Regulation of chromosome condensation in Saccharomyces cerevisiae during mitosis

Abstract

La condensation chromosomique est un processus vital nécessaire à la séparation des chromatides sœurs pendant la division cellulaire et au maintien de l'intégrité structurale de la chromatine. L'effecteur central de ce processus est un complexe de protéine pentamérique hautement conservé connu sous le nom de condensine. Le complexe de condensine se trouve dans tous les eucaryotes et est essentiel pour la viabilité. Cependant, on ne sait pas clairement comment cette condensation chromosomique est initiée au début de la mitose. Le complexe condensine est ciblé par diverses kinases du cycle cellulaire pendant la mitose. Nous avons donc émis l'hypothèse que les modifications post-traductionnelles peuvent jouer un rôle important dans l'activation précoce de la condensation en mitose. Conformément à notre hypothèse, nous avons montré que Cdk1 phosphoryle Smc4 dans le complexe de condensine tôt au cours de la mitose et initie le processus de condensation chromosomique. Il est important de noter que les phospho-mutants de smc4 présentaient des défauts de condensation. Nous avons également découvert une étape intermédiaire au cours de ce processus, l'intertwist. Nous montrons en outre que la modification dépendant de CDK de la condensine régule la liaison dynamique du complexe condensine à la chromatine, favorisant ainsi un compactage efficace de la chromatine pendant la division cellulaire. Nous montrons en plus que cette liaison dynamique de condensine est régulée par VCP / p97 / Cdc48 (AAA-ATPase), une chaperone moléculaire connue pour extraire des protéines liées à la chromatine. Soutenant notre idée, nous avons observé des défauts de condensation chromosomique dans trois mutants conditionnels létals de CDC48 (cdc48-3, cdc48-6 et cdc48-9). Nous avons déterminé que le rôle de Cdc48 dans la condensation des chromosomes nécessite l'activité des cofacteurs Cdc48 Ufd1-Npl4 et que le processus dépend de l'ubiquitilation des protéines. Nous avons également déterminé que la cinétique de mobilité de la condensine sur la chromatine dépend de Cdc48. Ces observations suggèrent que Cdc48 agit comme une chaperone moléculaire pour faciliter l’extraction de condensine de la chromatine, ce qui favorise la condensation des chromosomes. Pris ensemble, notre travail met en evidence de nouveaux mécanismes de régulation de la morphogenèse chromosomique au cours de la division cellulaire.

Chromosomal condensation is a vital process required for sister chromatid separation during cell division and for maintaining the structural integrity of the chromatin. The central effector of this process is a highly conserved pentameric protein complex known as condensin. The condensin complex is found in all eukaryotes and is essential for viability. However, it is not clearly known how condensin initiates chromosome condensation at the onset of mitosis. Condensin is a target for various cell cycle kinases during mitosis. So we hypothesized that post-translational modifications might play an important role in activating condensation in early mitosis. Consistent with our hypothesis, we showed that Cdk1 phosphorylates Smc4 in the condensin complex during early mitosis and initiates chromosomal condensation process. Importantly, the Smc4 phospho-mutant experienced defects in condensation. We have also uncovered an intermediate stage during this process, the intertwist. We further demonstrated that the CDK-dependent modification of condensin regulates the dynamic binding of the complex to chromatin, thereby promoting effective chromatin compaction during cell division. We showed that the dynamic binding of condensin is regulated by VCP/p97/Cdc48 (AAA-ATPase), a molecular chaperon known for extracting chromatin-bound proteins. Supporting this idea, we have observed chromosome condensation defects in three conditional-lethal mutants of CDC48 (cdc48-3, cdc48-6 and cdc48-9). We determined that the role of Cdc48 in chromosome condensation requires the activity of Cdc48 co-factors Ufd1-Npl4 and also this process depends on protein ubiquitylation. Finally, we show that the kinetics of condensin mobility on chromatin is dependent on Cdc48. These observations suggest that Cdc48 is acting as a molecular chaperone to facilitate the removal of condensin from chromatin thereby promoting chromosome condensation. Taken together, our work highlights novel regulatory mechanisms responsible for effective chromosome morphogenesis during cell division.