du VIH-1. De manière très intéressante, nous avons mis au jour un nouveau rôle de Bécline-1 lors des étapes précoces de la mitose, jamais décrit, ni publié à ce jour. Un mauvais déroulement de la mitose induit de l’instabilité génomique pouvant conduire à la mort cellulaire ou à une transformation maligne. Au cours de cette thèse, nous avons établi que l’extinction de Bécline-1 induit un défaut d’attachement des chromosomes, via leurs kinétochores, aux microtubules, conduisant à un blocage des cellules en prométaphase. Cette extinction provoque un défaut d’organisation du kinétochore en diminuant le recrutement des protéines CENP-E, CENP-F et ZW10 au niveau de cette structure protéique. Nous avons également montré une interaction directe entre Bécline-1 et Zwint-1, une protéine du kinétochore, jouant un rôle essentiel pour l’accrochage des microtubules aux kinétochores. Enfin, nous avons montré que ce nouveau rôle de Bécline-1 dans l’alignement des chromosomes en mitose est indépendant de son association avec ses partenaires du complexe PI3K-III et de son rôle dans l’autophagie.Le second volet de ma thèse a porté sur l’étude du rôle de Bécline-1 au cours du cycle réplicatif du virus. Nos résultats montrent que cette protéine est nécessaire à l’établissement des phases tardives du cycle viral. Nos expériences de production virale montrent que l’extinction de Bécline-1 provoque une forte accumulation des sous-produits de la protéine Gag du virus dans les cellules, et réduit la libération des particules virales dans le milieu extracellulaire. Par immunofluorescence, nous observons que des composants viraux s’accumulent massivement à la membrane sous l’effet de l’extinction de Bécline-1 dans les cellules. Par ailleurs, ces résultats sont dépendants de l’expression du facteur de restriction BST2 dans la cellule. Ces derniers résultats ouvrent d’importantes perspectives quant au rôle de Bécline-1 et du PI3K-III sur le cycle de réplication du VIH-1.L’ensemble de ces travaux démontre l'importance de la protéine Beclin-1, pour le maintien de l'intégrité du génome pendant la mitose et pour le cycle de réplication du VIH 1. / HIV-1, or Human Immunodeficiency Virus type 1, is an intracellular pathogen whose replication cycle entirely depends on cellular machineries. Interactions between the viral and cellular proteins are therefore essential to the completion of each step of HIV-1's multiplication cycle. Understanding how the HIV-1 virus uses the cellular machinery to its own benefit is a key element to combat it. The objective of my thesis work was to explore the role of the Beclin-1 protein in the formation and the release of viral particles. This protein, a component of the phosphatydylinositol-3-Phosphate-kinase III (PI3K-III) complex, is involved in autophagy, intracellular trafficking and cytokinesis. Throughout my thesis researches, we have developed the RNA interference tools in order to decipher the role of Beclin-1 in HIV-1's replicative cycle. Very interestingly, we have found out a new role of Beclin-1 in the early stages of mitosis which had never been described nor published before. A bad execution of mitosis induces genomic instability which can lead to cell death or malignant transformation. During this thesis work, we have demonstrated that the extinction of Beclin-1 causes a defect in the attachment of chromosomes to microtubules through their kinetochores, leading to the locking of cells in prometaphase. This extinction provokes a defect in the organization of the kinetochore by diminishing the recruitment of the CENP-E, CENP-F and ZW10 proteins at the level of this protein structure. We have also found out that there is a direct interaction between Beclin-1 and Zwint-1, a protein of the kinetochore that plays an essential role in the attachment of the kinetochores to the microtubules. Finally, we have demonstrated that this new role of Beclin-1 in the alignment of the chromosomes during mitosis is independent of both its association with its partners from the PI3K-III complex and its role in autophagy. The second strand of my thesis dealt with the role of Beclin-1 in the virus replicative cycle. Our results show that this protein is essential to the setting up of the late phases of the viral cycle. Our experiments of viral production have shown that the extinction of Beclin-1 causes a high accumulation of the by-products of the virus' Gag protein in the cells, and reduces the release of viral particles in the extracellular medium. By immunofluorescence, we detected a massive accumulation of viral components on the membrane as a result of the extinction of Beclin-1 in the cells. Besides, these results depend on the expression of the BST2 restriction factor in the cell. These latter results open up significant prospects regarding the role of Beclin-1 and that of the PI3K-III complex in HIV-1's replication cycle. All these researches demonstrate the importance of the Beclin-1 protein in two mechanisms that allow the maintenance of genomic integrity during mitosis and the HIV-1 replication cycle.

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La ségrégation des chromosomes est un processus complexe permettant la division égale du matériel génétique entre les cellules filles. Contrairement aux cellules somatiques, ce processus est sujet à des erreurs dans les cellules germinales telles que les ovocytes. Lorsque des erreurs surviennent lors de la ségrégation des chromosomes durant la méiose cela peut conduire à une aneuploïdie. L’aneuploïdie est la présence d’un nombre incorrect de chromosomes dans une cellule et est connue pour causer l’infertilité et des arrêts de grossesses chez l’humain. L’incidence de l’aneuploïdie augmente avec l’âge maternel (1). Le kinétochore est une structure cellulaire impliqué dans la ségrégation des chromosomes. Il est composé de plus de 100 protéines et se situe entre les microtubules et les centromères. Les microtubules se lient aux kinétochores, et ces derniers s’attachent sur les centromères afin de séparer les chromosomes homologues durant la méiose et les chromatides des sœurs pendant la mitose (1–3). Dans les cellules somatiques, cette structure est bien connue (2). Pourtant, moins d’informations sont connues à dans l’ovocyte de mammifère en développement au cours de la méiose I (3,4). Ce projet vise à étudier le rôle du kinétochore durant la ségrégation des chromosomes dans l’ovocyte de souris en développement. Plus spécifiquement, l’assemblage, le désassemblage, la dynamique et la tension des protéines du kinétochore seront évalués. Ce projet permettra de mieux comprendre le rôle du kinétochore durant la méiose I, ses implications durant la séparation des chromosomes, et éventuellement ses implications dans l’aneuploïdie. / Chromosome segregation is an intricate process in dividing genetic material equally between daughter cells. This process, unlike in somatic cells, is error prone in germ cells like the oocyte. When errors occur during meiosis in segregating chromosomes, aneuploidy results when the cell has an incorrect number of chromosomes. This can result in infertility and birth defects in human reproduction. The incidences of aneuploidy are also seen to increase with increasing maternal age (1). The kinetochore is a cellular structure at the heart of chromosome segregation. It is composed of more than 100 proteins and is located between the microtubules and the centromeres. The microtubules attach onto the kinetochores, which themselves attach onto the centromeres, in order to pull the homologous chromosomes apart during meiosis and the sister chromatids during mitosis (1–3). Much is known about this multi-protein structure in somatic cells (2). Yet, very little is known about this in the developing mammalian oocyte during Meiosis I (1,3,4). This project aims to investigate the role of the kinetochore in chromosome segregation in a developing mouse oocyte. More specifically, kinetochore protein assembly, disassembly, dynamics and tension will be assessed. This project will achieve a better understanding of the kinetochore’s role in Meiosis I, its implications in chromosome segregation in a developing mouse oocyte, and how it may be involved in aneuploidy.

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.