Mécanismes d'arrêt de la méiose femelle – MOMA

La méiose est fondamentale pour la reproduction sexuée. Elle génère des gamètes haploïdes, spermatozoïdes ou ovocytes, par deux divisions successives, la méiose I puis la méiose II, sans phase S intermédiaire. A la fécondation, la fusion des gamètes rétablit la diploïdie pour le développement et la survie de l'embryon. Chez la femelle, la méiose s'arrête à des stades spécifiques du cycle cellulaire pour attendre la fécondation. Si ces arrêts échouent ou se produisent prématurément, les embryons sont parthénogéniques ou aneuploïdes, souvent non viables, et sont une cause importante d'infertilité. Cet arrêt méiotique se fait à différents stades selon les espèces. Chez les vertébrés, il se fait en métaphase de la méiose II (métaphase II). Chez les autres espèces, il intervient en prophase ou en métaphase de méiose I, voire après la méiose. Le projet MOMA vise à élucider les mécanismes moléculaires responsables de ces différents arrêts, en se focalisant sur la Cycline B3.
Mitose et méiose sont pilotées par la kinase Cdk1 associée à la Cycline B1/2. Des études récentes chez la souris, la grenouille et le nématode ont mis à jour des rôles spécifiques de la Cycline B3, plus divergente, dans la régulation des transitions métaphase-anaphase en méiose et pendant les mitoses embryonnaires. Chez les vertébrés, la Cycline B3 ne fonctionne que pendant la méiose femelle. L'activité Cdk1-Cycline B3 déclenche la sortie de la méiose I en supprimant la signalisation responsable de l'arrêt en métaphase II. La dégradation de la Cycline B3 après la méiose I permet ensuite l’arrêt en métaphase II. Enfin, son expression ectopique en méiose II conduit à des divisions cellulaires surnuméraires (nos données non publiées). La Cycline B3 permet donc à l'ovocyte de distinguer deux métaphases fonctionnellement distinctes pour s'arrêter en métaphase II, limitant ainsi le nombre de divisions ovocytaires. Chez les autres animaux, le rôle de la Cycline B3 reste mal compris mais des travaux chez la drosophile et C. elegans indiquent des fonctions méiotiques et mitotiques. La Cycline B3 agirait donc comme un super-oscillateur régulant la méiose femelle et les cycles embryonnaires chez les métazoaires ancestraux. Des caractéristiques divergentes de régulation moléculaire seraient ensuite apparues entre les espèces pour assurer des arrêts méiotiques à des transitions distinctes. Pour tester cette hypothèse, nous exploiterons l'expertise complémentaire de notre consortium et manipulerons les niveaux de Cycline B3 dans l'ovocyte, en combinant des approches de biochimie et d'imagerie, pour répondre à trois objectifs principaux : 1) Comprendre les mécanismes moléculaires qui soutiennent la fonction super-oscillatoire de la Cycline B3 chez les vertébrés, 2) Déchiffrer comment la Cycline B3 est dégradée pour mettre en œuvre l'arrêt de la métaphase II chez les vertébrés, et 3) Tester sa fonction dans deux espèces non vertébrées avec des points d'arrêt méiotiques distincts. Nous comparerons et échangerons nos résultats entre quatre espèces expérimentales : deux vertébrés (souris et Xénope ; équipe 1), l'ascidie Phallusia comme exemple d'arrêt en métaphase I (équipe 2), et la cnidaire Clytia, qui présente un arrêt post-méiotique en G1 (équipe 3). Chez les vertébrés, nous étudierons comment la Cycline B3 déclenche la sortie de méiose I et décrypterons son mécanisme de dégradation pour mettre en place l'arrêt en métaphase II en supprimant sa fonction super-oscillatoire. En parallèle, nous testerons la fonction et la régulation de la Cycline B3 pendant la méiose femelle et les mitoses embryonnaires chez Phallusia et Clytia. Cette nouvelle approche comparative permettra de mieux comprendre les rôles et la régulation de la Cycline B3, afin de contrôler des arrêts méiotiques distincts pour la fécondation. De plus, elle permettra d’éclairer sur les processus du cycle cellulaire dont la régulation fine contribue à former des ovocytes sains et aptes au développement embryonnaire.