Lien entre la formation des cassures double brin méiotiques et l'appariement des chromosomes – Shape-n-Break

Lors de la première division en méiose, les chromosomes homologues doivent s’apparier et rester connectés jusqu’à leur ségrégation. La recombinaison homologue (RH) est cruciale dans ce processus, commençant par la formation programmée de cassures double brin (CDB) dans l’ADN. Ces cassures sont réparées en utilisant le chromosome homologue comme modèle, générant des « crossing over » qui garantissent une ségrégation correcte des chromosomes. L’histone méthyltransférase PRDM9 joue un rôle essentiel dans ce processus en spécifiant les sites de CDB (points chauds) et en recrutant les protéines nécessaires à la formation de ces cassures. Chez les souris dépourvues de PRDM9, les CDB se produisent à des sites alternatifs comme les promoteurs, mais elles sont mal réparées, empêchant ainsi l’appariement correct des homologues, ce qui entraîne la stérilité. Néanmoins, les organismes dépourvus de PRDM9, tels que la levure et les chiens, ne rencontrent pas ces problèmes. Cela soulève la question de savoir pourquoi PRDM9 est indispensable à la réussite de la RH chez certaines espèces, mais pas chez d'autres.
L'objectif principal du projet Shape-n-Break est de décrypter les voies moléculaires activées par PRDM9 qui assurent la coordination entre la formation des CDBs et la RH, en se concentrant à la fois sur le chromosome cassé (en cis) et sur son homologue intact (en trans). En raison des limites technologiques, de telles études étaient jusqu'alors impossibles, faisant de ce projet une initiative opportune qui améliorera notre compréhension de la méiose et de ses perturbations potentielles pouvant entraîner des défauts de reproduction.
Pour atteindre l'objectif principal du projet Shape-n-Break, nous nous concentrerons sur trois axes distincts :
1. Nous identifierons les mécanismes qui guident la machinerie de formation des CDBs vers les sites de cassure. En particulier, nous déterminerons les facteurs moléculaires permettant le recrutement du complexe RMI (qui fait partie de cette machinerie) aux sites de cassure en présence et en absence de PRDM9.
2. Nous déterminerons le lien spatio-temporel entre la machinerie de formation des CDBs et l’organisation chromosomique aux sites de cassure. Nous fournirons des mesures cinétiques de la dynamique d’assemblage des protéines RMI aux sites de cassure en présence ou en absence de PRDM9 et nous décrirons la structure 3D de la chromatine à ces sites, avec une résolution ultra-haute et des informations sur la variation cellule à cellule.
3. Nous explorerons les rôles potentiels de PRDM9 sur le chromosome homologue intact. Nous déterminerons si PRDM9 se lie aux deux homologues au niveau de la cellule unique, modifiant ainsi potentiellement la l’homologue intacte, et nous examinerons si PRDM9 peut favoriser les contacts entre homologues avant même la formation des CDBs.
Pour répondre à ces objectifs, deux équipes d’expertes ont uni leurs compétences pour intégrer des approches de pointe en protéomique, cytologie, génomique in vivo à haute résolution, y compris avec une précision monocellulaire, imagerie haute résolution basée sur le suivi de sites uniques, et analyses génétiques sur divers fonds génétiques de souris. Grâce à ces approches, nous réaliserons une analyse sans précédent de l'assemblage des protéines de CDBs, de la formation des cassures et de l’interaction des homologues aux sites de cassures in vivo.
Une meilleure compréhension de ces processus essentiels dépasse l’élucidation de la méiose, en apportant des connaissances sur l’organisation des chromosomes et les interactions entre homologues lors de la recombinaison, contribuant ainsi à l’identification des causes sous-jacentes de l’infertilité, des problèmes de reproduction et de l’instabilité du génome.