Organisation fonctionnelle des ADN satellites dans la lignée germinale mâle – SPERMATOSAT

Les ADN satellites sont des répétitions de séquences nucléotidiques (de quelques paires de bases à plusieurs centaines) qui peuvent s'étendre sur plusieurs milliers de kilobases. Ces séquences, constituant majeur de l'hétérochromatine, représentent une fraction importante des génomes eucaryotes. Paradoxalement, la fonction des ADN satellites demeure largement incomprise. En effet, ces séquences ont été longtemps négligées car considérées comme de l'ADN "poubelle" sans fonction cellulaire. Par ailleurs, la nature même de ces régions rend leur manipulation et leur étude difficile. Cependant, de nombreuses études, montrent qu'elles exercent des fonctions cellulaires importantes. Ces séquences sont transcrites de manière dépendante du tissu ou du stade de développement suggérant une régulation fine des ces régions. De plus, ces transcrits sont impliqués dans des fonctions diverses et essentielles comme l'organisation des centromères, la formation de l'hétérochromatine ou la régulation génique. De plus, des maladies humaines telles que la dystrophie facio-scapulo-humérale ou certains types de cancers, sont associées à des perturbations de l'organisation de satellites. Il existe cependant très peu de systèmes permettant leur étude fonctionnelle in vivo.
Le projet SPERMATOSAT propose d'étudier l'organisation fonctionnelle d'un satellite de la drosophile, appelé Rsp, au travers de l'étude d'un système classique de distorsion de transmission mendélienne chez le mâle, appelé SD. Dans ce système, les mâles porteurs de la mutation Sd ne transmettent pas à leur descendance le chromosome porteur du satellite Rsp lorsque celui-ci comporte un grand nombre de copies (>2000). En revanche, lorsque Rsp ne contient qu'un petit nombre de répétitions (<200), le chromosome Rsp est alors insensible à la mutation Sd et est transmis normalement. La distorsion est donc directement corrélée au nombre de copies du satellite Rsp. Au niveau cellulaire, les spermatides (cellules post-méiotiques en cours de différenciation en spermatozoïdes) porteuses du satellite Rsp de grande taille sont spécifiquement éliminées avant leur maturation en spermatozoïdes. Cette élimination intervient lors du réassemblage global de la chromatine (appelé transition histone-protamine) qui aboutit au remplacement de la plupart des histones par des protéines nucléaires spécifiques du spermatozoïde. Cependant, les mécanismes moléculaires en jeu dans le système SD demeurent largement incompris.
Par des approches de biologie moléculaire et cellulaire et de génétique, le projet SPERMATOSAT a pour but d'exploiter le système SD afin de déterminer comment l'organisation de la chromatine d'un satellite peut impacter la progression de la spermatogenèse.
Ce projet comporte trois objectifs principaux. Le premier objectif vise à décrire en détail la dynamique d'élimination des spermatides porteuses du satellite Rsp de grande taille au cours de la transition histones-protamines. Le second a pour but de déterminer si des modifications de la chromatine du satellite Rsp peuvent expliquer le phénomène SD. Pour cela, j'étudierai i) la dynamique de condensation du satellite Rsp, ii) la structure de la chromatine de Rsp, et iii) l'activité transcriptionnelle de Rsp dans la lignée germinale mâle. Enfin, le troisième objectif consiste à la réalisation d'un crible génétique visant à identifier des gènes dont la dérégulation modifie le phénotype cytologique d'élimination des spermatides Rsp chez les mâles SD. Ce crible permettra de tester l'hypothèse de l'existence d'un mécanisme de contrôle de l'état de la chromatine au cours de la transition histone-protamine permettant l'élimination des spermatides dont les noyaux sont défectueux. Ce crible devrait également nous permettre de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans SD. Enfin, il pourrait nous permettre d'identifier de nouveaux acteurs de la transition histone-protamine, une étape encore mal connue de la spermatogenèse.