Regulation of Abscission in Female Drosophila Germ Cells

Régulation de l’abscission dans la lignée germinale femelle de drosophile

Neuza Matias (1)

1 Institut Curie [Paris]

At the end of cytokinesis, a thin cytoplasmic intercellular bridge is cleaved to allow physical separation of the two daughter cells. This process is called abscission, and its cellular and molecular events have been extensively explored in yeast and isolated mammalian cells. However, how abscission is regulated in different cell types or in a developing organism remains poorly understood.Drosophila oogenesis is a great model to study how abscission is regulated developmentally, as within the same developmental unit, the germarium, we find cells undergoing abscission next to others where this process is blocked. Indeed, the germline stem cell (GSC) divides asymmetrically to give rise to another GSC and to an individualized cystoblast. This cell then enters a well-studied process of differentiation, where through four rounds of mitosis with incomplete cytokinesis, gives rives to a cyst of 16 interconnected cells. The duration of abscission, seems to be tightly regulated and dependent on the developmental context. Our lab has recently discovered that AurB and CycB/Cdk1 function as abscission timers in Drosophila GSC and isolated mammalian cells. Thus, my work consisted in exploring how this process is regulated in the Drosophila female germline.We showed that the ESCRT-III protein Shrb localizes to the midbody of the dividing GSC, functioning to promote abscission. Indeed, we found that reduced levels of Shrb resulted in the blockage, or strong delay, of abscission in the GSC and formation of a structure similar to a cyst. In these so called stem-cysts, the GSC keeps dividing while interconnected to its daughter cells. As a consequence, we saw the appearance of egg chambers formed of 32 cells, instead of 16. Furthermore, Shrb function in abscission seems to be counteracted by AurB, as reducing AurB levels in Shrb heterozygous resulted in decreased stem-cysts and 32-cell cysts. Finally, Lethal giant discs (lgd), required for Shrb function in the endosomal pathway, was also seen localizing at the midbody and regulating abscission in GSCs. Removing one copy of Lgd from Shrb heterozygous increased the number of stem-cysts, but surprisingly the number of 32-cell cysts was reduced. This paradoxical result was explained with the observation of late abscission events in mitotic cysts, which divided the 32-cell cysts in the middle, leading to the formation of two cysts of 16 cells.

En fin de cytocinèse, le fin pont cytoplasmique qui relie les deux cellules filles est clivé au niveau d’une structure dense en microtubules, le midbody, et permet ainsi la séparation physique de leurs deux cytoplasmes. Les mécanismes cellulaires et moléculaires de ce processus, appelé abscission, sont très étudiés dans des modèles de cellules en culture. Cependant, ils restent encore mal connus dans le contexte d’un organisme en développement. L’ovogenèse de drosophile est un modèle de choix pour l’étude de la régulation développementale de l’abscission. En effet, des cellules à abscission complète (cellules souches germinales) et incomplète (cystes germinaux) sont situées côte à côte au sein de la même unité développementale, le germarium. Les cellules souches se divisent asymétriquement, pour donner une autre cellule souche et un cystoblaste individualisé. Celui-ci entre en alors en différenciation, un programme au cours duquel il réalise quatre cycles cellulaires synchrones au cours desquels la cytocinèse est incomplète. Un cyste germinal de seize cellules interconnectées est ainsi formé. La durée de l’abscission est régulée précisément et dépend du contexte développemental. Notre laboratoire a récemment montré que les kinases Aurora B et Cdk1/ Cyclin B sont des régulateurs de la durée d’abscission dans les cellules germinales de drosophile et en cellules en culture de vertébrés. Mon travail a consisté à explorer la fonction de la protéine Shrub, un membre du complexe ESCRT-III, au cours de l’abscission dans la lignée germinale femelle de drosophile. Nous avons montré que Shrb est localisé au midbody des cellules souches en fin de cytocinèse, et promeut l’abscission. En effet, nous avons montré qu’une réduction du niveau de Shrub dans la lignée germinale provoque un fort délai de l’abscission des cellules souches, supérieur à la durée de leur cycle cellulaire. La cellule souche et son cystoblaste restent donc connecté jusqu’à la mitose suivante, formant ainsi des structures de plusieurs cellules connectées, appelées stem-cyst . L’abscission tardive au sein du stem cyst libère un progéniteur binucléé qui entre en différenciation. En conséquence, des chambres ovariennes à 32 cellules, au lieu de 16, sont formées. De plus, la fonction de Shrub dans l’abscission semble être contrecarrée par Aurora B, puisqu’une réduction des niveaux d’Aurora B dans des hétérozygotes Shrub réduit le nombre de stem-cysts et de chambres à 32 cellules observés. Enfin, nous avons identifié un nouveau facteur impliqué lors de l’abscission, la protéine Lethal giant discs (lgd), dont la perte de fonction induit, comme celle de Shrub, la formation de stem-cysts. En accord avec son rôle dans l’abscission, nous avons montré que Lgd est localisé au midbody. Lgd est requis pour la fonction de Shrub dans la voie endosomale, mais son implication lors de la cytocinèse était inconnue. Nous avons montré qu’un niveau réduit de Lgd augmente le nombre de stem-cysts des hétérozygotes Shrub, indiquant que Lgd et Shrub fonctionnent ensemble pour l’abscission des cellules souches. De façon surprenante, un nombre réduit de chambres à 32 cellules est observé dans ces ovaires, suggérant une fonction antagoniste de Lgd sur Shrub dans les cystes germinaux. Dans ces cystes, une abscission tardive se produit, qui divise en deux cystes de 16 cellules les cystes de 32 cellules, et expliquant ainsi le paradoxe observé (plus de stem-cysts, mais moins de chambres à 32 cellules).

Mots clés: Cytokinetic abscission; Germline Stem Cell; Drosophila; Development; ESCRT

Mots clés: Abscission; Cellules Souches Germinales; Drosophile; Développement; ESCRT

Domaines: Biologie du développement; Biologie cellulaire

Neuza Matias. Regulation of Abscission in Female Drosophila Germ Cells. Development Biology. Université Paris Sud - Paris XI, 2015. English. ⟨NNT : 2015PA112211⟩. ⟨tel-01254467⟩