Dynamique des chromosomes et recombinaison

Valérie Borde

Valérie Borde Chef d'équipe

Nous étudions la recombinaison et son importance pour la stabilité du génome et la ségrégation des chromosomes lors de la méiose, qui produit les gamètes haploïdes. La recombinaison a lieu lorsqu’un chromosome qui a subi une cassure utilise une séquence homologue pour sa réparation. Des défauts de la recombinaison ont des conséquences sévères, et sont liés à plusieurs maladies, comme certains cancers héréditaires et des syndromes d‘instabilité génétique.

La recombinaison peut être due à des lésions accidentelles, se produisant suite à l’exposition à des agents génotoxiques, ou lors d’accidents de la réplication, mais les lésions peuvent aussi être délibérément produites par la cellule, comme lors de la méiose. Lors de la méiose, un seul de chaque paire de chromosomes homologues parentaux est transmis à la descendence pour la reproduction sexuée. La recombinaison permet que des liens physiques, appelés crossing over, soient créés entre les chromosomes homologues, assurant ainsi leur bonne ségrégation à la première division méiotique. Les erreurs de recombinaison méiotique conduisent à la stérilité ou l’aneuploïdie et sont la cause majeure des anomalies chromosomiques telles que la trisomie 21.

La recombinaison est délenchée par la formation de cassures double brin le long deschromosomes, à des « poinds chauds » dont les déterminants sont mal connus (Fig. 1A). Seule une partie des cassures est réparée par un crossing over, ce qui implique une décision importante au moment de la réparation. Nous étudions les facteurs qui contrôlent la formation des cassures et des crossing over, et en particulier  l’influence de la chromatine, de l’organisation chromosomique et nucléaire dans leur positionnement. La méiose est extrêmement bien conservée entre les espèces. Notre modèle d’étude est la levure S. cerevisiae, très proche en terme de mécanismes des mammifères et qui permet tout un éventail d’approches moléculaires, biochimiques et génétiques.

Borde
Figure 1 : Modifications de la chromatine et protéines présentes aux sites de recombinaison. A: Formation des cassures et leur réparation par recombinaison. B: Modèle illustrant les régions de la chromatine marquées par la modification H3K4me3 et sélectionnées par un module « PHD » pour les amener à l’axe des chromosomes et déclencher la formation d’une cassure double-brin (d’après Sommermeyer et al, 2013).

Les chromosomes méiotiques sont organisés en une succession de boucles ancrées à leur base à l’axe des chromosomes, où a lieu la recombinaison. Nous avons montré qu’une modification de la chromatine, la méthylation de l’histone H3K4, déposée par le complexe Set1, est importante pour la formation des cassures. En effet, une sous-unité du complexe Set1 se fixe directement à cette modification par un module spécifique, le PHD, et interagit avec les protéines formant les cassures sur l’axe des chromosomes, faisant le pont entre ces deux régions (Figure 1B). Ceci illustre l’importance de la chromatine pour la recombinaison méiotique.

Nous étudions également les mécanismes qui permettent de former un crossing over au cours de la réparation d’une cassure. Par l’étude génomique de Zip3, une protéine associée aux crossing over, nous avons mis en évidence une régulation de la formation des crossing over par les propriétés de la région chromosomique sous-jacente. Nous appliquons actuellement des approches protéomiques pour identifier les complexes protéiques impliqués dans la formation des crossing over.

Enfin, nous étudions comment la chromatine est modifiée suite à une cassure double-brin. Nous avons montré que deux chaperons d’histone, CAF-1 et Hir, s’associent spécifiquement aux cassures double-brin méiotiques, ce qui suggère l’incorporation de nouvelles histones dans la chromatine et potentiellement des modifications locales des propriétes de la chromatine.

Nos travaux devraient mener à une meilleure compréhension des mécanismes de transmission de l’information génétique au cours de la reproduction et de l’implication de la chromatine et de ses modifications dans la réparation des cassures par recombinaison, contribuant potentiellement à des changements épigénétiques à l’origine de pathologies.

 

 

Publications clés

Année de publication : 2017

Yann Duroc, Rajeev Kumar, Lepakshi Ranjha, Céline Adam, Raphaël Guérois, Khan Md Muntaz, Marie-Claude Marsolier-Kergoat, Florent Dingli, Raphaëlle Laureau, Damarys Loew, Bertrand Llorente, Jean-Baptiste Charbonnier, Petr Cejka, Valérie Borde (2017 Jan 5)

Concerted action of the MutLβ heterodimer and Mer3 helicase regulates the global extent of meiotic gene conversion.

eLife : DOI : 10.7554/eLife.21900

Année de publication : 2013

Maria-Elisabetta Serrentino, Emmanuel Chaplais, Vérane Sommermeyer, Valérie Borde (2013 Apr 9)

Differential association of the conserved SUMO ligase Zip3 with meiotic double-strand break sites reveals regional variations in the outcome of meiotic recombination.

PLoS genetics : e1003416 : DOI : 10.1371/journal.pgen.1003416
Valérie Borde, Bernard de Massy (2013 Apr 2)

Programmed induction of DNA double strand breaks during meiosis: setting up communication between DNA and the chromosome structure.

Current opinion in genetics & development : 147-55 : DOI : 10.1016/j.gde.2012.12.002
Vérane Sommermeyer, Claire Béneut, Emmanuel Chaplais, Maria Elisabetta Serrentino, Valérie Borde (2013 Jan 10)

Spp1, a member of the Set1 Complex, promotes meiotic DSB formation in promoters by tethering histone H3K4 methylation sites to chromosome axes.

Molecular cell : 43-54 : DOI : 10.1016/j.molcel.2012.11.008

Année de publication : 2011

Emmanuelle Martini, Valérie Borde, Matthieu Legendre, Stéphane Audic, Béatrice Regnault, Guillaume Soubigou, Bernard Dujon, Bertrand Llorente (2011 Apr 28)

Genome-wide analysis of heteroduplex DNA in mismatch repair-deficient yeast cells reveals novel properties of meiotic recombination pathways.

PLoS genetics : e1002305 : DOI : 10.1371/journal.pgen.1002305

Année de publication : 2009

Valérie Borde, Nicolas Robine, Waka Lin, Sandrine Bonfils, Vincent Géli, Alain Nicolas (2009 Aug 6)

Histone H3 lysine 4 trimethylation marks meiotic recombination initiation sites.

The EMBO journal : 99-111 : DOI : 10.1038/emboj.2008.257
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