SPO11 : une activité de coupure de l’ADN indispensable à la méiose

Abstract

ments non réciproques, et des crossing-over. L'étape de cassure est déterminante, puisqu'elle provoque une lésion dans l'ADN (ce qui peut être dangereux pour la cellule) et qu'elle conditionne la fréquence et la distribution des événe-ments de recombinaison. Elle est sous la dépendance de plusieurs gènes dont la fonction est dans la plupart des cas encore inconnue. En 1997, la fonction de l'un d'entre eux a été identifiée: il s'agit du gène codant pour la protéine Spo11, dont la fonction proposée est de catalyser la formation de ces CDB.Spo11: un mutant de sporulation chez S. cerevisiae déficient pour le déclenchement de la recombinaison méiotique Spo11, un mutant de S. cerevisiae isolé en 1969, est caractérisé par une anomalie de la méiose qui conduit à la formation de spores non viables [2]. Dans les mutants nuls spo11∆ (délétion du gène), aucune cassure double-brin méiotique n'est détectée [3], d'où une absence de recombinaison qui a pour conséquences une ségrégation aléatoire des chromosomes à la première division et un contenu chromosomique anormal dans la majorité des spores. À ce stade, un rôle aussi bien direct qu'indirect pouvait être envisagé pour Spo11 dans l'étape de formation des CDB.En première division de méiose, chaque paire de chromosomes homologues est connectée par au moins un événe-ment de recombinaison réciproque, ou crossing-over, visible au microscope sous forme de chiasma. Ces événe-ments d'échanges, produits en prophase, sont essentiels pour la ségrégation réductionnelle des chromosomes homologues: en l'absence de recombinaison méiotique, la ségrégation des chromosomes est en effet altérée, ce qui conduit en général à la formation de gamètes au contenu chromosomique anormal, et donc à une stérilité. Au niveau moléculaire, il a été montré chez Saccharomyces cerevisiae ( 213> La recombinaison entre chromosomes homologues est un processus essentiel dont le rôle mécanique est d'assurer la ségrégation réduc-tionnelle des chromosomes lors de la première division de méiose. La protéine Spo11 est responsable du déclenchement de la recombinaison méiotique par formation de cassures double-brin de l'ADN, et cette activité est apparentée à celle des ADN topo-isomérases de type II. Spo11 et sa fonction ont été conservées au cours de l'évolu-tion, de la levure à l'homme: chez tous les eucaryotes testés, les mutants spo11 sont déficients pour la recombinaison méiotique et ont une fertilité réduite, voire nulle. Cette stérilité reflète selon les cas un dysfonctionnement de la ségré-gation des chromosomes ou un arrêt de la diffé-renciation germinale. L'étude phénotypique des différents mutants met en évidence un ensemble de régulations complexes entre la recombinaison et d'autres événements de la prophase de méiose, tels que l'appariement des chromosomes et le contrôle du cycle cellulaire méiotique. < Article disponible sur le site

TopoVIL

“…L'implication directe de Spo11 dans la formation de ces CDB repose sur deux études indépendantes réalisées, ensuite, en 1997. Dans la première, il a été montré que la protéine Spo11 était l'homologue de la sous-unité catalytique (A) de la topoisomérase TopoVI de l'archée 1 Sulfolobus shibatae (TopoVIA). Les auteurs de cette étude ont, de plus, montré que la tyrosine catalytique de TopoVIA était conservée dans la séquence de Spo11 et ont démontré, par mutagenèse dirigée, que cette tyrosine était essentielle à la formation des CDB méiotiques chez la levure [7].…”

“…La formation de ces cassures est programmée en début de prophase I et plusieurs protéines sont nécessaires à leur apparition. En particulier, il a été proposé, en 1997, que la protéine Spo11 catalyse leur formation (Figure 1) [1] (➜). Spo11 est une protéine conservée, homologue de la sous-unité catalytique (appelée A) des topoisomérases TopoVI : la TopoVIA.…”

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

“…Au contraire, ils sont concentrés dans des intervalles de 1 à 2 kilobases, appelés points chauds de crossing-over, séparés les uns des autres par des régions de quelques dizaines de kilobases. Au niveau molé-culaire, la recombinaison méiotique est déclenchée par des cassures double-brin de l'ADN dont la formation est catalysée par la protéine SPO11 [11], et qui sont réparées par recombinaison avec le chromosome homologue. Les sites préférentiels de formation de cassures double-brin par SPO11 sont donc des points chauds de recombinaison.…”

Déterminants de la carte génétique

“…La théorie chromosomique des gènes a été validée par la suite, ainsi que la correspondance entre les réassociations de gènes et les échanges chromosomiques [4]. L'étude des événements de recombinaison méiotique s'est dévelop-pée chez de nombreux organismes par des approches diverses qui ont révélé une forte conservation évolutive des mécanismes impliqués : les crossing-over résultent d'une induction programmée de cassures double brin de l'ADN (CDB) catalysées par la protéine Spo11 [5], suivie de leur réparation par recombinaison avec le chromosome homologue (Figure 1). La localisation des événements de recombinaison peut être analysée soit par la cartographie moléculaire des extrémités des CDB chauds, la chromatine est constitutivement ouverte [11,12].…”