Activation ovocytaire Alex McDougall BioDev Unit/UMR7009 UPMC Observatoire Oceanologique Villefranche sur Mer 06230 Contact dougall@obs-vlfr.fr http://biodev.obs-vlfr.fr/recherche/dougall/

Plan Introduction/resume Comment les spermatozoides déclenchent les augmentations calciques ? Quel est le « pacemaker » de ces vagues calciques periodiques ? Comment les augmentations calciques s’arrêtent ? Quel est le rôle de ces oscillations calciques ?

Pour la premiere fois une vague calcique etait vue en biologie Encore le groupe de Lionel Jaffe (1978)

Les oscillations calciques Ascidian zygote Mouse zygote

Toutes les oscillations calciques sont des vagues Ascidie 10 min. Souris

L’activation ovocytaire et le point d’arret MPF activity MAPK activity Meiosis I Meiosis II Mitotic cycles Le point d’ arrêt pour les espèces different GV stage Quelques molluscs Meta I Dros., C. elegans and ascidians Meta II Toutes les vertebratés PN (G1) phase Oursin and meduse

Accrochage et fusion Oursin Souris fusion: une rôle pour Izumo Inoue, N., et al., (2005). Nature 434, 234-238

Les premières indications qu’une augmentation calcique était importante à la fécondation Suffisante Steinhardt, Yanagimachi, Epel (1974) Nécessaire

La première mesure d’une augmentation calcique à la fécondation Le groupe mené par Lionel Jaffe

Une augmentation calcique à la fécondation est quasi universelle

La decouverte de la « second messager » InsP3 Comment les sperm déclenchent les augmentations calciques ? La decouverte de la « second messager » InsP3 Streb H, Irvine RF, Berridge MJ, Schulz I. (1983). Nature

InsP3 et sont récepteur IP3 augmente à la fécondation Ciapa and Whitaker 1986 (oursin) Suffisante Whitaker 1984 (oursin) Injection de l’InsP3 augment le niveau calcique et donc peu activer les ovocytes Nécessaire Miyazaki 1992 (mammifere) Bloquage des recepteur InsP3 bloque les augmentations calciques à la fécondation

Les oscillations calciques sont des vagues qui viennent d’ un domaine vegetal: ascidie, némerte, mammifère Les vagues calciques viennent toutes du RE cortical McDougall et Sardet (1995). Current Biol. 3, 318-328

Quelques questions Comment les spermatozoides déclenchent les augmentations calciques ? Quel est le « pacemaker » de ces vagues calciques periodiques ? Comment les augmentations calciques s’arrêtent ? Quel est le rôle de ces oscillations calciques ?

Comment les spermatozoides déclenchent … Conduit Contact Contenu PIP2 Ca2+ Ca2+ PLC InsP3 RE Ca2+

Types des signalisation Ativation ovocytaire est couple avec fusion Sperm Factor Model Model de Fusion Types des signalisation

Model Conduit et Model Contact Modèle « Conduit » Creton R and Jaffe, L. F. (1995) Modele « Contact » Jaffe, LA. 1988 G proteine model Probleme: même si les ovocytes peuvent être activés par une voie G proteine, il n’opérent pas pendant la fécondation Ca2+ Ca2+ - Problem: sperm déclanche une augmentation calcique même sans calcium externe

Model « Contenu » Jacque Loeb 1901. Facteur spermatique Swann 1990. « Catalytic substance » = proteine chez les mammiféres Les ovocytes peuvent être activés par Extrait des sperm Tête de spermatozoid

Extrait de spermatozoides Quelle est l’identité du facteur spermatique ?

Mécanisme d’activation: vertébrés vs invertébrés Facteur spermatique SFK PLCg InsP3 Calcium Oursin, Ascidie – SH2 domaine inhibe la fécondation Mammifère, Xénope – SH2 domaine aucune effet sur la fécondation SH2 SFK Asc, Oursin SH2 PLCg Asc, Oursin

Candidats pour le facteur spermatique Invertébrés inconnu trKit  – mammifère J Cell Biol 1997 Oscillin  - mammifère Nature 1996 NO synthase  - oursin Nature 2000 PLCzeta - mammifère Development 2002

PLCzeta 70 kDa EF hand Ca2+ site PLCX Site catalytic PLCY C2 Ca2+ ou phospholipides Nuclear Localization Sequence Domaine PH absent

PLCzeta Protéine présente dans les spermatozoides Suffisant Nécessaire Proteine ou cRNA peu activé les ovocytes Nécessaire Immunodepletion de PLCz donne une perte de l’activité des extraits spermatiques

PLCzeta Quelle espèces ? Mammifères – Oui Poisson - Oui Xénope ? Ascidie pas dans les bases des données Echinodermes ?

Comment les spermatozoides declenchent les vagues calciques ? Invertébrés Vertébrés Factor Spermatique Ovocyte SFK Ovocyte PLCg PLCz Sperm InsP3 Ca2+ RE

Resume pour PLC zeta Sperm PIP2 + PLCz InsP3 + + E.R. Ca2+ InsP3-R 27

Quel est le « pacemaker » de ces vagues calciques périodiques ? Ascidie Pôle végétatif Mollusc hazard Némerte Polychaete Mammifère

Ascidie Dumollard et al 2002 J Cell Sci

Mollusc, Némerte, Annélid Sardet et al Biophysical Chem.1998

Mammifère Pôle végétatif Deguchi et al., (2000). Dev. Biol. 218, 299-313 Les vagues périodique viennent du pôle végétatif et d’une accumulation de RE

Quel est le pacemaker des vagues calciques ? Mammifère Domaines végétatif riche en RE Ascidie Domaine végétatif riche en RE + facteur spermatique ?

Comment les augmentations calciques s’arrêttent ? Ascidie Liée a l’activité MPF Control interphase + D90 Cyclin B1 metaphase Temps (min.) Levasseur and McDougall (2000). Development,127: 631-641

Liée au cycle cellulaire Souris Liée au cycle cellulaire Marangos, FitzHarris, and Carroll Development 2003 130: 1461-1472. 

Formation de noyaux et perte de sensibilité des récepteurs InsP3 A. Formation de noyaux B. Perte de sensibilité des récepteurs IP3

Comment les augmentations calciques s’arrêtent ? Lié à la sortie de méiose Deux mécanismes 1. Base de sensibilité de récepteur IP3 (ascidie et mammifère) 2. PLCzeta séquestré en noyaux (mammifère)

Rôles des vagues calciques périodiques Activatrices -Pour les ovocytes arrêtes en métaphase I ou II (ascidie, mammifère) Déclenche sortie de phase M (méiotique) Comment ? CamKII – activation de l’APC Calcineurin – activation de l’APC CamKII: Lorca et al (1993). Nature, Rauh et al (2005). Nature Calcineurin: Mochida et Hunt (2007). Nature (2007); Nishiyama et al., (2007). Nature Les oscillations maintiennents l’activité APC élevée pendant plusieurs heures (mammifères)

CamKII: Activates the APC Calcium CaMKII Plx1 Erp1 P Erp1 SCF APC/Ccdc20 Securin Separase DB CDK1 DB Cyclin B1 Separase Active CDK1 Inactive Anaphase Exit from meotic M phase

Calcineurin: Activates the APC Calcium Calcineurin APC/Ccdc20 + APC/Ccdc20 Securin Separase DB CDK1 DB Cyclin B1 Separase Active CDK1 Inactive Anaphase Exit from meiotic M phase

Synergy between CamKII et Calcineurin Sperm Ca++ CamKII Calcineurin APC Cdk1 X X-P Cyclin B destruction Interphase M phase Unknown phospatases

Autre rôles ? 1. Blocage de la polyspermie 2. Suppression de la voie defaut des ovocytes - l’apoptose Echinodermes 3. Un rôle sur le phénotype chez les mammiferes ? 4. Augmente la synthese d’l’ATP par les mitochondries - Ascidies: Dumollard et al Development 2003 - Souris: Dumollard et al Development 2004

Sommaire Coté historique Périodiques vagues calciques Facteur spermatique Comment les spermatozoïdes déclanchent les augmentations calciques Vertebrés vs invertébrés Quel est le « pacemaker » de ces vagues calciques periodiques ? Domaine végetatif riche en RE Comment les augmentations calciques s’arrêtent ? Sortie de la phase M de la meoise PLCz rentre dans le noyaux Sensibilité des récepteurs IP3 Quel est le rôle de ces oscillations calciques ? Activation de l’APC qui declenche le cycle cellulaire Sur le développement Metabolisme