Recombinaison méiotique dans le contexte de la chromatine et de l’organisation nucléaire – MeiChrono

Pour ce projet, nous utilisons la levure Saccharomyces cerevisiae comme organisme modèle. En effet, celle-ci permet d’induire la méiose de manière synchrone dans de larges populations de cellules, ce qui permet les analyses moléculaires, et offre tout un éventail d’outils génétiques. Enfin, le processus méiotique est particulièrement bien conservé avec celui des Mammifères, ce qui en fait un modèle pertinent pour la santé humaine.
La complémentarité entre les partenaires du projet nous permet de combiner plusieurs approches. Nous utilisons la protéomique pour identifier les complexes de protéines impliqués dans la reconnaissance des sites qui effectuent la recombinaison. Nous utilisons la biologie cellulaire et la microscopie de cellules vivantes en méiose pour déterminer la dynamique des sites de recombinaison au sein d’une cellule unique, grâce à la fusion des protéines de la recombinaison avec des marqueurs fluorescents. Enfin, la facilité de manipulation du génome de la levure nous permet de modifier à volonté la localisation nucléaire d’une région chromosomique et d’en examiner l’effet sur la recombinaison.

Nous avons mis en évidence un nouveau mécanisme couplant la « lecture » d’une modification épigénétique, la méthylation de l’histone H3, à la formation des évènements à l’origine de la recombinaison méiotique. Nous avons identifié les complexes protéiques associés.
De plus, nous avons modifié la localisation nucléaire d’une région chromosomique et observé un effet sur la recombinaison méiotique. Ceci ouvre de nouvelles pistes pour comprendre la distribution des évènements de recombinaison.
Enfin, nous avons obtenu un nouveau marqueur fluorescent pour suivre les évènements de recombinaison, qui va nous permettre de suivre les étapes de la recombinaison dans les cellules uniques.

Les approches de protéomique et de microscopie que nous avons mises en place pour ce projet devraient nous permettre de mieux comprendre comment la recombinaison est contrôlée au sein du génome par l’environnement chromatinien et la localisation nucléaire.

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La méiose est une étape clé de la reproduction sexuée, et assure la formation des gamètes haploïdes à partir des cellules diploïdes de la lignée germinale. Ceci implique des évènements de recombinaison entre les paires de chromosomes homologues, en bon nombre et aux bons endroits pour permettre la ségrégation correcte des homologues ainsi que pour augmenter la diversité génétique. En effet, des disfonctionnements de la recombinaison sont la source majeure des aneuploïdies, qui mènent à la stérilité ou à des anomalies chromosomiques comme la trisomie 21. De plus, la réparation aberrante des évènements de recombinaison méiotique peut conduire à de nombreux syndromes génétiques. Il est donc extrêmement important d’améliorer notre connaissance de la recombinaison méiotique et de sa régulation.
Le fait que la recombinaison ait lieu dans le contexte de la chromatine, dont l’unité de base, le nucléosome, permet d’enrouler l’ADN, fournit des possibilités de régulation qui restent à découvrir. Nous avons récemment découvert un système de régulation qui utilise la méthylation de l’histone H3 pour induire la formation des cassures double-brin, qui sont l’événement déclencheur de la recombinaison, le long des chromosomes. Ceci implique qu’en plus de la séquence d’ADN, le profil de recombinaison est influencé par les propriétés de la chromatine, aussi appelées paramètres épigénétiques. Un autre aspect est l’existence de larges domaines chromosomiques de forte fréquence de recombinaison, alternant avec des domaines où la recombinaison est plus faible, ce qui suggère que des propriétés du chromosome à plus grande échelle entrent également en jeu dans le contrôle de la recombinaison.
Dans ce projet, nous souhaitons explorer les relations entre l’organisation de la chromatine, la structure des chromosomes et la recombinaison méiotique et en déterminer l’impact sur la transmission fidèle de l’information génétique à la descendance. Nous utiliserons la levure comme outil puissant pour combiner des approches de protéomique quantitative, des cartographies génomiques à haute résolution ainsi que des approches microscopiques à l’échelle de la cellule unique. Plus précisément, nos objectifs sont :
1) Afin d’élucider les mécanismes impliqués dans le contrôle épigénétique de la recombinaison méiotique, nous allons déterminer l’effet de l’environnement pendant la croissance végétative sur les profils de recombinaison méiotique par une approche génomique.
Nous étudierons également comment l’information épigénétique est transmise à la machinerie de recombinaison méiotique, en identifiant les protéines « lisant » la méthylation de l’histone H3 au cours de la méiose, par une approche de protéomique quantitative.
2) Nous allons également évaluer l’impact de la structure chromosomique sur la formation des cassures double-brin et sur leur mode de réparation, et étudierons plus spécifiquement le rôle de la localisation nucléaire et du moment de réplication des différentes régions chromosomiques.
Pour ceci, nous allons combiner des approches d’imagerie de cellules vivantes, pour visualiser une région chromosomique dans le noyau, avec des approches moléculaires pour modifier la localisation ou le moment de réplication d’une région chromosomique et en tester l’effet sur la distribution des événements de recombinaison, à la fois au niveau de la formation des cassures double-brin, et de leur mode de réparation.
Enfin, par imagerie de cellules vivantes, nous allons déterminer le programme spatiotemporel de l’initiation de la recombinaison et de la résolution des intermédiaires de recombinaison au sein de cellules uniques.
Vu la conservation des processus méiotiques entre les espèces, nous anticipons que nos découvertes auront des implications pour la compréhension de la recombinaison méiotique et des conséquences de ses dysfonctionnements chez les mammifères.