From progestérone to MPF activation in Xenopus oocyte: A role for H-Ras and Myt1 Kinase?
De la progestérone à l'activation du MPF dans l'ovocyte de Xénope: Quels rôles pour H-Ras et la kinase Myt1?
Résumé
The main objective of this PhD work was to unravel the mechanisms allowing the activation
of the molecular engine driving entry into mitosis in eukaryotic cells: MPF (M-Phase
promoting Factor). For this purpose, meiotic divisions of the Xenopus oocytes were selected
as a model system. Xenopus oocytes are naturally arrested in prophase of the first meiotic
division. After progesterone stimulation, they complete the first meiotic division and arrest at
metaphase II. This process depends on the activation of MPF (M-phase promoting factor), a
complex between Cyclin B and the Cyclin dependent kinase, Cdc2. Our goal was to study the
regulation of the Cdc2 kinase during the meiotic maturation process. We have first studied the
regulation of the Myt1 kinase, a member of the Wee1 family. The role of these kinases is to
phosphorylate Cdc2 on an inhibitory residue, Y15, hereby maintaining MPF under an inactive
state during G2 phase of the cell cycle. We have shown that Cdc2 itself is the central player
coordinating Myt1 inhibition. Furthermore, we have demonstrated that either the
Mos/MAPK/p90Rsk pathway or Plx1 (the homolog of the drosophila Polo kinase) are
recruited by Cdc2 and involved in the inhibition of Myt1. We then studied the implication of
the small G protein H-Ras in the resumption of meiosis. We have shown that the injection of
H-Ras in Xenopus oocytes induces the resumption of meiosis through the recruitment of a
particular PI3 Kinase, independently of its other known effectors, the Raf/MAPK pathway
and RalGDS. However, although the H-Ras/PI3K pathway is functional in Xenopus oocyte, it
is not the physiological transducer of progesterone responsible for meiotic resumption. In
conclusion, altogether these results show that Xenopus oocytes can activate functionally
redundant pathways that can lead to MPF activation. Some of them are preferentially
recruited by progesterone under physiological conditions. The other ones might rescue MPF
activation under pathological situations, where the first ones are defectives.
of the molecular engine driving entry into mitosis in eukaryotic cells: MPF (M-Phase
promoting Factor). For this purpose, meiotic divisions of the Xenopus oocytes were selected
as a model system. Xenopus oocytes are naturally arrested in prophase of the first meiotic
division. After progesterone stimulation, they complete the first meiotic division and arrest at
metaphase II. This process depends on the activation of MPF (M-phase promoting factor), a
complex between Cyclin B and the Cyclin dependent kinase, Cdc2. Our goal was to study the
regulation of the Cdc2 kinase during the meiotic maturation process. We have first studied the
regulation of the Myt1 kinase, a member of the Wee1 family. The role of these kinases is to
phosphorylate Cdc2 on an inhibitory residue, Y15, hereby maintaining MPF under an inactive
state during G2 phase of the cell cycle. We have shown that Cdc2 itself is the central player
coordinating Myt1 inhibition. Furthermore, we have demonstrated that either the
Mos/MAPK/p90Rsk pathway or Plx1 (the homolog of the drosophila Polo kinase) are
recruited by Cdc2 and involved in the inhibition of Myt1. We then studied the implication of
the small G protein H-Ras in the resumption of meiosis. We have shown that the injection of
H-Ras in Xenopus oocytes induces the resumption of meiosis through the recruitment of a
particular PI3 Kinase, independently of its other known effectors, the Raf/MAPK pathway
and RalGDS. However, although the H-Ras/PI3K pathway is functional in Xenopus oocyte, it
is not the physiological transducer of progesterone responsible for meiotic resumption. In
conclusion, altogether these results show that Xenopus oocytes can activate functionally
redundant pathways that can lead to MPF activation. Some of them are preferentially
recruited by progesterone under physiological conditions. The other ones might rescue MPF
activation under pathological situations, where the first ones are defectives.
L'objectif de cette thèse visait à améliorer la compréhension des mécanismes présidant à
l'activation du moteur moléculaire assurant l'entrée en division des cellules eucaryotes : le
MPF (M-Phase promoting Factor). Pour cela, le modèle d'étude sélectionné a été les divisions
méiotiques de l'ovocyte de Xénope. Les ovocytes de Xénope sont naturellement bloqués en
prophase de méiose I. En réponse à la progestérone, ils reprennent la méiose et se bloquent à
nouveau en métaphase II en attente de la fécondation. Ce processus, appelé maturation
méiotique, est sous le contrôle du complexe Cdc2-Cycline B, facteur universel de division des
cellules eucaryotes. Nous nous sommes intéressés à l'étude des mécanismes régulant l'activité
de la kinase Cdc2 au cours de la maturation méiotique. Dans un premier temps, nous avons
étudié la régulation de Myt1, une kinase de la famille Wee1. Ces kinases catalysent une
phosphorylation inhibitrice sur la protéine Cdc2 et sont donc responsables du maintien du
MPF sous une forme inactive pendant la phase G2 du cycle cellulaire. L'activation du MPF
repose sur la conversion du stock de pré-MPF inactif en stock de MPF actif, suite à la
déphosphorylation activatrice de Cdc2 par la phosphatase Cdc25, et à l'inhibition de Myt1.
Nous avons montré que l'activité de Cdc2 était nécessaire à l'inhibition de Myt1 et que deux
kinases, p90Rsk et Plx1, sont recrutées l'une ou l'autre pour contribuer à cette inhibition.
Dans un deuxième temps, nous sommes intéressés à l'implication de la protéine H-Ras lors de
la reprise de la méiose. Nous avons montré que dans l'ovocyte de Xénope, l'injection de HRas
induit la reprise de la méiose par le recrutement d'une PI3 kinase particulière. Cette voie,
bien que présente et activable dans l'ovocyte, n'est pas recrutée in vivo par la progestérone en
conditions normales. L'ovocyte est donc équipé de plusieurs voies de signalisation
fonctionnellement redondantes, susceptibles de conduire à l'activation du MPF, qui peuvent
être recrutées dans des conditions pathologiques pour assurer la reprise de la méiose quand les
effecteurs normaux ne sont pas disponibles.
l'activation du moteur moléculaire assurant l'entrée en division des cellules eucaryotes : le
MPF (M-Phase promoting Factor). Pour cela, le modèle d'étude sélectionné a été les divisions
méiotiques de l'ovocyte de Xénope. Les ovocytes de Xénope sont naturellement bloqués en
prophase de méiose I. En réponse à la progestérone, ils reprennent la méiose et se bloquent à
nouveau en métaphase II en attente de la fécondation. Ce processus, appelé maturation
méiotique, est sous le contrôle du complexe Cdc2-Cycline B, facteur universel de division des
cellules eucaryotes. Nous nous sommes intéressés à l'étude des mécanismes régulant l'activité
de la kinase Cdc2 au cours de la maturation méiotique. Dans un premier temps, nous avons
étudié la régulation de Myt1, une kinase de la famille Wee1. Ces kinases catalysent une
phosphorylation inhibitrice sur la protéine Cdc2 et sont donc responsables du maintien du
MPF sous une forme inactive pendant la phase G2 du cycle cellulaire. L'activation du MPF
repose sur la conversion du stock de pré-MPF inactif en stock de MPF actif, suite à la
déphosphorylation activatrice de Cdc2 par la phosphatase Cdc25, et à l'inhibition de Myt1.
Nous avons montré que l'activité de Cdc2 était nécessaire à l'inhibition de Myt1 et que deux
kinases, p90Rsk et Plx1, sont recrutées l'une ou l'autre pour contribuer à cette inhibition.
Dans un deuxième temps, nous sommes intéressés à l'implication de la protéine H-Ras lors de
la reprise de la méiose. Nous avons montré que dans l'ovocyte de Xénope, l'injection de HRas
induit la reprise de la méiose par le recrutement d'une PI3 kinase particulière. Cette voie,
bien que présente et activable dans l'ovocyte, n'est pas recrutée in vivo par la progestérone en
conditions normales. L'ovocyte est donc équipé de plusieurs voies de signalisation
fonctionnellement redondantes, susceptibles de conduire à l'activation du MPF, qui peuvent
être recrutées dans des conditions pathologiques pour assurer la reprise de la méiose quand les
effecteurs normaux ne sont pas disponibles.