Recombinaison et instabilité génétique

Alain Nicolas

Alain Nicolas Manager de plateforme

Notre groupe vise à identifier et caractériser les processus biologiques qui maintiennent l’intégrité du génome et qui assurent la fidèle transmission de l’information génétique lors de la reproduction, ainsi que des événements endogènes et exogènes qui améliorent l’instabilité du génome. Nous concentrons notre travail sur deux situations biologiques dans lesquelles les cassures des doubles brins de l’ADN (DSBs) se forment dans le bourgeonnement de la levure Saccharomyces cerevisiae.

Figure 1: Genome-wide 'ChIP-chip' map of the DNA double-strand breaks induced by Spo11 in the wild type (SET1) and histone H3-K4 methyl transferase mutant (set1) strains.
Figure 1: Genome-wide ‘ChIP-chip’ map of the DNA double-strand breaks induced by Spo11 in the wild type (SET1) and histone H3-K4 methyl transferase mutant (set1) strains.

Tout d’abord, nous étudions l’échange de matériel génétique par recombinaison qui se produit entre les chromosomes parentaux pendant la méiose de la levure. En utilisant de larges méthodes moléculaires du génome, nous avons pu montrer que chaque chromosome de levure a une carte unique de DSB méiose avec une alternance de domaines «chauds» et «froids» où la recombinaison se produit plus ou moins fréquemment, et en corrélation avec la région enrichie de l’histone H3-K4 triméthylation, (figure 1). Nous avons récemment identifié la protéine SPP1, un membre du complexe COMPASS, comme liant méthylation des histones à la protéine Mer2, une protéine essentielle de l’axe chromosomiques différenciées nécessaires à la formation ORD.

Figure 2: Genetic control and mechanisms of minisatellite rearrangements.
Figure 2: Genetic control and mechanisms of minisatellite rearrangements.

En outre, nous avons développé une protéine de fusion Gal4-Spo11, qui nous permet de modifier les sites de l’ADN de clivage habituels le long des chromosomes et diversifié cette méthode pour cibler différentes régions du génome de la levure. Cette méthode pour modifier les profils de recombinaison méiotique a été autorisé à Myogenix à tester dans les plantes et les souris.

Deuxièmement, nous étudions les mécanismes de l’instabilité du génome et la mutagenèse. Nous avons établi le paysage mutationnel de plusieurs souches de levure mutantes en utilisant des méthodes de séquençage et de la bioinformatique prochaine génération pour identifier les variantes. Nous étudions également l’instabilité de tandem séquences répétées d’ADN humain (minisatellites) inséré dans le génome de la levure.

Dans le génome de S. cerevisiae, comme dans le génome humain, en tandem des séquences répétées d’ADN minisatellites sont instables au cours de la méiose où elles peuvent subir une expansion et / ou la contraction du nombre de répétitions en tandem. Pour étudier le mécanisme (s) d’instabilité tandem répétition sous-jacente, nous avons introduit deux CEB1 et CEB25 allèles minisatellites humain dans le génome de S. cerevisiae. Nous avons constaté que la délétion du gène Rad27 / FEN1, qui est impliquée dans la réplication de l’ADN et la réparation, provoque une forte instabilité de l’allèle CEB1-1.8 dans les cellules en croissance mitotique, ce qui indique que les défauts de réplication déstabilisent ces séquences répétées. Elle donne lieu à une grande variété de variantes de longueur dues à la dilatation et la contraction des unités de répétition. Nous avons également trouvé que la stabilité mitotique des CEB1 dépend de l’activité de l’hélicase Pif1. In vitro et in vivo ont démontré que des analyses de séquences répétées en CEB1 formées G-quadruplex (G4) des structures secondaires stables et que la protéine Pif1 dévide ces structures efficacement. Ceci a été confirmé en utilisant les PhenDCs G4-quadruplex ligands développés par le groupe de M-P. Teulade-Fichou (Institut Curie, Orsay); Ces molécules spécifiquement déstabilisés CEB1 dans les cellules traitées de type sauvage et ont donné CEB1 réarrangements similaires à celles des cellules pif1D. Mécaniquement, l’instabilité de CEB1 se produit lors de la réplication avant-brin. Les étapes conduisant à des réarrangements CEB1 sont illustrés sur la figure 2. La formation de CEB1 G-quadruplex stimule également réarrangements chromosomiques bruts.

Nous poursuivons actuellement une analyse structure-fonction de l’CEB1 et CEB25 G-quadruplex sur la mutagenèse des voies de guanine et régions de boucle. Nous avons constaté que de courtes boucles conduit à plus thermodynamiquement stable G-quadruplex, en corrélation avec leur instabilité plus élevée in vivo.

 

Publications clés

Année de publication : 2014

Michael Adrian, Ding Jie Ang, Christopher J Lech, Brahim Heddi, Alain Nicolas, Anh Tuân Phan (2014 Apr 17)

Structure and conformational dynamics of a stacked dimeric G-quadruplex formed by the human CEB1 minisatellite.

Journal of the American Chemical Society : 6297-305 : DOI : 10.1021/ja4125274
Alexandre Serero, Claire Jubin, Sophie Loeillet, Patricia Legoix-Né, Alain G Nicolas (2014 Jan 21)

Mutational landscape of yeast mutator strains.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : 1897-902 : DOI : 10.1073/pnas.1314423111

Année de publication : 2012

Laurent Acquaviva, Lóránt Székvölgyi, Bernhard Dichtl, Beatriz Solange Dichtl, Christophe de La Roche Saint André, Alain Nicolas, Vincent Géli (2012 Nov 15)

The COMPASS subunit Spp1 links histone methylation to initiation of meiotic recombination.

Science (New York, N.Y.) : 215-8 : DOI : 10.1126/science.1225739
Aurèle Piazza, Alexandre Serero, Jean-Baptiste Boulé, Patricia Legoix-Né, Judith Lopes, Alain Nicolas (2012 Jun 7)

Stimulation of gross chromosomal rearrangements by the human CEB1 and CEB25 minisatellites in Saccharomyces cerevisiae depends on G-quadruplexes or Cdc13.

PLoS genetics : e1003033 : DOI : 10.1371/journal.pgen.1003033

Année de publication : 2011

Judith Lopes, Aurèle Piazza, Rodrigo Bermejo, Barry Kriegsman, Arianna Colosio, Marie-Paule Teulade-Fichou, Marco Foiani, Alain Nicolas (2011 Jun 28)

G-quadruplex-induced instability during leading-strand replication.

The EMBO journal : 4033-46 : DOI : 10.1038/emboj.2011.316
toutes les publications