DS0405 - Génétique et génomique: relation génotype-phénotype, interactions génome-environnement, épigénétique

Mecanisme de résolution des intermédiaires de recombinaison méiotique de la levure à la souris – Resolve

Résolution des intermédiaires de recombinaison méiotique

Les crossing over méiotiques, indispensables pour la viabilité des gamètes, sont générés par la coupure (“résolution”) d’un intermédiaire de recombinaison, appelé double jonction de Holliday (dHJ), par l’action d’une “résolvase” mal caractérisée.

Enjeux et objectifs

Une question clé est d’identifier les protéines directement impliquées dans la résolution des dHJ, une réaction qui nécessite deux coupures coordonnées chacune de deux brins d’ADN, et de comprendre pourquoi ces deux coupures se font toujours de manière asymmétrique, qui fait que seuls des crossing over sont produits. Ce mécanisme méiotique est différent de celui qui opère pour réparer les intermédiaires de recombinaison dans les cellules somatiques, où la résolution des dHJ produit aléatoirement des crossing over ou des noncrossing over. Une quantité d’évidences génétiques converge vers le complexe conservé MutLg, composé de Mlh1 et Mlh3, comme étant un acteur clé pour la résolution des dHJ méiotiques. Toutefois, ce complexe ne montre pas d’activité résolvase in vitro, suggérant l’intervention de partenaires additionnels in vivo. Le complexe MutLg étant aussi impliqué dans la réparation des mésappariements de base (MMR), une autre question clé est son mode de recrutement sur les dHJ en méiose. <br />Nous proposons d’explorer les mécanismes de la résolution des dHJ et la production de crossing over et d’élucider la nature du complexe résolvase méiotique. Pour cela, nous utiliserons des approches hautement multi-disciplinaires combinant la génétique de la levure, la biologie structurale, la biochimie et la génétique de la souris.

Nous étudierons en profondeur la localisation du complexe MutLg dans les cellules de levure en méiose, produisant ainsi la première carte à haute résolution des sites de crossing over. Puis, nous combinerons nos efforts pour élucider le mécanisme de la résolution des dHJ par le complexe MutLg. Tout d’abord, nous déterminerons quelles sont les protéines associées à MutLg dans les cellules méiotiques. Puis, nous réaliserons la crystallization du complexe MutLg entier, en présence d’un ADN en double jonction de Holliday, et utiliserons des tests biochimiques avec différents types de substrats pour étudier la réaction de clivage de la dHJ in vitro. Enfin, nous testerons la conservation fonctionnelle de nos résultats obtenus chez la levure sur les partenaires de MutLg en étudiant des mutants de séparation de fonction chez la souris, générés par ingénierie du génome dans l’embryon.

Par la caractérisation des partenaires méiotiqes de Mlh1, nous avons découvert une nouvelle fonction de Mlh1, au sein du complexe MutLB, pour réguler l'étendue des intermédiaires de recombinaison méiotique.

Cette étude ambitieuse et exhaustive du complexe MutLg en méiose devrait élucider comment ce complexe résoud les jonctions de Holliday, et garantit ainsi la viabilité des gamètes, la fertilité et la diversité génétique de la descendance. Nos découvertes devraient aider à mieux comprendre les dysfonctionnements de la méiose observés chez l'homme, sources de stérilité ou d'anomalies chromosomiques comme la trisomie 21.

Publication:
Duroc, Y., Kumar, R., Ranjha, L., Adam, C., Guérois, R., Md Muntaz, K., Marsolier-Kergoat, M.-C., Dingli, F., Laureau, R., Loew, D., Llorente, B., Charbonnier, J.-B., Cejka, P. and Borde, V. (2017) Concerted action of the MutLß heterodimer and Mer3 helicase regulates the global extent of meiotic gene conversion. eLife 6, e21900.

Les crossing over méiotiques, indispensables pour la viabilité des gamètes, sont générés par la coupure (“résolution”) d’un intermédiaire de recombinaison, appelé double jonction de Holliday (dHJ), par l’action d’une “résolvase” mal caractérisée. Une question clé est d’identifier les protéines directement impliquées dans la résolution des dHJ, une réaction qui nécessite deux coupures coordonnées chacune de deux brins d’ADN, et de comprendre pourquoi ces deux coupures se font toujours de manière asymmétrique, qui fait que seuls des crossing over sont produits. Ce mécanisme méiotique est différent de celui qui opère pour réparer les intermédiaires de recombinaison dans les cellules somatiques, où la résolution des dHJ produit aléatoirement des crossing over ou des noncrossing over. Une quantité d’évidences génétiques converge vers le complexe conservé MutLg, composé de Mlh1 et Mlh3, comme étant un acteur clé pour la résolution des dHJ méiotiques. Toutefois, ce complexe ne montre pas d’activité résolvase in vitro, suggérant l’intervention de partenaires additionnels in vivo. Le complexe MutLg étant aussi impliqué dans la réparation des mésappariements de base (MMR), une autre question clé est son mode de recrutement sur les dHJ en méiose.
Nous proposons d’explorer les mécanismes de la résolution des dHJ et la production de crossing over et d’élucider la nature du complexe résolvase méiotique. Pour cela, nous utiliserons des approches hautement multi-disciplinaires combinant la génétique de la levure, la biologie structurale, la biochimie et la génétique de la souris.
Nous étudierons en profondeur la localisation du complexe MutLg dans les cellules de levure en méiose, produisant ainsi la première carte à haute résolution des sites de crossing over. Puis, nous combinerons nos efforts pour élucider le mécanisme de la résolution des dHJ par le complexe MutLg. Tout d’abord, nous déterminerons quelles sont les protéines associées à MutLg dans les cellules méiotiques. Puis, nous réaliserons la crystallization du complexe MutLg entier, en présence d’un ADN en double jonction de Holliday, et utiliserons des tests biochimiques avec différents types de substrats pour étudier la réaction de clivage de la dHJ in vitro. Enfin, nous testerons la conservation fonctionnelle de nos résultats obtenus chez la levure sur les partenaires de MutLg en étudiant des mutants de séparation de fonction chez la souris, générés par ingénierie du génome dans l’embryon.
Cette étude ambitieuse et exhaustive du complexe MutLg en méiose devrait élucider comment ce complexe résoud les jonctions de Holliday, et garantit ainsi la viabilité des gamètes, la fertilité et la diversité génétique de la descendance. Nos découvertes devraient aider à mieux comprendre les dysfonctionnements de la méiose observés chez l'homme, sources de stérilité ou d'anomalies chromosomiques comme la trisomie 21.







Coordinateur du projet

Madame Valerie Borde (INSTITUT CURIE - SECT DE RECHERCHE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CNRS Institut de Génétique Humaine CNRS UPR1142
University of Zurich Institute of Molecular Cancer Research
CEA/Saclay Institute of Biology and Technologies of Saclay SB2SM
IC INSTITUT CURIE - SECT DE RECHERCHE

Aide de l'ANR 517 297 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2015 - 36 Mois

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