FRET-based biosensors for in vivo measurements of kinases activities during cell cycle

Abstract

L’implication et les rôles de la PKA et de la MAPK/ERK lors de la division cellulaire, ont fait l’objet de nombreuses études. Pourtant les profils spatio-temporels des activités de ces kinases au cours des différentes étapes du cycle et notamment lors de la mitose sont controversés et restent à éclaircir. Le but de ce travail a été la détermination de ces profils grâce à l’utilisation et au développement d’outils moléculaires basés sur des propriétés de la fluorescence, capables de rapporter l’activité kinase in vivo, qui sont appelés biosenseurs FRET. Nous avons mis en évidence que l’activité de PKA augmente lors de la mitose pour ensuite chuter rapidement lors de la cytokinèse dans les cellules HeLa. Lors de la métaphase et de l’anaphase, l'activité de PKA est particulièrement élevée à proximité des chromosomes et ce, indépendamment d’une relocalisation de ses sous-unités catalytiques. De plus, l’utilisation d’inhibiteur de PKA conduit à l’apparition de phénotypes mitotiques aberrants, indiquant le rôle essentiel de cette augmentation d’activité dans le maintien de l’intégrité du génome. Ces phénotypes sont similaires à ceux décrits pour des perturbations de l’activité de MAPK/ERK. Le développement d’un biosenseur FRET optimisé pour les mesures d’activité de MAPK/ERK nous a permis de déterminer que son activité globale ne varie pas lors de la mitose mais connait en revanche une diminution forte et très brève lors de la cytokinèse. L’inhibition de PKA induit une augmentation sensible de la phosphorylation de MAPK/ERK, ce qui pourrait suggérer ainsi un lien entre les activités de ces deux protéines dans la répartition correcte du matériel génétique lors de la mitose.Even if the roles and contribution of PKA and MAPK/ERK in cell cycle have been the topic of several studies, the spatio-temporal profiles of their activities are still controversial and remain to be clarified. The aim of my PhD was to highlight those activity profiles during the cell cycle in HeLa cells, by using or developing new molecular tools, based on fluorescence properties that are able to report kinase activity in vivo and named FRET-based biosensors.The use of these biosensors allowed us to reveal that PKA activity increased at the onset of mitosis and stayed high until the completion of cytokinesis. During metaphase and anaphase, this activity was especially high in the close vicinity of the condensed chromosomes, independently of any concomitant relocalization of PKA catalytic sub-units within the cell. Moreover inhibition of PKA activity during mitosis lead to improper mitotic phenotype (i.e. : misalignment of the DNA on the spindle, precocious segregation of part of the chromosomes), pointing out the essential role of the activity increase in genetic stability. Those observed phenotypes are similar to those described upon experimental modifications of the MAPK/Erk activity level. By means of the development of a new improved MAPK/Erk activity biosensor, we showed that its global activity does not change during mitosis, but goes through a brief and strong decrease during cytokinesis. As the inhibition of PKA induces a noticeable increase of MAPK/Erk phosphorylation, those results could suggest a link between those two kinases activities in the correct distribution of the DNA to daughter cells during mitosis