La Yemanucléine de Drosophile est nécessaire à la méiose ovocytaire et l’assemblage de la chromatine paternelle dans le zygote

Drosophila Yemanuclein is required for meiosis in the oocyte and paternal chromatin assembly in the zygote

• Auteur / Autrice : Ahmed Algazeery
• Direction : Ounissa Aït Ahmed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 08/04/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 1
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; ....-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique humaine (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Stephen Baghdiguian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ounissa Aït Ahmed, Stephen Baghdiguian, Ali Hamiche, Christophe Terzian, Anne Laurençon-Loviton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ali Hamiche, Christophe Terzian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zygotes

Méiose

Ovocytes

Mots clés libres

Ovocyte

Méiose

Recombinaison

Zygote

Histone H3.3

Hira

Oocyte

Meiosis

Recombination

Zygote

Histone H3.3

Hira

Résumé

La reproduction sexuée repose sur deux processus fondamentaux : la méiose qui permet la formation des gamètes dont le génome est haploïde et la syngamie qui permet, après fécondation, de restaurer la diploïdie par fusion des deux noyaux parentaux haploïdes. Alors que la méiose repose respectivement sur le génome maternel pour l'ovocyte et paternel pour le spermatozoïde, la restauration de la diploïdie dans le zygote repose exclusivement sur le génome maternel. Si un pronucleus maternel compétent pour la réplication est formé au terme de la méiose ovocytaire, le génome paternel quant à lui, n'acquiert cette compétence que sous l'influence de facteurs maternels. En effet, à la fin de la méiose, le génome paternel est « empaqueté » avec des protamines qui le rendent inactif pour toute fonction biologique, en particulier la réplication. L'éviction des protamines et leur remplacement par des histones maternelles sont des étapes indispensables à l'acquisition par le génome paternel de sa compétence à la réplication, préalable à la syngamie. Tous ces événements doivent être extrêmement coordonnés afin de permettre à un premier noyau zygotique comportant les deux lots de chromosomes parentaux de se former et d'entrer dans le premier cycle mitotique.Notre laboratoire a identifié yemanuclein-alpha, aussi appelé yemanuclein (yem) dans un crible moléculaire pour des gènes exprimés spécifiquement dans la lignée germinale femelle, et son premier allèle muté yem1. Cette mutation ponctuelle (V478E) a été identifiée dans un crible génétique de « stérilité femelle ». Une descendance exceptionnelle observée chez les femelles yem1, présente la propriété inattendue d'être parthénogénétique. Cette propriété révèle un double défaut chez le mutant : dans le processus de méiose ovocytaire qui conduit à la formation d'un pronucleus maternel haploïde mais aussi dans la formation d'un pronucleus paternel compétent pour la syngamie. Mes travaux de thèse ont porté sur les deux aspects de la fonction de la Yemanucléine. En conjuguant des méthodes de génétique, de biochimie, et de biologie cellulaire, nous avons pu mettre en évidence des fonctions essentielles de la Yemanucléine dans les étapes initiales de la prophase méiotique de l'ovocyte de drosophile. Nous avons pu montrer que la Yemanucléine joue un rôle clé dans la recombinaison méiotique et plus particulièrement dans la fréquence et la cinétique d'apparition des cassures double brin. Son association au complexe synaptonémal et au complexe cohésine, tous deux connus comme étant nécessaires à la ségrégation chromosomique, est un élément clé de cette fonction.Outre cette fonction méiotique, la Yemanucléine, facteur maternel, est aussi requise pour l'assemblage de la chromatine du pronucleus paternel. Nous montrons dans ce manuscrit qu'elle joue ce rôle à travers son action dans un troisième complexe, en partenariat avec la protéine HIRA. Le complexe multiprotéique contenant la protéine HIRA est connu pour sa fonction de chaperon du variant de l'histone H3.3 et son rôle dans l'assemblage de la chromatine du pronucleus paternel. La Yemanucléine est le premier membre de la famille HPC2/UBN1 caractérisé. Son rôle dans l'assemblage des nucléosomes découplé de la réplication est décrit pour la première fois dans ce manuscrit. C'est aussi la première fois qu'une protéine spécifique de la reproduction est décrite pour son implication à deux étapes clés de ce processus.

Sexual reproduction relies on two key events: formation of cells with a haploid genome through meiosis and restoration of diploidy through syngamy in the zygote. Meiosis completion is supported exclusively by the maternal genome for the oocyte and the paternal genome for the sperm cell. In contrast diploidy restoration in the zygote is entirely dependent on maternal factors. At the end of meiosis the maternal pronucleus is competent for replication, whereas the paternal genome is packed with protamines. These proteins need to be removed in the zygote and replaced by maternally provided histones before the paternal genome acquires competence for replication, a prerequisite for syngamy. All these events must be highly coordinated to allow the first zygotic nucleus to form with the two sets of parental chromosomes and enter the first mitotic cycle. Our laboratory has identified yemanuclein-alpha, also called yemanuclein (yem) in a molecular screen for genes specifically expressed in the female germ line and its first mutant allele yem1, in a female sterile screen. The role played by yem not only in the meiotic process through which a haploid maternal pronucleus is formed but also in the zygotic process that makes a paternal pronucleus competent for syngamy, is underscored by the obtention of exceptional parthenogenetic progeny from yem1 mothers.My thesis work is precisely dedicated to the analysis of both aspects of Yemanuclein function: in the oocyte and the zygote. Using genetic, biochemical and cell biology methods we were able to uncover essential functions of Yemanuclein in early meiotic prophase in the Drosophila oocyte. Using yem1 allele (V478E), we could show its requirement for meiotic recombination especially for the frequency and timing of the double strand breaks formation. Yemanuclein association with two protein complexes, the Synaptonemal Complex (SC) and the Cohesin complex known to be required for proper chromosome segregation, supports these findings. Beyond its meiotic function, Yemanuclein is also required in the zygote for assembly of paternal pronucleus chromatin. This is achieved through a third complex that acts as histone H3.3 chaperone. In the present manuscript we identify Yemanuclein as a partner of HIRA in its role in H3.3 nucleosome assembly and deposition on the paternal pronucleus. Interestingly Yemanuclein is the first member of the HPC2/UBN1 protein family ever characterized. The role of Yem/ HPC2/ UBN1 in replication independent chromatin remodeling remained elusive until very recently. Our work is original in that it is the first to report on a role of one member of this family in oocyte meiosis and paternal chromatin assembly in the zygote.