1 résultat

DMC1 et RAD51, protéines partenaires de la recombinaison méiotique

La recombinaison méiotique, qui assure fertilité et diversité génétique chez les eucaryotes, nécessite la présence de deux recombinases, DMC1 et RAD51. Tandis que la première catalyse le mécanisme de recombinaison, la seconde est inactive mais tient un rôle de supporter particulièrement important. Ces deux protéines sont très complémentaires et ne peuvent donc agir séparément. Ce travail a été publié dans PLoS Genetics par des chercheurs du laboratoire Génétique, reproduction et développement (GReD, CNRS/Inserm/Université Blaise Pascal/Université d'Auvergne).

La méiose est une division cellulaire spécialisée, dont l'objectif est de diviser par deux la ploïdie des cellules lors de la formation des gamètes essentiels à la reproduction sexuée chez les eucaryotes. Afin que chaque gamète possède le bon nombre de chromosomes, les chromosomes homologues paternels et maternels doivent s'apparier puis se séparer de façon coordonnée. Ceci nécessite la reconnaissance et l'établissement de liens physiques entre les paires de chromosomes, phénomènes assurés par la recombinaison chez la majorité des espèces. La recombinaison génère également des échanges génétiques, ou crossing over, entre les deux homologues, produisant ainsi de nouvelles combinaisons alléliques au sein de la génération suivante. La recombinaison méiotique est donc essentielle à la fois à la formation de gamètes fonctionnels, c'est-à-dire à la fertilité, et à la création de nouvelles combinaisons alléliques à l'origine d'une grande partie de la diversité génétique.

Au niveau moléculaire, la recombinaison homologue permet de réparer les cassures double-brins de l'ADN. Produites accidentellement dans toutes les cellules, ces cassures sont spécifiquement induites au début de la méiose. Leur réparation nécessite la reconnaissance et l'invasion d'un ADN matrice par les extrémités de l'ADN cassé. Chez les eucaryotes, cette étape est catalysée par les protéines recombinases RAD51 et DMC1. La présence de ces protéines est indispensable à la recombinaison méiotique et l'absence de l'une d'elles suffit à provoquer la stérilité, voire la létalité, notamment dans le cas de RAD51. La recombinase DMC1 n'est observée que dans les cellules méiotiques et il est supposé que c'est sa présence qui confère à la recombinaison méiotique sa spécificité.

Pour comprendre le rôle de la recombinase RAD51, les chercheurs du GReD ont fabriqué une protéine de fusion, RAD51-GFP, permettant de suivre en temps réel la recombinaison homologue chez Arabidopsis thaliana. Chez les plantes qui n'expriment pas le gène rad51, cette protéine complémente parfaitement la fragmentation des chromosomes méiotiques et la stérilité. Mais de manière étonnante, et malgré le fait qu'elle soit capable de se fixer aux cassures de l'ADN où elle forme des nucléofilaments, RAD51-GFP est dépourvue d'activité catalytique. Cette apparente contradiction a été résolue en démontrant que RAD51-GFP joue un rôle essentiel de soutien à l'activité de DMC1, et ceci sans générer d'effet sur le taux de recombinaison observé. Ainsi, la formation de nucléofilaments RAD51, même inactifs, est nécessaire à la réparation des cassures double-brin, mais la réparation et le crossing-over sont catalysés par DMC1.

Ces résultats concordent avec ceux récemment obtenus chez la levure pour le mutant rad51-II3A (*). Les effets observés s'appliquent donc à deux espèces présentant pourtant un rapport des nombres de cassures double-brin et de crossing-over très différent, suggérant leur généralisation à l'ensemble des organismes eucaryotes. Ces travaux encouragent donc à recadrer les réflexions sur les rôles respectifs des protéines RAD51 et DMC1 dans l'invasion de la matrice homologue, qui est au cœur de toute discussion sur les spécificités de la recombinaison méiotique et de son rôle essentiel dans la fertilité et la variabilité génétique.

Figure : Restauration de la fertilité de la plante mutante rad51 par la protéine RAD51-GFP dépourvue d'activité catalytique. Cette restauration dépend de la présence de la recombinase DMC1. © PLoS Genetics (2013)



Notes :

  • (*) Rad51 is an accessory factor for Dmc1-mediated joint molecule formation during meiosis, Veronica Cloud, Yuen-Ling Chan, Jennifer Grubb, Brian Budke, Douglas Bishop, Science (2012), 337(6099) :1222-1225, doi:10.1126/science.1219379.

Références :

  • Meiotic recombination in Arabidopsis is catalysed by DMC1, with RAD51 playing a supporting role, Olivier Da Ines, Fabienne Degroote, Chantal Goubely, Simon Amiard, Maria Gallego, Charles White,PLoS Genetics (2013), 9(9):e1003787, doi:10.1371/journal.pgen.1003787.

Contacts :

  • Charles White
    Génétique, reproduction et développement (GReD)
    UMR6293 CNRS/Inserm/Université Blaise Pascal/Université d'Auvergne
    Université Blaise Pascal – BP80026
    63171 Aubière Cedex