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L'infertilité masculine en dit long sur le brassage génétique

 

En étudiant le locus DPY19L2 associé à une forme rare d'infertilité masculine, des chercheurs du laboratoire Age, imagerie, modélisation (AGIM, CNRS/Université Joseph Fourier) sont parvenus à caractériser le mécanisme de recombinaison homologue non-allélique (NAHR), qui participe au brassage des gènes et à l'évolution des espèces. Ce travail publié dans PLoS Genetics a été effectué en collaboration avec les Hospices civils de Lyon, l'Université Joseph Fourier et le Centre hospitalier de Grenoble.

Les recombinaisons alléliques se produisent entre chromosomes homologues lors de la prophase méiotique. Chez l'Homme, on observe en moyenne trois recombinaisons par chromosome et par méiose. Ce processus contribue de manière importante au brassage génique et au processus d'évolution. Les points de cassures à partir desquels se produisent les recombinaisons ne sont cependant pas répartis de manière uniforme sur les chromosomes. Il existe en effet des points « chauds » de recombinaison, qui sont préférentiellement associés à une séquence consensus minimale de 13 nucléotides. Ce motif est reconnu par PRDM9, une protéine à doigts de zinc qui intervient dans la survenue des cassures doubles brins initiant les processus de recombinaisons (1). Au cours de la recombinaison méiotique, il arrive que des séquences homologues non-alléliques s'apparient et se recombinent, formant ainsi des gamètes porteurs de délétions et/ou de duplications. Ce mécanisme dit de recombinaison homologue non-allélique (NAHR) est à l'origine de nombreuses pathologies humaines.

L'équipe codirigée par Christophe Arnoult et Pierre Ray au laboratoire AGIM s'intéresse aux causes génétiques de l'infertilité. Elle travaille depuis plusieurs années sur la globozoospermie, une forme rare d'infertilité masculine caractérisée par la présence dans l'éjaculat de 100% de spermatozoïdes ronds, dépourvus d'acrosome et ne pouvant donc pas féconder un ovule. Dans de précédents travaux, les chercheurs ont montré que la majorité des hommes atteints par une globozoospermie de type I présentaient une délétion homozygote du gène DPY19L2 (Figure 1) et que cette délétion était générée au cours du mécanisme de NAHR (2,3). Ils ont par ailleurs démontré que DPY19L2 est une protéine de l'enveloppe nucléaire du spermatozoïde qui sert à l'ancrage de l'acrosome sur le noyau (4).

Les chercheurs ont alors étudié la séquence des points de cassure des délétions de la région DPY19L2. Ils ont d'abord mis en évidence qu'un site de reconnaissance PRDM9 était localisé au niveau du point médian de survenue des délétions DPY19L2, confirmant l'importance de ces sites pour l'occurrence des recombinaisons par NAHR. Ils ont ensuite démontré chez trois sujets sains, que les délétions provoquées de novo par les recombinaisons méiotiques au locus DPY19L2 étaient environ trois fois plus fréquentes que les duplications. Ces résultats confirment le modèle théorique du processus de NAHR, qui postule qu'un excès de délétion est toujours produit par NAHR puisque les recombinaisons intra-chromatidiennes ne génèrent que des délétions (Figure 2) alors que les recombinaisons inter-chromatidiennes génèrent simultanément une délétion et une duplication (Figure 3). Mais paradoxalement, l'analyse des chercheurs a révélé que dans la population générale, les duplications de la région DPY19L2 sont deux fois plus fréquentes que les délétions. Ces résultats discordants peuvent s'expliquer par un effet de sélection naturelle à l'encontre des hommes porteurs d'une délétion homozygote (globozoospermes infertiles) et potentiellement des hommes porteurs d'une délétion hétérozygote.

 

Figure : Représentation schématique du mécanisme de recombinaison homologue non-allélique (NAHR) au locus DPY19L2. 1) Le gène DPY19L2 est entouré de deux séquences dupliquées, LCR1 et LCR2, qui présentent 99% d'homologie. Au cours de la prophase méiotique, ces deux séquences homologues non-alléliques peuvent s'apparier et se recombiner par NAHR. 2) Lorsque les deux séquences qui s'apparient sont situées sur une même chromatide, la recombinaison par NAHR génère un gamète dépourvu de la région comprise entre les deux LCR (a) et une molécule d'ADN circulaire qui contient le gène DPY19L2 (b) et qui sera par la suite éliminé. 3) Lorsque les deux séquences qui s'apparient sont situées sur deux chromatides ou chromosomes homologues distincts, la recombinaison par NAHR génère deux gamètes, l'un porteur d'une délétion (a), l'autre d'une duplication (b) de la séquence comprise entre les deux LCR et renfermant le gène DPY19L2. Globalement, le mécanisme de NAHR produit plus de délétions que de duplications puisque le mécanisme de NAHR intra-chromatidien (2) ne génère que des délétions et que le mécanisme de NAHR inter-chromatidien ou inter-chromosomique (3) génère autant de duplications que de délétions. © AGIM, Pierre Ray

 

 

Notes

• (1) PRDM9 variation strongly influences recombination hot-spot activity and meiotic instability in humans, Ingrid Berg, Rita Neumann, Kwan-Wood Lam, Shriparna Sarbajna, Linda Odenthal-Hesse, Célia May, Alec Jeffreys, Nature Genetics (2010), 42(10):859-863, doi:10.1038/ng.658.

• (2) A Recurrent deletion of DPY19L2 causes Infertility in man by blocking sperm head elongation and acrosome formation, Radu Harbuz, Raoudha Zouari, Virginie Pierre, Mariem Ben Khelifa, Mahmoud Kharouf, Charles Coutton, Ghaya Merdassi, Farid Abada, Jessica Escoffier, Yorgos Nikas, François Vialard, Isabelle Koscinski, Chema Triki, Nathalie Sermondade, Thérèse Schweitzer, Amel Zhioua, Fethi Zhioua, Habib Latrous, Lazhar Halouani, Marrakchi Ouafi, Mounir Makni, Pierre-Simon Jouk, Bernard Sèle, Sylviane Hennebicq, Véronique Satre, Stéphane Viville, Christophe Arnoult, Joël Lunardi, Pierre Ray, American Journal of Human Genetics (2011), 88(3):351-61, doi:10.1016/j.ajhg.2011.02.007.

• (3) MLPA and sequence analysis of DPY19L2 reveals point mutations causing globozoospermia, Coutton Charles, Zouari Raoudha, Abada Farid, Ben Khelifa Mariem, Merdassi Ghaya, Triki Chema, Escalier Denise, Hesters Laetitia, Mitchell Valérie, Levy Rachel, Sermondade Nathalie, Boitrelle Florence, Vialard François, Satre Véronique, Hennebicq Sylviane, Jouk Pierre-Simon, Arnoult Christophe, Lunardi Joël, Ray Pierre, Human Reproduction (2012), 27(8):2549-2558, doi: 10.1093/humrep/des160.

• (4) Absence of Dpy19l2, a new inner nuclear membrane protein, causes globozoospermia in mice by preventing the anchoring of the acrosome to the nucleus, Virginie Pierre, Guillaume Martinez, Charles Coutton, Julie Delaroche, Sandra Yassine, Caroline Novella, Karin Pernet-Gallay, Sylviane Hennebicq, Pierre Ray, Christophe Arnoult, Development (2012), 139(16):2955-2965, doi:10.1242/dev.077982.
  

 

En savoir plus

• Fine characterisation of a recombination hotspot at the DPY19L2 locus and resolution of the paradoxical excess of duplications over deletions in the general population, Charles Coutton, Farid Abada, Thomas Karaouzene, Damien Sanlaville, Véronique Satre, Joël Lunardi, Pierre-Simon Jouk, Christophe Arnoult, Nicolas Thierry-Mieg, Pierre Ray, PLoS Genetics (2013), 9(3):e1003363, doi:10.1371/journal.pgen.10033.

 

Contact chercheur

• Pierre Ray
  Age, imagerie, modélisation (AGIM),
  FRE3405 CNRS/Université Joseph Fourier
  Université Joseph Fourier - Faculté de Médecine
  Bâtiment Jean Roget
  38706 La Tronche Cedex