Role of microtubule motor proteins in the spindle anchoring and positioning during meiosis I in mouse oocytes

Abstract

Chromosome segregation errors frequently occur during oocyte meiosis I (MI) leading to aneuploidy, the major cause of miscarriage and congenital abnormalities. Post nuclear envelope break down, the meiotic spindle is assembled at the center of the oocyte. This initial position prevents the occurrence of aneuploidy. During metaphase I (Met I), the spindle migrates toward the cortex to allow a highly asymmetric division. In mouse oocytes, spindle positioning and migration is regulated by two opposing forces, F-actin and metaphase cytoplasmic microtubule organizing centers (mcMTOCs), whereby mcMTOCnucleated microtubules (MTs) anchor the spindle to the cortex exerting an opposing pulling force on the spindle against that of F-actin-mediated force which builds to move the spindle to the cortex for PB extrusion. However, the molecular mechanism of how MTs regulate spindle positioning remains unknown. First, oocyte MT dynamics have been investigated during MI. Interestingly, mcMTOCnucleated MTs depend on the maturation time, whereby, at Met I when the spindle is still located at the center of the oocyte, the MTs nucleated by mcMTOCs play an important role in maintaining and regulating this initial central position. However, at late Met I, the mcMTOC-nucleated MTs gradually decrease allowing spindle migration. MT motors are ATPase-associated proteins that convert energy into mechanical force and move along the length of MTs. In somatic cells, MT motor proteins regulate MT dynamics necessary for mitotic spindle positioning. In contrast, their role in mammalian oocytes has not been investigated. Perturbation of dynein protein results in abnormal spindle positioning, accelerated spindle migration towards the cortex, and increased incidence of aneuploidy. In contrast, Eg5 kinesin inhibition results in failed spindle migration. On the other hand, X Role of microtubule motor proteins in the spindle anchoring and positioning during meiosis I in mouse oocytes perturbing F-actin around the mcMTOCs, results in abnormal spindle positioning and migration. These findings suggest that MT dynamics regulate spindle positioning and migration. Dynein and Eg5 kinesin motor proteins drive two antagonistic forces to fine-tune mcMTOC-mediated MT pulling force and provide the first mechanistic insight into mcMTOC-nucleated MT role in directly influencing spindle positioning and timely migration and F-actin ring contribute to regulates mcMTOC dynamics.

En la fase de meiosis I del oocito, frecuentemente ocurren errores durante el proceso de segregación cromosómica, resultando en aneuploidías que son la principal causa de aborto espontáneo y mal formaciones congénitas. Después de la ruptura de la envoltura nuclear, en el centro del oocito, inicia la formación del huso meiótico, cuya posición inicial es indispensable para la prevención de aneuploidías. Posteriormente, en la metafase I, el huso meiótico migra hacia la corteza para permitir una marcada división asimétrica. En los oocitos de ratón, el posicionamiento y la migración del huso meiótico está regulado por dos fuerzas opuestas, la F-actina y los centros organizadores de microtúbulos citoplasmáticos en metafase (mcMTOCs, por sus siglas en inglés). Es así como, los microtúbulos (MTs) nucleados por los mcMTOCs anclan el huso a la corteza, ejerciendo una fuerza de tracción opuesta en el huso contra la fuerza mediada por la F-actina que se acumula para movilizar el huso a la corteza para la expulsión del cuerpo polar. Sin embargo, el mecanismo molecular por el cual los MTs regulan el posicionamiento del huso sigue siendo desconocido. En primer lugar, se investigó la dinámica de los MTs durante la meiosis I del oocito. Donde se identificó que los MT nucleados por los mcMTOCs dependen del tiempo de maduración del oocito. Por lo cual, en metafase I, cuando el huso aún se encuentra localizado en el centro del oocito, los MT nucleados por los mcMTOCs juegan un papel indispensable en el mantenimiento y regulación de la posición inicial del huso en el centro del oocito. Sin embargo, en la metafase I tardía, los MTs nucleados por los mcMTOCs disminuyen gradualmente permitiendo la migración del huso. Las proteínas motoras están asociadas a la ATPasa que convierten energía en fuerza mecánica y se mueven a lo largo de los MTs. En las células somáticas, estas juegan un rol indispensable en la regulación de la XII Role of microtubule motor proteins in the spindle anchoring and positioning during meiosis I in mouse oocytes dinámica de los MTs, necesarias para el posicionamiento del huso mitótico, no obstante, el rol de estas proteínas no ha sido investigado en los oocitos de mamíferos. La perturbación de la proteína dineína resulta en un posicionamiento anormal del huso, una migración del huso acelerada hacia la corteza e incrementa la incidencia de aneuploidías. En contraste, la inhibición de la proteína kinesina Eg5 muestra como resultado una migración fallida del huso. Finalmente, la perturbación de la F-actina alrededor de los mcMTOCs resulta en un anormal posicionamiento y migración del huso meiótico. Estos hallazgos sugieren que la dinámica de los MTs regula el posicionamiento y migración del huso. La dineína y la kinesina Eg5 impulsan dos fuerzas antagónicas para afinar la fuerza de tracción de los MTs nucleados por los mcMTOCs. Además, proporcionan la primera visión mecánica del papel de los MTs nucleados por los mcMTOCs, ya que regulan el posicionamiento y migración oportuna del huso meiótico. A su vez, la F-actina, componente del citoesqueleto, regula la dinámica de los mcMTOCs. Palabras clave: (mcMTOCs, microtúbulos, F-actina, dineína, kinesina E (texto tomado de la fuente)