Set1, la méthylation de l'histone H3 et les coupures double brin d'ADN programmées lors de la méiose chez Saccharomyces cerevisiae

Set1, histone H3 methylation and programmeted double-stand breaks during meiosis in Saccharomyces cerevisiae

• Auteur / Autrice : Sandrine Gisèle Olga Bonfils
• Direction : Vincent Geli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des eucaryotes
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences (1969-2011)

Mots clés

Mots clés contrôlés

ADN

Transcription génétique

Méthylation

Méiose

Résumé

La méiose est l’un des deux modes de division présent dans le cycle cellulaire des eucaryotes, tel que Saccharomyces cerevisiae. C’est un processus spécifique qui conduit à la formation de quatre spores haploïdes ou gamètes, à partir d’une cellule diploïde. La première étape de la méiose est la prophase, au cours de laquelle a lieu un cycle de réplication des chromosomes homologues et des événements de recombinaison. Les événements de recombinaisons génétiques sont initiés par la formation programmée de cassures double brin (CDB) d’ADN générées par Spo11, une endonucléase proche des topoisomérases de type II. La distribution des CDB n’est pas homogène sur l’ensemble du génome. Les sites de formation des CDB sont localisés de manière préférentielle au niveau des régions intergéniques. Elle sont regroupées au niveau de régions hautement recombinantes, dites hot spot, par opposition au régions réfractaires aux CDB, les cold spot. Différentes études ont permis de montrer que la structure de la chromatine et les modifications post-traductionnelles des queues d’histones avaient un impact sur l’activité catalytique de Spo11. La protéine Set1 est une histone méthyltransférase, dont une des cibles connues est la lysine 4 de l’histone H3 (H3K4). La méthylation de H3K4 est associée à la transcription et au maintien de la structure chromatinienne au niveau des télomères et du locus des gènes ribosomiques en condition végétative. En méiose, la perte du gène SET1 s’accompagne d’un retard d’engagement dans la réplication et dans l’induction de certains gènes méiotiques, ainsi que d’un défaut de formation des CDB au niveau de certains hot spot. Nous avons alors émis l’hypothèse, que la méthylation de H3K4 par Set1 pouvait jouer un rôle dans le ciblage et/ou l’activation de Spo11. Grâce à différentes approches, électrophorèse en champ pulsé et analyse à l’échelle génomique des sites de formation des CDB par ChIP-chip, nous avons observé que l’absence de SET1 n’affecte pas tous les hot spots de la même façon. Notamment on observe l’apparition de nouveaux points chauds. Dans la même optique, nous avons entrepris de définir le rôle de la méthylation de H3K4 au cours de la méiose, en étudiant l’impact de la mutation de la lysine 4 de l’histone H3 et de la glycine 951 de Set1 sur la formation des CDB et en suivant l’évolution du taux de méthylation de H3K4 par ChIP-chip.

Meiosis is one of the two modes of division present in the cellular cycle of eukaryotes, such as Saccharomyces cerevisiae. It is a specific and highly regulated process, which leads to the formation of four haploid spores or gametes, issued of a diploid cell. Prophase is the first step of meiosis, during which, after a single round of replication, the homologous chromosomes pair and recombine. The events of genetic recombination are initiated by the formation of double-stand breaks (DSB), generated by Spo11, an endonuclease. Distribution of the DSB is not homogeneous throughout the whole genome. The sites of DSB formation are preferentially localised in intergenics regions. The DSB are concentrated in highly recombinogenic regions, called hot spot, as opposed to regions refractory to recombination, called cold spot. Various studies show that the chromatin structure and post-traductional modifications of histone tails have an impact on the catalytic activity of Spo11. The Set1 protein is a histone methyltransferase, required to catalyze the methylation of lysine 4 on histone H3 (H3K4). The methylation of H3K4 is associated with transcriptional activity and chromatin structure at telomeres and the ribosomic gene locus in vegetative growth conditions. In meiosis, inactivation of the SET1 gene leads to a delay of meiotic replication, of the induction of middle meiotic genes, and to a defect in DSB formation at some hot spots. We have proposed a possible function for the methylation of H3K4 by Set1 in the targeting and/or activation of Spo11. Throughout a certain number of approaches, such as pulse field electrophoresis and the analysis of DSB formation sites by Chip-chip, we observed that the loss of SET1 does not affect distribution of DSB on the whole genome. We could show that in a set1 mutant, new hot spots appear. Consequently, it is important to define the role of the methylation of H3K4 during meiosis, by studying the impact of a mutation of lysine 4 in H3 and a mutation of glycine 951 of Set1 on DSB formation and by following the rate of H3K4 methylation by Chip-chip.