Étude de la régulation de l'initiation de la recombinaison en méiose.

par Alexandre Nore

Projet de thèse en Biologie Santé

Sous la direction de Bernard De massy et de Thomas Robert.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé , en partenariat avec IGH - Institut de Génétique Humaine (laboratoire) et de Méiose et recombinaison (equipe de recherche) depuis le 01-10-2014 .


  • Résumé

    La méiose est essentielle à la reproduction sexuée car elle permet la formation de quatre gamètes haploïdes à partir d'une cellule diploïde. Elle consiste en une étape de réplication suivie de deux divisions successives (méiose I et II). Lors de la méiose I, les chromosomes homologues sont séparés dans deux cellules filles. Pour que cette ségrégation des homologues se fasse correctement, les chromosomes sont appariés et, en particulier chez la souris, liés physiquement grâce au processus de recombinaison homologue. Ces événements de recombinaison sont initiés par des cassures doubles brins programmées de l'ADN, qui sont catalysées par la protéine SPO11. Cette protéine est donc essentielle à la méiose et à la ségrégation correcte des chromosomes. Les souris portant une mutation dans le gène Spo11 sont stériles. Toutefois, malgré son importance, le mode d'action et de régulation de SPO11 reste mal compris. SPO11 est un orthologue eucaryote de la sous unité A des topoisomérases TopoVI d'archaebactéries. Chez ces organismes, l'activité des TopoVI nécessite la présence d'une deuxième sous unité : TopoVIB, qui forme avec TopoVIA un hétérotétramère de type A2B2. Une question essentielle qui reste à élucider pour mieux comprendre le mode d'action de SPO11 est de déterminer si son activité dépend d'une seconde sous-unité. Récemment, nous avons identifié chez la souris un gène candidat codant pour cette potentielle sous unité B. Nous avons montré que cette protéine est spécifiquement produite dans les cellules germinales et qu'elle interagit avec SPO11. Nous avons également identifié des orthologues potentiels chez la levure S. cerevisiae. L'objectif du projet de thèse est d'étudier le rôle de ces protéines dans l'initiation de la recombinaison méiotique, en interaction avec la protéine SPO11 dans le modèle souris et levure en développant des approches adaptées selon chaque système. Ce projet nécessite une approche biochimique qui permettra de purifier un complexe protéique actif associant SPO11 et la protéine candidate (souris et levure). L'activité catalytique du complexe sera ensuite étudiée in vitro. Ces expériences de biochimie conduiront à l'analyse de la structure cristallographique du complexe. Un deuxième aspect de ce projet consistera à étudier in vivo le rôle de ce candidat en utilisant une lignée de souris KO pour ce gène, que nous sommes en train de générer. Des analyses fonctionnelles plus fines seront développées par mutagénèse chez la levure. De plus, l'analyse de la localisation de la protéine par microscopie dans les spermatocytes et ovocytes de souris permettra de mieux comprendre son mode d'action. Enfin, l'étude de l'interaction entre cette protéine candidate et différentes protéines impliquées dans l'initiation de la recombinaison homologue sera abordée.

  • Titre traduit

    Regulation of initiation of meiotic recombination


  • Résumé

    Because it leads to the formation of four haploid gametes starting from a single diploid cell, meiosis is essential for sexual reproduction. This process is composed of one replication step, followed by two divisions (meiosis I & II). During meiosis I, homologous chromosomes are separated in two daughter cells. To achieve properly this segregation step, homologues are paired and, in particular in mice, physically linked by the homologous recombination process. During meiosis, programmed DNA double strand breaks catalyzed by the SPO11 protein initiate homologous recombination. Thus, SPO11 is essential for meiosis and proper chromosome segregation. Deficiency for Spo11 leads to sterility. However, despite its essential role, the mode of action and regulation of SPO11 remains poorly understood. SPO11 is an eukaryotic orthologue of the A sub-unit of the TopoVI archaebacterial topoisomerase VI. In these organisms, the TopoVIA sub-unit interacts with a B sub-unit to form an heterotetrameric A2B2 complex catalytically active. One key question that remains to be elucidated is to determine if this B sub-unit is also required for SPO11 proper activity during meiosis in eukaryotes. Recently, we identified in mouse a candidate gene that encodes for a putative B sub-unit. We found that this gene is specifically expressed in germ cells, and that the corresponding protein interacts physically with SPO11. We have also identified putative orthologs in S. cerevisiae. The aim of the thesis is to understand the role of this candidate for meiotic recombination and to determine its relationship with the SPO11 protein using both mouse and yeast as model systems. To address these points, a biochemical analysis of the complex will be performed implying the purification and characterization of a catalytically active complex involving SPO11 and the candidate (mouse and yeast). These experiments should lead, in a second step, to the characterization of the crystal structure of the complex. A second aspect that will be developed is the in vivo study of the role of the candidate gene via the analysis of a KO mutant mouse for this gene and the study of the protein localization by immunofluorescence in spermatocytes and oocytes. Complementary functional analysis will be performed in yeast by mutagenesis. Finally, protein-protein interactions will be tested to determine if this new meiotic protein belongs to a global meiotic network that controls initiation of meiotic recombination.