Cell cycle and polarisation of the Fucus zygote, regulations and interactions
Cycle cellulaire et polarisation du zygote Fucus régulations et interactions
Résumé
The correct orchestration of cell cycle and differentiation is required for the development of all organisms. In plants, there is little data on the molecular mechanisms involved in the coordination of both of these processes. The zygote of the brown alga Fucus is a model to study plant early embryogenesis. Polarisation of the Fucus zygote occurs after fertilization and is concomitant with the first mitotic cell cycle. Little is known about cell cycle, and altough molecular actors involved in polarization have been identified, transduction pathways controlling the establishment of polarity remain to be determined. In this context, we are interested in the regulation of cell cycle and polarisation, as well as, in interconnection between these two processes.
We have demonstrated, that the first cell cycle of Fucus zygotes encompasses four well-defined phases G1, G2, S and M, and is under the tight control of cell-cycle dependent-kinase-related proteins (CDK). Usual functional checkpoints are found, ensuring that mitosis will not occur in the presence of incomplete DNA replication or of mitotic spindle defects. Two CDKs containing the hallmark PSTAIRE, p32 and p34, are translated from maternal mRNAs, after fertilization, and their progressive synthesis correlates with an increase in CDK activity until G2 phase, where the transcription of a positive regulator is further required to achieve CDK activation before mitosis. Both of these CDKs appear to be negatively regulated by tyrosine phosphorylation, during normal cell cycle progression and following activation of the DNA replication checkpoint. Since p34 is the major target of the CDK inhibitor purvalanol, it appears to play a major role in cell cycle control. We have also demonstrated that, at the G1/S transition, p34 controls the formation of the embryonic axis, which is achieved during S phase.
On the other hand, we have shown that axis formation is essential for embryo patterning and is under the control of tyrosine-kinases-related proteins, whose inactivation delayed but do not hampered cell division. Thus, whereas axis formation is cell-cycle dependent, a putative control of the cell-cycle control by polarisation events remains to be shown.
L'orchestration correcte de la différenciation et du cycle cellulaire est nécessaire au développement de tout organisme. Chez les végétaux, il n'existe que peu de données sur les mécanismes moléculaires mis en jeu pour coordonner ces deux événements. Le zygote de l'algue brune Fucus est un modèle de l'embryogenèse précoce des végétaux. La polarisation du zygote de Fucus s'effectue après la fécondation et coïncide avec le premier cycle cellulaire mitotique. Des acteurs moléculaires impliqués dans la polarisation zygotique ont été identifiés mais les voies de transduction contrôlant l'établissement de la polarité restent à préciser. Par ailleurs les connaissances sur le cycle cellulaire du Fucus sont très réduites. Dans ce contexte, nous avons voulu savoir comment la polarisation et le cycle cellulaire sont régulés et s'il existe des interactions entre ces deux événements.
Nous avons montré que le cycle cellulaire présente quatre phases G1, S, G2 et M bien définies, possède les mécanismes de surveillance usuels, qui rendent la mitose dépendante de la réplication et de l'assemblage correct du fuseau, et que sa progression (transitions G1/S, G2/M, sortie de mitose, cytodiérèse) dépend étroitement de l'activité de protéines de types kinases dépendantes des cylines (CDK). Deux CDK à motif PSTAIRE, p32 et p34, sont traduites à partir ARNm maternels, après la fécondation, et leur synthèse progressive correspond à l'augmentation de l'activité kinase des CDK, dont le pic mitotique requiert la transcription d'un régulateur positif. Ces deux CDK sont négativement régulées par phosphorylation sur tyrosine, lors de la progression normale et lors de l'activation du point de contrôle de la réplication de l'ADN. P34 est spécifiquement liée par l'inhibiteur de CDK, purvalanol, et jouerait un rôle majeur dans le contrôle du cycle cellulaire. Nous avons montré que, à la transition G1/S, la CDK p34 contrôle également la formation de l'axe de polarité embryonnaire, qui s'effectue durant la phase S.
D'autre part, nous avons mis en évidence que la formation de l'axe est essentielle au modelage de l'embryon et qu'elle est régulée par des protéines de type kirosine-kinases. Ces kinases ne sont pas nécessaires à la division. Aussi, la formation de l'axe de polarité est sous le contrôle du cycle cellulaire, la réciproque reste à démontrer.