Robust gap repair in the contractile ring ensures timely completion of cytokinesis

Cytokinesis in animal cells requires the constriction of an actomyosin contractile ring, whose architecture and mechanism remain poorly understood. We use laser microsurgery to explore the biophysical properties of constricting rings in Caenorhabditis elegans embryos. Laser cutting causes rings to snap open. However, instead of disintegrating, ring topology recovers and constriction proceeds. In response to severing, a finite gap forms and is repaired by recruitment of new material in an actin polymerization-dependent manner. An open ring is able to constrict, and rings repair from successive cuts. After gap repair, an increase in constriction velocity allows cytokinesis to complete at the same time as controls. Our analysis demonstrates that tension in the ring increases while net cortical tension at the site of ingression decreases throughout constriction and suggests that cytokinesis is accomplished by contractile modules that assemble and contract autonomously, enabling local repair of the actomyosin network. Consequently, cytokinesis is a highly robust process impervious to discontinuities in contractile ring structure.

Spatiotemporal mechanisms for actomyosin ring assembly and contraction in budding yeast cell division

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Medicine

La formine Diaphanous est essentielle pour l’organisation et la maturation de l’anneau contractile pendant la cytokinèse

Une cellule se divise en deux par le processus de cytokinèse. Elle requiert la coordination de plusieurs composants pour éviter la formation des cellules potentiellement cancéreuses. Premièrement, un anneau contractile (AC) dépendant de l’actine et de Rho-GTP diminue le diamètre de la cellule jusqu’à la formation d’une structure plus stable indépendante de l’actine, l’anneau du midbody (AM) qui guide l’éventuelle séparation des cellules sœurs. Diaphanous (Dia) est une formine dépendante de Rho responsable de l’agencement des filaments d’actine non ramifiés qui se localise à l’AC et est essentielle à la cytokinèse. Nous avons étudié le rôle de Dia pendant la cytokinèse par microscopie de haute résolution en temps réel pour suivre le comportement dynamique des protéines fluorescentes (PF) dans des cellules de Drosophile S2. Une construction fonctionnelle de Dia-PF est recrutée à l’AC et l’AM indépendamment de l’actine mais est absente dans l’AM mature. Dia quitte l’AM au même temps où l’AM dévient indépendant d’actine. La déplétion de Dia par ARN interférant ralentit la constriction de l’AC, augmente les oscillations et, dans 70% des cas, les cellules échouent la cytokinèse pendant la constriction, suggérant que Dia a un rôle dans l’organisation de l’AC. LifeAct-PF, une sonde pour F-actine, dévoile une diminution des filaments d’actine spécifique à l’AC des cellules dépourvues de Dia pendant que Anilline-PF et Myosine-PF sont recrutées en puncta. Ces résultats soutiennent un modèle où Dia nuclée des filaments d’actine qui permettent l’organisation dynamique de l’AC et la perte de Dia régule la transition à l’AM stable indépendant d’actine.

The Multiple Roles of Cyk1p in the Assembly and Function of the Actomyosin Ring in Budding Yeast

The budding yeast IQGAP-like protein Cyk1p/Iqg1p localizes to the mother-bud junction during anaphase and has been shown to be required for the completion of cytokinesis. In this study, video microscopy analysis of cells expressing green fluorescent protein-tagged Cyk1p/Iqg1p demonstrates that Cyk1p/Iqg1p is a dynamic component of the contractile ring during cytokinesis. Furthermore, in the absence of Cyk1p/Iqg1p, myosin II fails to undergo the contraction-like size change at the end of mitosis. To understand the mechanistic role of Cyk1p/Iqg1p in actomyosin ring assembly and dynamics, we have investigated the role of the structural domains that Cyk1p/Iqg1p shares with IQGAPs. An amino terminal portion containing the calponin homology domain binds to actin filaments and is required for the assembly of actin filaments to the ring. This result supports the hypothesis that Cyk1p/Iqg1p plays a direct role in F-actin recruitment. Deletion of the domain harboring the eight IQ motifs abolishes the localization of Cyk1p/Iqg1p to the bud neck, suggesting that Cyk1p/Iqg1p may be localized through interactions with a calmodulin-like protein. Interestingly, deletion of the COOH-terminal GTPase-activating protein-related domain does not affect Cyk1p/Iqg1p localization or actin recruitment to the ring but prevents actomyosin ring contraction. In vitro binding experiments show that Cyk1p/Iqg1p binds to calmodulin, Cmd1p, in a calcium-dependent manner, and to Tem1p, a small GTP-binding protein previously found to be required for the completion of anaphase. These results demonstrate the critical function of Cyk1p/Iqg1p in regulating various steps of actomyosin ring assembly and cytokinesis.

Chemical genetic analysis of cdc2p : new insights into the regulation of cytokinesis in "Schizosaccharomyces pombe"

RÉSUMÉ La protéine kinase cyciine-cdc2p (Cdk) joue un rôle fondamental dans la progression du cycle cellulaire dans la levure de fission Schizosaccharomyces pombe. Nous avons étudié le rôle de cdc2p dans la régulation de la cascade de septation ou SIN (septation initiation network) en mitose et en méiose. Le SIN contrôle l'initiation de la cytokinèse à la fin de la mitose, et est supposé être négativement régulé par cdc2p. Nous avons mutagénéisé le site actif de cdc2p afin qu'il puisse lier un analogue de l'ATP (PP1) qui agit comme inhibiteur. Cet analogue ne peut pas lier la kinase de type sauvage. Cette approche dite «chemical genetics» permet une meilleure résolution temporelle comparée à l'approche classique utilisant les mutants sensibles à une température élevée. Nous avons montré que ce mutant cdc2-as (analogue sensitive) est fonctionnel et que, in vitro, l'activité kinase est inhibée en présence de l'analogue. Les cellules portant cette mutation, contrairement aux cellules de type sauvage s'arrêtent de manière irréversible soit en G2 soit en G1 et G2, suivant la concentration de l'inhibiteur. L'inactivation de cdc2p-as dans des cellules arrêtées en métaphase conduit au recrutement asymétrique des protéines du SIN sur le pôle du fuseau mitotique et au recrutement des composants du SIN, ainsi que de la ß-(1,3)glucan synthase à l'anneau contractile. De plus, nos résultats montrent que l'orthologue de la phosphatase cdc14p dans S. pombe, fip1p/clp1p, joue un rôle dans la régulation de la localisation des protéines du SIN suite à l'inactivation de cdc2p. Finalement, l'activité de cdc2p est requise pour maintenir la polo-like kinase plo1p sur les pôles du fuseau mitotique dans les premiers stages de la mitose. C'est pourquoi nous concluons que l'inactivation de cdc2p est suffisante pour activer le SIN et promouvoir la cytokinèse. Dans une étude séparée, nous avons caractérisé des potentiellement nouveaux composants ou régulateurs du SIN qui ont été isolés dans deux criblages génétiques visant à isoler des mutants atténuants la signalisation du SIN. Summary : The cyclin dependent protein kinase (Cdk) cdc2p plays a central role in the cell cycle progression of fission yeast Schizosaccharomyces pombe. We have studied the role of cdc2p in regulating the septation initiation network (SIN) in mitosis and meiosis. The SIN regulates the initiation of cytokinesis at the end of mitosis and is thought to be inhibited by cdc2p. We have mutated the active site of cdc2p to permit binding of an inhibitory ATP analogue (PP1), which is unable to bind unmodified kinases. This "chemical genetic" approach provides a much higher temporal resolution than it can be achieved with classical temperature-sensitive mutants. We demonstrate that cdc2-as (analogue sensitive) is functional and that addition of PP1 inhibits cdc2p kinase activity in vitro. Cells carrying the cdc2-as allele, but not cdc2+, undergo reversible cell cycle arrest following addition of PP1 either in G2, or at both major commitment points in the cell cycle (G1 and G2), depending upon the concentration of PP1. Inactivation of cdc2p-as in cells arrested in early mitosis promotes both the asymmetric recruitment of SIN proteins to the spindle pole bodies (SPBs), and the recruitment of the most downstream SIN components and ß-(1,3)-glucan synthase to the contractile ring. Furthermore, our results indicate that the S. pombe orthologue of Cdc14p, flp1p/clp1p, plays a role in regulating the relocalisation of SIN proteins following inactivation of cdc2p, and that cdc2p activity is required to retain the polo like kinase plot p on the SPBs in early mitosis. Thus, we conclude that inactivation of cdc2p is sufficient to activate the SIN and to promote cytokinesis. In a separate study, we have initially characterised potential novel components or regulators of the SIN pathway identified by two genetic screens for mutants attenuating SIN signaling.

Controlling cytokinesis in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe : the role of dma1; and ubc8

ABSTRACT The fission yeast Schizosaccharomyces pombe is a single celled eukaryote that has proved to be an excellent model system for the study of cell cycle control. S. pombe cells are rod shaped and grow mainly by elongation at their tips. They divide by formation of medially-placed cell wall, or septum, which cleaves the cell in two. Once the cell commits itself to mitosis the site of division is determined by formation of an acto-myosin based contractile ring at the cell cortex. The ring is assembled in stages throughout mitosis and contracts at the end of anaphase, coincident with spindle disassembly. The contraction, but not the assembly, of the ring requires the signal transduction network called the septation initiation network or SIN. The core components of the SIN are three protein kinases (cdc7p, sidl p and sid2p) and their regulatory subunits (spg1 p, cdcl4p and moblp, respectively). Signalling is dependent upon the nucleotide status of the GTPase spgl p, which is regulated by a two-component GAP protein, cdc16p-byr4p. Signalling is thought to emanate from the spindle pole body, where core SIN components are anchored to a scaffold comprised of sid4p and cdc11p. Activation of the SIN requires the protein kinase plolp, which also has additional roles in mitosis. SIN signalling is tightly regulated to assure the proper co-ordination of mitosis and cytokinesis. Ectopic activation of the SIN in interphase can uncouple septum formation from mitosis, while deregulated SIN signalling leads to formation of cells with multiple septa that do not cleave. Regulators of SIN activity are therefore of considerable interest. This study has concentrated upon two of these, dma1 and ubc8. I have demonstrated that dmal becomes essential when SIN signalling is activated. This leads me to propose a tripartite model for regulation of the SIN during the mitotic cell cycle. Increased expression of dma1 inhibits SIN signalling and prevents cell division. To identify potential targets and mediators of this, multicopy suppressors of dma1 toxicity were identified. One of these, ubc8, is the subject of this thesis. Genetic and molecular analyses are consistent with the view that ubc8p acts as an inhibitor of the SIN Localisation of ubc8p indicates that it is a nuclear protein. The ubc8 gene is not essential, but in its absence cells are unable to prevent septum formation if progression through mitosis is impaired. These data suggest that it may be an effector of the spindle assembly checkpoint. Together, these data shed new light upon the mechanisms by which cytokinesis is regulated in S. pombe. RESUME La levure Schizosaccharomyces pombe est un eucaryote unicellulaire qui est un bon système d'étude du cycle cellulaire. Les cellules de S. pombe sont en forme de bâtonnets et poussent par allongement aux deux bouts. Elles se divisent en formant une paroi au milieu de la cellule, qui s'appelle un septum et qui sépare la cellule en deux. Une fois que la cellule est engagée dans la mitose, le site de clivage est déterminé par la formation d'un anneau contractile d'acto-myosine au niveau du cortex cellulaire. Cet anneau est séquentiellement assemblé au cours de la mitose et se contacte à la fin de l'anaphase, au moment où le fuseau mitotique et désassemblé. La contraction, mais non pas l'assemblage, de l'anneau dépend d'un réseau de signalisation appelé septation initiation netvvork' ou SIN. Les composants centraux du SIN sont trois kinases (cdc7, sidi et sid2) ainsi que leurs sous-unités régulatrices (spgl, cdc14 et mob1, respectivement). La signalisation dépend du nucléotide rattaché à la GTPase spgl qui est régulée par une GAP comprenant deux sous-unités cdc16 et byr4. La signalisation est présumée provenir du pôle du fuseau où les composants centraux du SIN sont ancrés grâce à un échafaudage comprenant sid4 et cdcl 1. La signalisation est étroitement régulée pour assurer une bonne coordination entre mitose et cytokinèse. Une activation ectopique du SIN en interphase peut découpler la formation du septum de la mitose, engendrant des cellules à multiples septa qui ne sont pas clivés. C'est pourquoi les régulateurs du SIN sont d'un intérêt considérable. Cette étude se concentre autour de deux ces régulateurs, dma1 et ubc8. J'ai montré que dma1 devient essentiel quand la signalisation du SIN est activée. Ceci m'amène à proposer un modèle en trois parties pour la régulation du SIN durant la mitose. Une expression élevée de dma1 inhibe la signalisation du SIN et empêche la division cellulaire. Afin d'identifier des substrats ou médiateurs potentiels de la toxicité de dma1, des supresseurs en copies multiples ont été identifiés. Un de ces supresseurs, ubc8, constitue le deuxième sujet de cette thèse. Les études génétiques et moléculaires suggèrent un rôle inhibiteur du SIN par ubc8. Ubc8p est une protéine nucléaire, non essentielle, mais en son absence les cellules ne peuvent pas restreindre la fomation du septum, lorsque la progression de la mitose est perturbée. Les données suggèrent que ubc8 pourrait être un effecteur de point de contrôle de l'assemblage du fuseau mitotique. Prises dans leur ensemble, ces données apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes de régulation de la cytokinèse dans S. pombe.

Analysis of the mechanisms controlling the activity of flp1, a chromosomal passenger protein in the fission Schizosaccharomyces pombe

ABSTRACT In S. cerevisiae, the protein phosphatase Cdc14pwt is essential far mitotic exit through its contribution to reducing mitotic CDK activity. But Cdc14pwt also acts as a mare general temporal coordinator of mid and late mitotic events by controlling the partitioning of DNA, microtubule stability and cytokinesis. Cdc14pwt orthologs are well conserved from yeasts to humans, and sequence comparison revealed the presence of three domains, A, B and C, of which A and B form the catalytic domain. Cdc14pwt orthologs are regulated (in part) through cell cycle dependent changes in their localization. Some of them are thought to be kept inactive by sequestration in the nucleolus during interphase. This is the case for flp1pwt, the single identified Cdc14pwt ortholog in the fission yeast S. pombe. In early mitosis, flp1pwt leaves the nucleolus and localizes to the kinetochores, the contractile ring and the mitotic spindle, suggesting that it has multiple substrates and regulates many mitotic processes. flp1D cells show a high chromosome loss rate and septation defects, suggesting a role for flp1wt in the fidelity of chromosome transmission and cytokinesis. The aim of this study is to characterize the mechanisms underlying flp1pwt functions and the control of its activity. A structure-function analysis has revealed that the presence of both A and B domains is required for biological function and for proper flp1pwt mitotic localization. In contrast, the C domain of flp1pwt is responsible for its proper nucleolar localization in G2/interphase. My data suggest that dephosphorylation of substrates by flp1pwt is not necessary for any changes in localization of flp1pwt except that at the medial ring. In that particular case, the catalytic activity of flp1pwt is required for efficient localization, therefore revealing an additional level of regulation. All the functions of flp1pwt assayed to date require its catalytic activity, emphasizing the importance of further identification of its substrates. As described for other orthologs, the capability of selfinteraction and phosphorylation status might help to control flp1pwt activity. My data suggest that flp1pwt forms oligomers in vivo and that phosphorylation is not essential far localization changes of the protein. In addition, the hypophosphorylated form of flp1pwt might be specifically involved in the promotion of cytokinesis. The results of this study suggest that multiple modes of regulation including localization, selfassociation and phosphorylation allow a fine-tuning regulation of flp1pwt phosphatase activity, and more generally that of Cdc14pwt family of phosphatases. RESUME Chez la levure S. cerevisiae, la protéine phosphatase Cdc14pwt est essentielle pour la sortie de mitose du fait de sa contribution dans la réduction d'activité des CDK mitotiques. Comme elle contrôle également le partage de l'ADN, la stabilité des microtubules et la cytokinèse, Cdc14pwt est en fait considérée comme un coordinateur temporel général des évènements de milieu et de fin de mitose. Les orthologues de Cdc14pwt sont bien conservés, des levures jusqu'à l'espèce humaine. Des comparaisons de séquence ont révélé la présence de trois domaines A, B et C, les deux premiers constituant le domaine catalytique. Ils sont régulés (en partie) via des changements dans leur localisation, eux-mêmes dépendants du cycle cellulaire. Plusieurs de ces orthologues sont supposés inactivés par séquestration dans le nucléole en interphase, ce qui est le cas de flp1pwt le seul orthologue de Cdc14pwt identifié chez la levure fissipare S, pombe. En début de mitose, flp1pwt quitte le nucléole et localise au niveau des kinetochores, de l'anneau contractile d'actine et du fuseau mitotique, ce qui laisse supposer de multiples substrats et fonctions. Comme les cellules délétées pour le gène flp1wt présentent un taux élevé de perte de chromosome et des défauts de septation, flp1pwt semble jouer un rôle dans la fidélité de la transmission du matériel génétique et la cytokinèse. Le but de cette étude est de caractériser les mécanismes impliqués dans les fonctions assurées par flp1pwt d'une part, et dans le contrôle de son activité d'autre part. Une analyse structure-fonction a révélé que la présence simultanée des deux domaines A et B est requise pour la fonction biologique de flp1pwt et sa localisation correcte pendant la mitose. Par contre, le domaine C de flp1pwt confère une localisation nucléolaire adéquate en G2/interphase. Mes données suggèrent que la déphosphorylation de substrats par flp1pwt est dispensable pour sa localisation correcte excepté celle à l'anneau médian, qui requiert dans ce cas, l'activité catalytique de flp1pwt, révélant ainsi un niveau de régulation supplémentaire. Toutes les fonctions de flp1 pwt testées jusqu'à présent nécessitent également son activité catalytique, ce qui accentue l'importance de l'identification future de ses substrats. Comme cela a déjà été décrit pour d'autres orthologues, la capacité d'auto-intéraction et le niveau de phosphorylation pourraient contrôler l'activité de flp1pwt. En effet, mes données suggèrent que flp1pwt forme des oligomères in vivo et que la phosphorylation n'est pas essentielle pour les changements de localisation observés pour la protéine. De plus, la forme hypophosphorylée de flp1pwt pourrait être spécifiquement impliquée dans la promotion de la cytokinèse. De multiples modes de régulation incluant la localisation, l'auto-association et la phosphorylation semblent permettre un contrôle fin et subtil de l'activité de la phosphatase flp1pwt, et plus généralement celle des protéines de la famille de Cdc14pwt.

The novel proteins Rng8 and Rng9 regulate the myosin-V Myo51 during fission yeast cytokinesis.

The myosin-V family of molecular motors is known to be under sophisticated regulation, but our knowledge of the roles and regulation of myosin-Vs in cytokinesis is limited. Here, we report that the myosin-V Myo51 affects contractile ring assembly and stability during fission yeast cytokinesis, and is regulated by two novel coiled-coil proteins, Rng8 and Rng9. Both rng8Δ and rng9Δ cells display similar defects as myo51Δ in cytokinesis. Rng8 and Rng9 are required for Myo51's localizations to cytoplasmic puncta, actin cables, and the contractile ring. Myo51 puncta contain multiple Myo51 molecules and walk continuously on actin filaments in rng8(+) cells, whereas Myo51 forms speckles containing only one dimer and does not move efficiently on actin tracks in rng8Δ. Consistently, Myo51 transports artificial cargos efficiently in vivo, and this activity is regulated by Rng8. Purified Rng8 and Rng9 form stable higher-order complexes. Collectively, we propose that Rng8 and Rng9 form oligomers and cluster multiple Myo51 dimers to regulate Myo51 localization and functions.

Characterizing cortical myosin mini-filament regulation, length and its macroscopic implications in cytokinetic dynamics.

Au cours de la cytokinèse, le génome dédoublé est compartimentalisé en deux cellules filles. L’anneau contractile, une structure dynamique, est constitué d’actine, myosine (NMY-II) et d’autres protéines accessoires. NMY-2 est le seul moteur protéique impliqué dans la contraction de l’anneau durant la cytokinèse. Depuis longtemps, il a été considéré que celle-ci glissait le long des filaments d’actine grâce à sa capacité de traction. Récemment, plusieurs études ont découvert que son activité réticulante joue un rôle en cytokinèse et il est connu que la NMY-2 peut s’assembler en filaments bipolaires à partir de dimères. Ainsi, nous postulons que leur dimension (nombre de moteurs ATPasiques) pourrait dicter leur contribution en activité motrice et réticulante. Afin de déterminer la composition des filaments corticaux de NMY-2, nous avons utilisé une technique d'imagerie de molécules individuelles à l’aide de la microscopie TIRF. J’ai trouvé à travers l’analyse statistique de la distribution des NMY-2 mesurés que les filaments sont assemblés à deux dimensions constantes: Des filaments composés de 20 dimères et 30 dimères. La kinase Rho est une activatrice de NMY-2 nécessaire pour les niveaux physiologiques de NMY-2 sur l’anneau contractile, pour des cinétiques et fermeture concentrique de l’anneau. La déplétion de RhoK augmente l’abondance relative des filaments de 20 dimères. Ainsi, RhoK pourrait réguler le recrutement de la NMY et aussi l’assemblage des filaments corticaux de NMY-2. De plus, à l’aide de la microscopie confocale à temps réel, j’ai trouvé que lors de la déplétion de RhoK, il se produit une réduction du recrutement et du délai d’initiation du sillon, une fermeture lente et une augmentation significative de la concentricité de l’anneau. De plus, j’ai mesuré des défauts dans l’organisation corticale de l’anneau contractile en patch. La déplétion de MRCK-1 n’affecte pas l’initiation du sillon, les cinétiques de fermeture, ou la fermeture concentrique de l’anneau. Paradoxalement, la déplétion de MRCK-1 augmente le recrutement cortical de NMY-2, mais quand depleté simultanément avec Rho-K il diminue NMY-2 à l’équateur comparé à la déplétion seule de Rho-K. De plus, la double déplétion, conduit à un phénotype de concentricité de l’anneau, suivie d’un recentrage.

L'implication de la Cycline B dans le processus de cytocinèse

Un dérèglement du cycle cellulaire peut causer le cancer. Lors de la cytocinèse un anneau contractile d’actine et de myosine se forme, se contracte, et donne un anneau du midbody qui mène à l’abscision. Le processus de cytocinèse est sous le contrôle de protéines telles que la GTPase Rho qui active la cytocinèse et les cyclines-Cdks qui l'inhibent. La Drosophile possède 3 cyclines mitotiques CycA/ CycB/ CycB3 qui sont successivement dégradées en fin de mitose et permettent l'initiation de la cytocinèse. La dernière étape d’abscission est un phénomène qui reste encore peu connu. Les protéines Vps4 et CHMP4C liées à ANCHR vont, sous la dépendance de la kinase Aurora B, promouvoir l’abscision mais, suite à quelques études récentes, il semble y avoir une implication de la cycline B. Ici, le but était de tester l’implication de cette cycline dans les processus de cytocinèse et d’abscision, elle a été menée par microscopie à haute résolution en temps réel avec des cellules S2 de l’organisme Drosophila melanogaster par le suivi de protéines recombinantes fluorescentes. L’étude a été divisée en deux axes : gain et perte de fonction par l’intermédiaire respectivement de la protéine Cycline B recombinante stable, non dégradable (CycBstable-GFP) et l’inhibition par l’utilisation d’ARN double brin (ARNdb) sur l’endogène. La CycBstable-GFP a perturbé la cytocinèse en induisant plusieurs anneaux contractiles et midbodies. En revanche la réduction de l’expression de CycB n'a pas eu d’effet observable, et elle ne semble pas avoir d’action sur l’abscission malgré le recrutement de CycB-GFP au midbody tardif. En revanche la protéine Cdk1 semble avoir un rôle dans l'abscision puisque sa réduction d’expression a induit un délai. Elle a donc une implication potentielle sur la cytocinèse.

A novel role for clathrin in cytokinesis

Using clathrin-minus Dictyostelium cells, we identified a novel requirement for clathrin during cytokinesis. In suspension culture, clathrin-minus cells failed to divide and became large and multinucleate. This cytokinesis deficiency was not attributable to a pleiotropic effect on the actomyosin cytoskeleton, since other cellular events driven by myosin II (e.g., cortical contraction and capping of concanavalin A receptors) remained intact in clathrin-minus cells. Examination of cells expressing myosin II tagged with green fluorescent protein showed that clathrin-minus cells failed to assemble myosin II into a functional contractile ring. This inability to localize myosin II to a particular location was specific for cytokinesis, since clathrin-minus cells moving across a substrate localized myosin II properly to their posterior cortexes. These results demonstrate that clathrin is essential for construction of a functional contractile ring during cell division.

Redistribution of phosphatidylethanolamine at the cleavage furrow of dividing cells during cytokinesis

Ro09-0198 is a tetracyclic polypeptide of 19 amino acids that recognizes strictly the structure of phosphatidylethanolamine (PE) and forms a tight equimolar complex with PE on biological membranes. Using the cyclic peptide coupled with fluorescence-labeled streptavidin, we have analyzed the cell surface localization of PE in dividing Chinese hamster ovary cells. We found that PE was exposed on the cell surface specifically at the cleavage furrow during the late telophase of cytokinesis. PE was exposed on the cell surface only during the late telophase and no alteration in the distribution of the plasma membrane-bound cyclic peptide was observed during the cytokinesis, suggesting that the surface exposure of PE reflects the enhanced scrambling of PE at the cleavage furrow. Furthermore, cell surface immobilization of PE induced by adding the cyclic peptide coupled with streptavidin to prometaphase cells effectively blocked the cytokinesis at late telophase. The peptide-streptavidin complex treatment had no effect on furrowing, rearrangement of microtubules, and nuclear reconstitution, but specifically inhibited both actin filament disassembly at the cleavage furrow and subsequent membrane fusion. These results suggest that the redistribution of the plasma membrane phospholipids is a crucial step for cytokinesis and the cell surface PE may play a pivotal role in mediating a coordinate movement between the contractile ring and plasma membrane to achieve successful cell division.

Transport of Myosin II to the Equatorial Region without Its Own Motor Activity in Mitotic Dictyostelium Cells

Fluorescently labeled myosin moved and accumulated circumferentially in the equatorial region of dividing Dictyostelium cells within a time course of 4 min, followed by contraction of the contractile ring. To investigate the mechanism of this transport process, we have expressed three mutant myosins that cannot hydrolyze ATP in myosin null cells. Immunofluorescence staining showed that these mutant myosins were also correctly transported to the equatorial region, although no contraction followed. The rates of transport, measured using green fluorescent protein-fused myosins, were indistinguishable between wild-type and mutant myosins. These observations demonstrate that myosin is passively transported toward the equatorial region and incorporated into the forming contractile ring without its own motor activity.

L'implication de la Cycline B dans le processus de cytocinèse

Un dérèglement du cycle cellulaire peut causer le cancer. Lors de la cytocinèse un anneau contractile d’actine et de myosine se forme, se contracte, et donne un anneau du midbody qui mène à l’abscision. Le processus de cytocinèse est sous le contrôle de protéines telles que la GTPase Rho qui active la cytocinèse et les cyclines-Cdks qui l'inhibent. La Drosophile possède 3 cyclines mitotiques CycA/ CycB/ CycB3 qui sont successivement dégradées en fin de mitose et permettent l'initiation de la cytocinèse. La dernière étape d’abscission est un phénomène qui reste encore peu connu. Les protéines Vps4 et CHMP4C liées à ANCHR vont, sous la dépendance de la kinase Aurora B, promouvoir l’abscision mais, suite à quelques études récentes, il semble y avoir une implication de la cycline B. Ici, le but était de tester l’implication de cette cycline dans les processus de cytocinèse et d’abscision, elle a été menée par microscopie à haute résolution en temps réel avec des cellules S2 de l’organisme Drosophila melanogaster par le suivi de protéines recombinantes fluorescentes. L’étude a été divisée en deux axes : gain et perte de fonction par l’intermédiaire respectivement de la protéine Cycline B recombinante stable, non dégradable (CycBstable-GFP) et l’inhibition par l’utilisation d’ARN double brin (ARNdb) sur l’endogène. La CycBstable-GFP a perturbé la cytocinèse en induisant plusieurs anneaux contractiles et midbodies. En revanche la réduction de l’expression de CycB n'a pas eu d’effet observable, et elle ne semble pas avoir d’action sur l’abscission malgré le recrutement de CycB-GFP au midbody tardif. En revanche la protéine Cdk1 semble avoir un rôle dans l'abscision puisque sa réduction d’expression a induit un délai. Elle a donc une implication potentielle sur la cytocinèse.

Vascular Response Of Ruthenium Tetraamines In Aortic Ring From Normotensive Rats.

Background: Ruthenium (Ru) tetraamines are being increasingly used as nitric oxide (NO) carriers. In this context, pharmacological studies have become highly relevant to better understand the mechanism of action involved. Objective: To evaluate the vascular response of the tetraamines trans-[RuII(NH3)4(Py)(NO)]3+, trans-[RuII(Cl)(NO) (cyclan)](PF6)2, and trans-[RuII(NH3)4(4-acPy)(NO)]3+. Methods: Aortic rings were contracted with noradrenaline (10-6 M). After voltage stabilization, a single concentration (10-6 M) of the compounds was added to the assay medium. The responses were recorded during 120 min. Vascular integrity was assessed functionally using acetylcholine at 10-6 M and sodium nitroprusside at 10-6 M as well as by histological examination. Results: Histological analysis confirmed the presence or absence of endothelial cells in those tissues. All tetraamine complexes altered the contractile response induced by norepinephrine, resulting in increased tone followed by relaxation. In rings with endothelium, the inhibition of endothelial NO caused a reduction of the contractile effect caused by pyridine NO. No significant responses were observed in rings with endothelium after treatment with cyclan NO. In contrast, in rings without endothelium, the inhibition of guanylate cyclase significantly reduced the contractile response caused by the pyridine NO and cyclan NO complexes, and both complexes caused a relaxing effect. Conclusion: The results indicate that the vascular effect of the evaluated complexes involved a decrease in the vascular tone induced by norepinephrine (10-6 M) at the end of the incubation period in aortic rings with and without endothelium, indicating the slow release of NO from these complexes and suggesting that the ligands promoted chemical stability to the molecule. Moreover, we demonstrated that the association of Ru with NO is more stable when the ligands pyridine and cyclan are used in the formulation of the compound.Fundamento: As tetra-aminas de rutênio cada vez mais se destacam como carreadoras da molécula de óxido nítrico. Desse modo, estudos farmacológicos tornam-se altamente relevantes, afim de melhor compreender o mecanismo de ação envolvido. Objetivo: Avaliar a resposta vascular das tetra-aminas trans-[RuII(NH3)4(Py)(NO)]3+, trans-[RuII(Cl)(NO)(Cyclan)](PF6)2 e trans-[RuII(NH3)4(4-acPy)(NO)]3+. Métodos: Anéis de aorta foram pré-contraídos com noradrenalina (10-6M). Após estabilização da tensão, concentração única (10-6M) dos compostos foi adicionada ao banho de incubação. As respostas foram registradas ao longo de 120 minutos. A integridade vascular foi avaliada funcionalmente (acetilcolina 10-6M; nitroprussiato de sódio 10-6M) e histologicamente Resultados: A análise histológica confirmou a presença ou não de células endoteliais nos tecidos analisados. Todos os complexos alteraram a resposta contrátil induzida pela noradrenalina, resultando em aumento de tônus seguido de efeito relaxante. Em anéis com endotélio, a inibição do óxido nítrico endotelial causou redução do efeito contrátil da piridina óxido nítrico. Não foram observadas respostas significativas em anéis com endotélio referente ao composto cyclan óxido nítrico. Por outro lado, em anéis sem endotélio, a inibição da guanilato ciclase reduziu significativamente a resposta contrátil dos complexos piridina óxido nítrico e cyclan óxido nítrico, levando ambos os compostos a um efeito relaxante. Conclusão: Os resultados obtidos demonstram que o efeito vascular dos complexos avaliados apresentaram diminuição no tônus vascular induzido pela noradrenalina (10-6M) ao final do tempo de incubação, em anéis com e sem endotélio, indicando liberação lenta da molécula de óxido nítrico do composto estudado e sugerindo que os ligantes causaram estabilidade química à molécula. Demonstramos que a ligação rutênio óxido nítrico é mais estável quando utilizamos os ligantes piridina e cyclan para a formulação do composto.