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Première analyse systématique chez les plantes du réseau d'interactions formé par les protéines d'initiation de la recombinaison : un modèle renouvelé

Cette étude représente une étape importante vers la clarification de la cascade d'évènements survenant durant cette étape cruciale de la reproduction.

Au cours de la reproduction sexuée, les cellules mères des gamètes sont soumises à rude épreuve puisque leur matériel génétique ne peut être transmis correctement sans endurer un nombre exorbitant de lésions (plusieurs centaines de cassures double brin (CDB) de leur ADN par cellule). La plante modèle Arabidopsis thaliana fait partie des rares eucaryotes chez lesquels des cribles à grande échelle ont pu être menés, donnant accès à un grand nombre, si ce n'est la totalité, des acteurs de la voie de formation des cassures. L'équipe de Mathilde Grelon (MeioMe), en collaboration avec l'équipe de Peter Schlögelhofer de l'Université de Vienne, a saisi cette opportunité pour réaliser une analyse systématique des interactions biochimiques, génétiques et cytogénétiques des acteurs de la voie. Les résultats obtenus permettent de mieux comprendre comment les cassures de l'ADN sont réalisées sans compromettre l'intégrité du patrimoine génétique.

Les mécanismes de formation des CDB méiotiques ainsi que les régulations en jeu sont encore très largement inconnus, même s'il apparait désormais clair que le complexe catalytique responsable (formé des protéines SPO11-1, SPO11-2 et MTOPVIB) présente de fortes similarités avec certaines topoisomérases 1 & 2. De façon à comprendre comment est régulé l'association et l'activation du complexe catalytique de formation des CDBs, les interactions biochimiques et génétiques existant non seulement entre les protéines de formation des CDB, mais aussi entre ces protéines et d'autres composants de la machinerie cellulaire méiotique (axe des chromosomes, protéines de réparation de l'ADN etc...) ont été étudiées.

Les analyses ont montré que :
> Les protéines de cassures sont organisées en plusieurs sous-complexes.
> La protéine MTOPVIB occupe un rôle central puisqu'elle est non seulement requise pour l'assemblage du complexe catalytique 2 mais aussi pour recruter le complexe catalytique sur l'axe des chromosomes et établir un lien avec les protéines régulatrices de l'activité.
> Parmi les protéines de cassures, PRD3, occupe un rôle régulateur crucial puisqu'elle assure la transition entre la formation et la réparation des CDB.
> Enfin, nos analyses ont mis au jour des divergences évolutives drastiques pour plusieurs des protéines étudiées.

Ces travaux représentent une nouvelle étape vers la compréhension des mécanismes d'initiation de la recombinaison méiotique. Ils permettent de différencier les fonctions catalytiques des fonctions régulatrices et d'envisager une reconstruction in vivo et in vitro de l'activité de formation des CDBs.

La carte génétique (sites et taux de formation des crossovers) est en grande partie dessinée par la carte des CDB méiotiques. En conséquence, la caractérisation détaillée des mécanismes en jeu lors de l’initiation de la recombinaison méiotique (nature du complexe, régulation de l’assemblage du complexe et régulation de son activité) est un prérequis indispensable à la mise au point de stratégies de modification de la distribution des évènements de recombinaison. 

Références bibliographiques :
1 Robert T, Vrielynck N, Mézard C, de Massy B, Grelon M (2016) A new light on the meiotic DSB catalytic complex. Semin Cell Dev Biol 54: 165–76
2 Vrielynck N, Chambon A, Vezon D, Pereira L, Chelysheva LA, De Muyt A, Mézard C, Mayer C, Grelon M (2016) A DNA topoisomerase VI-like complex initiates meiotic recombination. Science 351: 939–43 


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Première analyse systématique chez les plantes du réseau d'interactions formé par les protéines d'initiation de la recombinaison : un modèle renouvelé

Voir figure grand format ci-dessous
Légende : protéines nécessaires à la formation des CDB qui initient la recombinaison méiotique sont associées en sous-complexes distincts. La plupart des protéines de formation des CDB sont chargées sur l'axe des chromosomes indépendamment les unes des autres. Parmi ces dernières, la protéine MTOPVIB occupe un rôle central puisque (i) elle assure le recrutement à l'axe des sous-unités catalytiques (SPO11-1 et SPO11-2) (ii) elle permet l'assemblage du complexe catalytique et enfin (iii) elle établit une connexion entre les sous-unités catalytiques et les protéines régulatrices.

Fait marquant scientifique IJPB

Publication associée :
Vrielynck N, Schneider K, Rodriguez M, JSims J, Chambon A, Hurel A, De Muyt A, Ronceret A, Krsicka O, Mézard C, Schlögelhofer P, Grelon M. Conservation and divergence of meiotic DNA double strand break forming mechanisms in Arabidopsis thaliana. Nucleic Acids Research 2021, 49;7: 9821–9835. doi:0.1093/nar/gkab715