Mécanisme de contrôle de l'interférence des cassures double-brin méiotiques et impact sur la stabilité du génome – MeioInt

Les cassures double brin de l’ADN (DSBs) sont parmi les lésions de l’ADN les plus dangereuses car une seule de ces cassures non réparée peut provoquer la mort cellulaire. En fonction du cycle cellulaire, ces cassures peuvent être réparées soit par ligature simple soit par recombinaison homologue, et tout dysfonctionnement de l’une de ces voies provoque une instabilité génétique pouvant provoquer de graves maladies. Bien que la plupart des DSBs arrivent accidentellement, certaines sont programmées lors de processus cellulaires qui réarrangent l’information génétique comme la recombinaison VDJ et la méiose. Il est donc attendu que la formation de telles cassures ainsi que leur réparation soient précisément contrôlées afin d’éviter toute instabilité génétique. Alors que la réparation des DSBs est bien connue, ce n’est pas le cas de la régulation de leur formation qui constitue précisément l’objet de notre projet.
Au cours de la méiose, la protéine Spo11 apparentée à une topoisomérase de type II génère des DSBs afin de former des crossovers (COs) entre chromosomes homologues, ce qui assure une ségrégation chromosomique correcte ainsi que le brassage de l'information génétique, essentiel à la diversité. Les cassures Spo11 se produisent dans des points chauds grandement déterminés par des marques épigénétiques. En utilisant la levure de boulanger Saccharomyces cerevisiae comme modèle, nous avons récemment découvert que les points chauds de cassures méiotiques interfèrent en cis, c’est à dire qu’une cassure au sein d’un point chaud réprime la formation de cassures dans les points chauds voisins. Nous avons montré que ce mécanisme d’interférence entre cassures, probablement conservé chez les mammifères, est contrôlé par la protéine Tel1 orthologue de la protéine humaine ATM : après inactivation de Tel1, des cassures méiotiques se forment à proximité les unes des autres, et des cassures groupées sont observées au sein de boucles de chromatine.

Le but de ce projet MeioInt est de comprendre ce mécanisme de contrôle des cassures méiotiques dépendant de Tel1 ainsi que ses conséquences fonctionnelles sur la recombinaison méiotique et l’intégrité du génome. Pour cela, nous combinerons des approches complémentaires de génétique moléculaire, génomique et protéomique à des résultats préliminaires solides pour tester différents modèles mécanistiques concernant la dynamique, les partenaires et les cibles de Tel1 au niveau des cassures méiotiques. Notamment, nos résultats préliminaires soutiennent un rôle indépendant de l’activité catalytique de Tel1 dans le contrôle de l’interférence entre points chauds de cassures, et un rôle catalytique dans le contrôle de l’interférence au sein d’un même point chaud de cassure. Ce résultat était inattendu car malgré une intense attention, les études sur Tel1/ATM se sont essentiellement focalisées sur son activité catalytique. Finalement, le défaut de contrôle de la formation des cassures méiotiques dans un mutant tel1 évoque les cassures aberrantes formées dans les lymphocytes déficients pour ATM, ce qui suggère un mécanisme commun de contrôle des cassures dépendant de Tel1/ATM dont les détails restent à élucider.

Globalement, ce projet implique une combinaison de technologies classiques et de pointe, la plupart étant déjà maîtrisée par ce consortium. Le laboratoire de BL possède une expérience de première main sur le génotypage à l’échelle du génome de la descendance méiotique. Le laboratoire de MN maîtrise l’analyse de l’ADN attaché à Spo11 et la cartographie génomique qui s’en suit. Finalement, MeioInt est un projet de recherche fondamentale qui éclairera le mécanisme d’interférence entre cassures méiotiques dépendant de Tel1/ATM et de sa contribution dans l’instabilité génomique de la lignée germinale, des préoccupations qui sont à l’intersection de la génétique fondamentale, de la médecine et des biotechnologies. MeioInt possède donc un fort impact sociétal.