Régulation transcriptionnelle et entrée en méiose

par Laura Bellutti

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé. Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Gabriel Livera.

Le président du jury était Julien Dumont.

Le jury était composé de Gabriel Livera, Julien Dumont, Bernard de Massy, Soazik Jamin, Julie Cocquet, Norbert Ghyselinck.

Les rapporteurs étaient Bernard de Massy, Soazik Jamin.


  • Résumé

    La méiose est un processus hautement conservé, central dans la reproduction sexuée, permettant la production de cellules haploïdes à partir des cellules germinales diploïdes. Chez les mammifères l’entrée en méiose est étroitement régulée et dépendante du sexe : elle a lieu au cours de la vie fœtale chez la femelle et pendant la vie post-natale chez le mâle. À l’heure actuelle, l’acide rétinoïque (AR) est considéré comme le principal régulateur de l’entrée en méiose : il induirait l’expression de Stra8 (Stimulated by the retinoic acid gene 8), facteur transcriptionnel clé de la transition mitose/méiose. Dans les testicules fœtaux, CYP26B1, enzyme capable de cataboliser l’AR, inhibe l’expression de Stra8 et l’entrée en méiose. Cependant, il n’existe pas de preuve définitive du rôle de l’AR endogène dans l’initiation de la méiose. Nous avons donc tenté de clarifier l’implication de l’AR dans la régulation de Stra8 en vie fœtale. Pour cela nous avons développé une méthode de surexpression ex vivo des enzymes CYP26B1 et CYP26A1, une autre enzyme avec une activité catalytique de l’AR. Nous montrons que CYP26B1 est suffisant pour inhiber STRA8 dans l’ovaire fœtal, indépendamment de la voie de signalisation de l’AR. Nous proposons ainsi que l’AR agisse dans l’amplification de Stra8 plutôt que dans son induction primaire. Récemment deux autres facteurs ont été caractérisés pour leur rôle clé dans la régulation de la transition mitose/méiose au niveau post-transcriptionnel : MEIOC et son partenaire YTHDC2. Nous avons effectué une analyse des mutants Stra8, Meioc et Ythdc2, qui révèlent de nombreuses similarités. Nous émettons donc l’hypothèse de l’existence d’un continuum entre la régulation transcriptionnelle (par STRA8) et post-transcriptionnelle (par MEIOC/YTHDC2) en début de méiose. En outre, la double-invalidation de Stra8 et Meioc ne prévient pas l’entrée en méiose de quelques rares spermatocytes. Nous suggérons donc l’existence de facteurs additionnels, encore à découvrir, contrôlant la transition mitose/méiose.Enfin, nous montrons qu’au moment de la transition mitose/méiose les spermatocytes I sont trancriptionnellement silencieux. Cette répression transcriptionnelle est en partie régulée par Stra8 mais elle est indépendante des évènements clés de la prophase I : cassures double brin, synapsis des chromosomes homologues, changements de la structure chromatinienne. En exploitant une méthode de synchronisation de la spermatogenèse et en immunoprécipitant les ARN néotranscrits, nous avons alors caractérisé le paysage de la transcription en début de méiose pour la première fois. Nous mettons ainsi en évidence des évènements de stabilisation/déstabilisation des ARN ayant lieu au cours de la prophase I. Ces travaux ont donc mis en lumière le haut degré de complexité caractérisant l’entrée en méiose des cellules germinales. Cette dernière est régulée par plusieurs facteurs, dont certains demeurent encore inconnus, aux niveaux transcriptionnel et post-transcriptionnel.

  • Titre traduit

    [Transcriptional regulation and entry into meiosis]


  • Résumé

    Meiosis is a conserved process, allowing the production of haploid germ cells. In mammals, entry into meiosis is sexually dichotomic, taking place during fetal life in ovaries and during postnatal life in testes. In fetal ovaries, Retinoic Acid (RA) is believed to activate Stra8 (Stimulated by the retinoic acid gene 8), a key factor of mitosis/meiosis transition. In fetal testes, CYP26B1, a RA-metabolising enzyme, prevents Stra8 expression. However, the exact role of endogenous RA remains uncertain.The first objective of my work was to clarify the function of endogenous RA in meiotic initiation. For this purpose, we created a model of artificial RA deficiency by ex vivo electroporation of fetal gonads with plasmids encoding Cyp26b1 or Cyp26a1, two RA-metabolising enzymes. We observed that ectopic CYP26B1 is sufficient to prevent STRA8 appearance in germ cells from fetal ovaries. In contrast, overexpression of CYP26A1 only mildly affects the expression of Stra8 mRNA. We thus conclude that CYP26B1 acts independently of RA signalling pathway on meiotic initiation. We propose a two-step model with first a RA-independent Stra8 induction, followed by its RA-dependent amplification.Recently, MEIOC and YTHDC2 have been caracterised as key post-transcriptional regulators of mitosis/meiosis transition. Here, we compare the phenotypes of Stra8, Meioc and Ythdc2 mutant mice Their high similarity prompt us to hypothesise a continuity between transcriptional and post-transcriptional regulations. In parallel, we show that double invalidation of Stra8 and Meioc does not completely prevent meiotic initiation. Thus, we hypothesise the existence of other unknown mitosis/meiosis regulators.Finally, we characterised a genome wide arrest of transcription taking place during mitosis/meiosis transition. This transcriptional silencing is partly dependent of Stra8 but is independent of other key events of meiotic prophase I: double-strand breaks, homologous chromosome synapsis, axe-loop chromosome structure. We took advantage of a spermatogenesis synchronisation protocol and nascent RNA immunoprecipitation, to characterise the transcriptional landscape of early-meiotic germ cells. This highlighted stabilization and destabilization phemomena taking place during prophase I. As a whole, we show the high complexity level of meiosis initiation, which has to be finely regulated by the orchestration of transcriptional and post-transcriptional events.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 13-09-2022

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