PRDM9 Is a Major Determinant of Meiotic Recombination Hotspots in Humans and Mice

Abstract

Meiotic recombination events cluster into narrow segments of the genome, defined as hotspots. Here, we demonstrate that a major player for hotspot specification is the Prdm9 gene. First, two mouse strains that differ in hotspot usage are polymorphic for the zinc finger DNA binding array of PRDM9. Second, the human consensus PRDM9 allele is predicted to recognize the 13-mer motif enriched at human hotspots; this DNA binding specificity is verified by in vitro studies. Third, allelic variants of PRDM9 zinc fingers are significantly associated with variability in genome-wide hotspot usage among humans. Our results provide a molecular basis for the distribution of meiotic recombination in mammals, where the binding of PRDM9 to specific DNA sequences targets the initiation of recombination at specific locations in the genome.

Identification d’une protéine-clé pour le contrôle des sites de recombinaison méiotique

“…Les doigts de zinc sont des éléments capables de lier des séquences spéci-fiques d'ADN qui peuvent être prédi-tes dans une certaine mesure d'après l'identité des acides aminés présents à trois positions importantes sur chaque doigt de zinc. De façon remarquable, l'allèle wm7 de Prdm9 diffère de l'allèle de la lignée de souris de référence (C57BL/6J) spé-cifiquement au niveau des séries de doigts de zinc, de telle manière que l'on peut prédire que les deux formes de PRDM9 reconnaissent des séquences d'ADN différentes [8]. Ces observations nous ont conduits à proposer que la fixation de PRDM9 sur des motifs spé-cifiques de séquence d'ADN permet la triméthylation de H3K4 sur les nucléo-somes les plus proches et favorise localement l'initiation de la recombinaison selon un mécanisme qui n'a pas encore été défini ( Figure 1B).…”

“…De manière frappante, la séquence d'ADN dont on peut anticiper qu'elle sera reconnue par cette série de doigts de zinc contient le 13-mère associé aux points chauds de crossingover identifiés par l'analyse de la diversité génétique dans des populations humaines. Nous avons confirmé in vitro la fixation spécifique de PRDM9 à un fragment d'ADN double-brin contenant ce motif [8]. Une analyse génétique corrélant la position des sites de crossing-over dans le génome avec l'allèle de PRDM9 présent nous a permis de démontrer l'implication de PRDM9 dans le choix des sites de crossing-over.…”

“…Chez les individus portant l'allèle I de PRDM9, seuls 20 % des crossing-over ont lieu dans les points chauds identifiés par l'analyse de la diversité génétique. Cette différence spectaculaire dans le choix des sites de crossing-over est très significative (p < 10 -11 ) et permet de conclure que les doigts de zinc de PRDM9 jouent un rôle majeur pour déterminer la position des crossing-over chez l'homme [8].…”

Comment sont choisis les sites d’échanges entre chromosomes lors de la méiose ?

“…En plus du domaine responsable de son activité d'histone méthyltransférase, la protéine PRDM9 contient un domaine carboxy-terminal constitué d'une série de doigts de zinc de type C2H2 se succé-dant en tandem ( Figure 1A). [5]. Les travaux présentés ci-dessus montrent que, aussi bien chez l'homme que chez la souris, PRDM9 est un acteur majeur du contrôle de la position des crossing-over.…”

“…formes de PRDM9 [5]. En construisant des souris transgéniques, nous avons démontré le rôle essentiel des doigts de zinc de PRDM9 pour déterminer la position des points chauds : la forme PRDM9 wm7 introduite dans la lignée b se fixe sur des motifs de séquence d'ADN trouvés au centre de points chauds spécifiques de la lignée wm7, induit la triméthylation de H3K4 sur les nucléo-somes les plus proches et active la recombinaison au niveau de ces sites [6].…”