La méiose est une étape de la différenciation germinale qui permet la formation des gamètes. Elle est composée de deux divisions successives. La ségrégation des chromosomes homologues à la première division nécessite des connexions entre homologues, mises en place par des événements de crossing-over (CO). Les CO augmentent également la diversité génétique, et leur fréquence et leur distribution sont étroitement régulées. Ils sont générés par un mécanisme de formation et réparation de cassures double brins de l'ADN (CDBs), catalysées par la protéine SPO11 et préférentiellement localisées dans des régions de 1-2 kb appelées points chauds de recombinaison méiotique. Une question majeure est de comprendre comment sont régulés ces CO, ce qui détermine leur fréquence et leur distribution, car toute altération de cette régulation peut conduire à des anomalies chromosomiques graves.Dans ce travail de thèse, pour la première fois chez les mammifères, nous avons montré que des modifications de la chromatine sont associées à l'initiation de la recombinaison méiotique (formation des CDBs par SPO11). Ces résultats ont été obtenus par des analyses d'immunoprécipitation de chromatine (ChIP) sur des spermatocytes purifiés ou non, isolés de différentes lignées de souris. Une des modifications associées à l'activité de deux points chauds testés est la triméthylation de la lysine 4 de l'histone H3 (H3K4Me3). Une analyse fonctionnelle et temporelle de cette modification a permis de montrer qu'elle ne dépend pas de SPO11 et apparaît avant la formation de CDBs. Nous avons montré ici que c'est la protéine PRDM9, récemment identifiée comme un déterminant majeur des points chauds de recombinaison chez les mammifères et possédant une activité méthyltransférase, qui appose H3K4Me3. Nous proposons un modèle où H3K4Me3 et d'autres caractéristiques inconnues constitueraient un substrat pour la machinerie d'initiation et recruteraient SPO11 en des points précis du génome, qui deviendront des points chauds. / Meiosis is a specialized cell division to produce haploid gametes from a diploid cell. It segregates parental genomes by two successive divisions. The faithful segregation of homologous chromosomes is achieved during the first unique division via formation of crossovers (COs). COs establish physical connections between homologs by the reciprocal exchange of genetic material and require the formation and subsequent repair of SPO11-dependent DNA double-strand breaks (DSBs). Studies in many organisms revealed that COs are distributed in highly localized regions (1-2Kb) of genomes called recombination hotspots. The mechanisms of COs regulation are elusive and a main question in the field is to understand how the frequency and distribution of CO are regulated, because either absence or defects of recombination can lead to aneuploidy or reduced fertility. In the present study, for the very first time in mammals, we investigate whether recombination hotspots are associated with any chromatin modifications. We performed chromatin immunoprecipitation (ChIP) on spermatocytes isolated from different mice strains harbouring either active or inactive hotspots. Comparison of hot and cold spots revealed that a specific histone modification i.e. trimethylation of the lysine 4 of histone H3 (H3K4Me3) is enriched at two tested hotspots in mice. Temporal and functional analysis show that H3K4Me3 is not dependent on SPO11 and appears before DSBs formation. Furthermore, we demonstrate here that H3K4Me3 is methylated via the histone methyltransferase activity of PRDM9, recently identified as a major determinant of recombination hotspots in mammals. We propose a model that H3K4Me3 and other unknown chromatin features may specify recruitment of SPO11 initiation machinery to initiate meiotic recombination at the hotspots.

BRDT et la réorganisation de la chromatine au cours de la spermatogénèsePendant la spermiogenèse, phase haploïde de la gamétogenèse mâle, le génome mâle subit une réorganisation majeure, durant laquelle la plupart des histones sont enlevées et remplacées par les protéines de transition (TP) et les protamines. Ce processus conduit à la compaction extrême du génome mâle au sein du noyau du spermatozoïde.Dans les spermatides allongées, les histones sont hyperacetylées juste avant leur éviction. Nous avons émis l'hypothèse que cette acétylation massive des histones pourrait être un signal pour l'enlèvement des histones et le recrutement de la machinerie de remodelage de la chromatine. BRDT est une protéine spécifique du testicule, appartenant à la famille BET, qui possède deux bromodomaines capables de reconnaitre les histones acétylées et qui a la capacité unique de compacter la chromatine hyperacétylée (Pivot-Pajot et al., 2003). Le premier bromodomaine de BRDT apparait crucial pour ces fonctions (Morinière et al., 2009). Les souris porteuses d'une délétion du premier bromodomaine de BRDT, BD1, présentent une stérilité des mâles associée à des anomalies survenant lors de la spermiogenèse (Shang et al, 2007). Nous avons pu caractériser la fonction physiologique du premier bromodomaine de BRDT et montrer son rôle crucial dans le remplacement des histones hyperacétylées par les TP et les protamines au cours de la spermiogenèse.Afin d'explorer les fonctions potentielles des autres domaines de BRDT, nous avons étudié des souris ayant une invalidation génétique complète de Brdt. Cette perte de BRDT engendre aussi une stérilité mâle, mais le phénotype montre une absence totale de cellules post-méiotiques. Enfin, un troisième modèle de souris a été obtenu suite à notre tentative de produire des souris porteuses d'une version tagguée de la protéine. L'exploration de ces modèles a permis de démontrer un rôle de BRDT, indépendant de la présence de BD1, dans la régulation du programme d'expression des gènes lors de l'entrée en méiose.BRDT possède à la fois une fonction méiotique et post-méiotique avec l'implication de différents domaines protéiques. / Involvement of BRDT in chromatin reorganization during spermatogenesisDuring spermiogenesis, the haploid phase of male gametogenesis, the male genome undergoes a major chromatin reorganization, during which most histones are removed and replaced by transition proteins (TP) and protamines. This process led to the extreme compaction of the genome in the male sperm nucleus.In elongating spermatids, histones are hyperacetylated just before their eviction. We have hypothesized that acetylation of histones mass could be a signal for the removal of histones and recruitment of chromatin remodeling machinery. BRDT is a testis-specific protein, xhich belongs to the BET family, which has two bromodomains able to recognize acetylated histones and has the unique ability to compact hyperacetylated chromatin (Pivot-Pajot et al., 2003). The first of bromodomain BRDT appears crucial for these functions (Morinière et al., 2009). Mice carrying a deletion of the first bromodomaine BRDT, BD1, exhibit male sterility associated with abnormalities occurring during spermiogenesis (Shang et al, 2007). We were able to characterize the physiological function of the first bromodomaine BRDT and demonstrate its crucial role in the replacement of hyperacetylated histones by TP and protamines during spermiogenesis.To explore the potential functions of other domains of the BRDT protein, we have studied mice with invalidation of the Brdt gene. This loss of BRDT also produces male sterility, but the phenotype shows a complete lack of post-meiotic cells. A third mouse model was obtained following our attempt to produce mice with a version of taggued protein. The exploration of these models has demonstrated a role of BRDT, independent of the presence of BD1, in regulating the program of gene expression during entry into meiosis.BRDT has both functions in meiotic and post-meiotic meiotic with the involvement of different protein domains.

Au cours de mon travail de doctorat, je me suis intéressé aux mécanismes qui contrôlent la séparation équitable du génome lors de la méiose dans l’ovocyte de souris.Le point de contrôle du fuseau contrôle la ségrégation des chromosomes en méiose : en cas d'attachement incorrect des chromosomes au fuseau, l'anaphase est retardée ce qui permet d'éviter les aneuploïdies. En métaphase, l’attachement des chromosomes homologues aux deux pôles opposés du fuseau, génère une force de tension au niveau des kinétochores. Mon travail de thèse a consisté à déterminer si la tension exercée sur les chromosomes est un signal qui permet de satisfaire le point du contrôle du fuseau en méiose I dans l'ovocyte de souris. Lorsque la tension exercée sur les chromosomes homologues par les microtubules est diminuée par un traitement pharmacologique, la dégradation de la sécurine, qui marque l’entrée en anaphase, est retardée. Si le point de contrôle du fuseau est inhibé en absence de tension, l’anaphase n’est pas retardée, ce qui indique que le point de contrôle du fuseau est sensible à la tension.Nous avons aussi montré que la kinase Aurora B/C n’est pas requise pour la réponse du point de contrôle du fuseau aux chromosomes non attachés, mais qu’elle est essentielle à la réponse du point de contrôle du fuseau à la baisse de tensionDans un contexte où les erreurs de ségrégation en méiose sont très fréquentes chez la femme et augmentent drastiquement avec l'âge, nos travaux pourraient permettre d'identifier si ces mécanismes de contrôle sont diminués et moins efficaces avec l'âge chez la femme. / At each cell division, chromosomes must be faithfully segregated so that exactly one set of chromosomes is passed on to the next generation. The spindle assembly checkpoint (SAC) ensures faithful chromosome segregation in meiosis: upon uncorrect attachment of the chromosome to the spindle, anaphase onset is delayed in order to avoid chromosome missegregation and aneuploidies. For my PhD thesis, I wanted to determine whether tension applied by the spindle microtubules on the chromosomes is itself a signal that satisfies the SAC in mouse oocyte meiosis I. When tension is decreased by small molecule inhibitors, securin degradation, which is a readout of anaphase onset, is delayed. If the SAC is inhibited, then tension defects cannot delay anaphase onset. This indicates that the SAC is able to delay anaphase onset upon tension defects.Furthermore, we showed that Aurora B/C kinase is not required for the SAC response to unattached chromosomes but that Aurora B/C is required for the SAC response to tension defects.Chromosome segregation errors are very common in women and increase with age. In that context, our work could help to identify whether these key control mechanisms are less efficient in the mammalian oocyte with age.

L’objectif de cette thèse a été de comprendre deux caractéristiques majeures des divisions méiotiques chez la femelle: le blocage en prophase de 1ère division méiotique qui permet à l’ovocyte d’accumuler des réserves énergétiques et des déterminants nécessaires au développement embryonnaire ; et l’absence de phase-S entre les deux divisions méiotiques ce qui permet de former des cellules haploïdes aptes à la fécondation. Pour cela, j’ai choisi comme modèle d’étude l’ovocyte de Xénope qui permet de suivre ces processus in vitro en réponse à la progestérone. L’ovocyte subit les deux divisions méiotiques grâce à l’activation du facteur universel de la division cellulaire, le MPF, et se bloque en métaphase de 2ème division méiotique dans l’attente d’être fécondé. Chez tous les vertébrés, le 1er arrêt en prophase dépend de l’activité de la protéine kinase dépendante de l’AMPc, PKA, dont l’inactivation est nécessaire pour la reprise de la méiose. Le substrat de PKA dans l’ovocyte était resté inconnu. Nous avons découvert que la protéine Arpp19, jusqu’alors connue pour son rôle positif dans l’activation du MPF, est phosphorylée par PKA de cette phosphorylation bloque l’activation du MPF nécessaire pour la levée du blocage en prophase. ARPP19 possède donc un double rôle, le 1er exercé comme substrat de PKA et responsable de l’arrêt en prophase, le second dans l’activation du MPF suite à un changement dans sa phosphorylation. Dans un second temps, nous avons étudié la protéine Cdc6, un acteur majeur de la réplication de l’ADN. Absente en prophase, Cdc6 s’accumule entre les deux divisions méiotiques ce qui permet à l’ovocyte d’acquérir la compétence à répliquer l’ADN. Cette compétence ne s’exprime pas ce qui permet de réduire de moitié la ploïdie. Nous avons montré que Cdc6 est un inhibiteur puissant du MPF capable de bloquer les divisions méiotiques et d’induire la réplication de l’ADN. Pour éviter ces effets délétères l’accumulation de Cdc6 est strictement régulée lors des deux divisions méiotiques, ce qui est absolument requis pour assurer l’enchainement des deux divisions cellulaires sans phase-S intercalaire. / The goal of my PhD project was to understand two main features of the female meiotic division: the arrest in prophase of the 1st meiotic division that allows the accumulation of nutrients and determinants necessary for the embryonic cell cycles; and the absence of S-phase between the two meiotic divisions in order to produce haploid gametes. For this purpose, I studied Xenopus oocytes, a powerful model system that allows the biochemical analysis of these two processes in vitro. In ovary, oocytes are arrested in prophase I and resume meiosis in response to progesterone. The oocytes then proceed through the 1st and the 2nd meiotic divisions and halt at metaphase II, awaiting for fertilization. These two consecutive divisions are controlled by two waves of Cdk1 activation, the universal factor responsible for the entry into mitosis. I analysed the mechanisms responsible for arresting the oocyte in prophase I. In all vertebrates, this arrest depends on a high activity of the cAMP-dependent protein kinase, PKA, whose downregulation is required for the release of the prophase block. The substrate of PKA had never been identified up to date. I discovered that the small protein Arpp19, already known for positively regulating entry into M-phase, is phosphorylated by PKA in prophase I and is dephosphorylated upon progesterone addition, an event required for Cdk1 activation. Hence, Arpp19 has a dual function, responsible of the prophase arrest as a PKA substrate, and then converted into an activator of Cdk1 by changes of its phosphorylation pattern. The second part of my thesis has been dedicated to understanding the role and the regulation of the Cdc6 protein during meiotic divisions. This protein is essential for DNA replication in somatic cells. It is accumulated between the two oocyte meiotic divisions and restores the competence to replicate DNA in oocyte. However, this competence is repressed before fertilization, allowing formation of haploid cells. I found that the accumulation of Cdc6 is tightly controlled during meiotic maturation by the Cyclin B accumulation and the Mos/MAPK pathway. I further demonstrated that Cdc6 is a strong inhibitor of Cdk1 in Xenopus oocytes and that the timely accumulation of Cdc6 is required to coordinate the two meiotic divisions with no intercaling S-phase.

Au cours de la méiose, des centaines de cassures doubles brins (CDB) sont générées et réparées par recombinaison homologue. Ces CDB peuvent être réparés par deux voies différentes donnant lieu à des crossing-overs (CO) ou des non crossing-overs (NCO). Le choix entre les deux voies est finement régulé pour assurer un nombre suffisant de CO; les facteurs influençant ce choix n’ont pas encore été bien caractérisés. L’environnement chromatinien pourrait jouer un rôle important dans ce processus.Peu d’études ont été réalisées sur l’influence de la chromatine sur la recombinaison méiotique. Le but de ma thèse a été de caractériser les facteurs chromatiniens nécessaires au remaniement de la chromatine pendant la recombinaison méiotique chez Saccharomyces cerevisiae.J’ai pu montrer que CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1) et Hir (Histone Regulator), deux protéines chaperons capables de réassembler les histones, s’associent aux sites de cassures doubles brins méiotiques lors de la recombinaison. L’absence de CAF-1 et Hir n’a pas d’effet sur la progression et la formation de CO. Cependant, par des études de recombinaison sur l’ensemble du génome, j’ai pu observer que l’absence de CAF-1 tend à réduire l’interférence des CO. Ce résultat suggère que CAF-1 pourrait être un des facteurs régulant la réparation au cours de la recombinaison méiotique. Pour finir, je me suis aussi intéressée à un troisième chaperon d’histone H3/H4, Asf1. J’ai aussi pu montrer que la délétion d’un autre chaperon Asf1 (Anti-silencing Function 1) entraîne des défauts de progression méiotique et de formation des spores.Ce travail aide à mieux comprendre l'impact de la chromatine sur la réparation de la méiose et le rôle des facteurs d'assemblage de la chromatine. / During meiosis, hundreds of programmed double strand breaks (DSB) are generated and repaired by homologous recombination. Meiotic DSB can be repaired by two major alternative pathways, which generate either crossing-over (CO) or non-crossing-over (NCO) products. The choice between the two repair pathways is tightly controlled to ensure sufficient and accurate CO formation. The chromatin environment could play a crucial role in this process that has not been elucidated yet. Little information is available about the importance of chromatin factors for meiotic recombination. The aim of my PhD was to study chromatin factors necessary for chromatin dynamic during meiotic recombination. I have shown that CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1) and Hir (Histone Regulator), two chaperone proteins that are able to incorporate histones into chromatin, associate with DSB sites during meiotic recombination. CAF-1 and Hir deletion have no effect on the outcome of meiosis and CO formation. However, by genome-wide recombination studies, I have observed that the absence of CAF-1 histone chaperone results in a slight decrease in CO interference. The result suggests that CAF-1 could be one of the factors regulating DNA repair during meiotic recombination. Finally, I have also studied another H3/H4 chaperone, Asf1 (Anti-silencing Function1). Asf1 deletion gives rise to a defect in meiotic progression and spore formation. This work helps to better understand the impact of chromatin on meiotic repair and the role of chromatin assembly factors.

Les divisions méiotiques sont très asymétriques en taille et génèrent une très grosse cellule, l'ovocyte, et deux petites cellules, les globules polaires. Cette asymétrie est permise par la migration du fuseau lors de la première division jusqu'au cortex le plus proche. Cette migration ne dépend pas des microbutules mais de la Myosin-II et d'un réseau de filaments d'actine nucléé par la coopération des nucléateurs de filaments droits Formin-2 et Spire1/2. Des observations préliminaires effectuées au laboratoire ont décrit un épaississement du cortex d'actine pendant la migration du fuseau, mais pourtant il avait été montré que la tension corticale, un paramètre décrivant la rigidité de l'ovocyte, diminue pendant la migration du fuseau. J'ai montré que cet épaississement est indispensable à la migration du fuseau et est nucléé par le nucléateur de filaments branchés Arp2/3, sous le contrôle de la voie Mos/MAPK. De plus, il provoque la diminution de la tension corticale en délocalisant la Myosin-II, ce qui est indispensable à la migration du fuseau. Finalement, j'ai montré que le chute de tension est un mécanisme d'amplification du déséquilibre des forces présent initialement (grâce au léger décentrage du noyau) qui déclenche la migration du fuseau. / Meiotic divisions are highly asymmetric divisions in size, generating a big cell, the oocyte, and two tiny cells, the polar bodies. This asymmetry is ensured by the migration of the first meiotic spindle to the closest cortex. This migration does not depend on microtubules but on Myosin-II and an F-actin meshwork nucleated by cooperation of straight filament nucleators Formin-2 and Spire1/2. Preliminary studies in the lab described a thickening of the F-actin cortex during spindle migration, but paradoxically cortical tension, a physical parameter describing the stiffness of the cell, drops during spindle migration. I have shown that this thickening is required for spindle migration and nucleated by the branched actin nucleator Arp2/3, under the control of the Mos/MAPK pathway. Furthermore, it promotes the decrease in cortical tension by triggering the delocalization of Myosin-II from the oocyte cortex, which is crucial for spindle migration. Finally, I have shown that the drop in cortical tension is an amplificatory mechanism to the initial unbalance of forces (due to a slight off-centered position of the nucleus) triggering the motion of the spindle.

En phase somatique, plusieurs mécanismes de réparations de l’ADNinterviennent pour réparer les cassures double brin (CDB) de l’ADN. Enphase méiotique, les CDB de l’ADN engendrées de façon programmées parSpo11 sont réparées par la recombinaison homologue (RH) dont les acteursprincipaux sont Rad51 et Dmc1 aidés de Brca2. Chez Arabidopsis, en absencede Brca2, le déroulement méiotique est perturbé, les chromosomes nes’associent pas en bivalents, ils apparaissent emmêlés. Ainsi, en absencede Brca2, la recombinaison homologue pourrait ne plus être fonctionnelleet les anomalies chromosomiques observées pourraient être le résultat deréparations aberrantes des CDB de l’ADN effectuée par d’autres mécanismesde réparation de l’ADN. Nous avons montrés, chez Arabidopsis, que le Nonhomologous End Joining (NHEJ) et/ou le Single Strand Annealing (SSA),mécanismes de réparation des CDB de l’ADN en phase somatique,n’intervenaient pas en phase méiotique dans la formation des anomaliesobservées en absence de Brca2. Toujours dans l’hypothèse où ces figuresméiotiques soient le résultat de liaisons covalentes, nous avons regardési les ADN-ligases ne pourraient pas être impliquées. Ainsi, nous avons pumontrer que la Ligase 6, ADN-ligase spécifique des plantes, n’avait pas derôle dans les anomalies chromosomiques observées en méiose en absence deBrca2. D’ailleurs la Ligase 6 ne semble pas non plus intervenir dans lesfigures chromosomiques observées chez les mutants rad51 et mnd1. Le rôlede la Ligase 6 n’ayant pas été déterminé lorsque nous avons démarré cetravail, nous avons voulu identifier son le rôle en étudiant le mutantcorrespondant. Le mutant ligase 6 ne présente pas de sensibilité auxstress génotoxiques utilisés ce qui indique que la Ligase 6 ne semble pasintervenir dans la réparation de l’ADN. La mutation dans le gène LIGASE Iest létal à l’état homozygote, de plus nous avons pu observer uneségrégation anormale chez l’hétérozygote mutant pour le gène LIGASE I. Lalétalité du mutant ligase I a été contournée par l’utilisation d’unsystème ARNi pour éteindre l’expression du gène LIGASE I uniquement enméiose. Cependant, l’implication de la Ligase I, dans les anomaliesméiotiques observées en absence de Brca2 n’a pas pu être déterminée.Enfin, nous avons confirmé que, chez Arabidopsis, Xrcc4 avait un rôle dansle NHEJ via son interaction avec la Ligase IV et via la sensibilité dumutant xrcc4 à différents stress génotoxiques. En revanche, Xrcc4-like nesemble pas interagir avec les acteurs du complexe de ligation du NHEJ etle mutant ne présente pas de sensibilité aux stress génotoxique, indiquantque cette protéine n’est pas impliquée dans le NHEJ et plus généralementdans les mécanismes de réparation de l’ADN. / In somatic cells, several mechanisms are involved in the repair of DNAdouble strand breaks (DSB). In meiotic cells, programmed DSBs are causedby Spo11 and repaired by homologous recombination (HR), whose main playersare Rad51 and Dmc1 aided by Brca2. In Arabidopsis, in the absence ofBrca2, meiosis is disturbed, chromosomes do not organize into bivalents,they appear stuck and entangled together. Thus, in the absence of Brca2,HR may be no functional and the chromosomal anomalies we observecouldresult from the aberrant repair of the DNA DSBs due to other mechanisms ofDNA repair. We have shown in Arabidopsis that the homologous end joining(NHEJ) and/or Single Strand Annealing (SSA), mechanisms of DNA DSB repairthat are active in the somatic phase, were not involved in the formationof the meiotic anomalies observed in the absence of Brca2 in meioticcells. Still assuming that these figures are the result of meioticcovalent bond, we checked whether DNA ligases could be involved. Thus, wehave shown that 6 Ligase, DNA ligase specific plants, had no role in thechromosomal abnormalities observed in meiosis in the absence of Brca2.Besides the Ligase 6 does not seem to interfere with the meiotic figuresobserved in rad51 and mnd1 mutants. We wanted to identify the Ligase 6role in studying its mutant. Ligase 6 mutant did not show sensitivity togenotoxic stress. The Ligase 6 does not seem to be involved in DNA repair.The lethality of the ligase I mutant was bypassed with a RNAi constructaimed at extinguishing the gene expression of LIGASE I atmeiosis only.However, the involvement of Ligase I in the meiotic anomalies observed inthe absence of Brca2 could not be determined. Finally, we confirmed that,in Arabidopsis, Xrcc4 has a role in NHEJ through its interaction withligase IV and the sensitivity of the xrcc4 mutant to different genotoxicstress. In contrast, Xrcc4-like does not appear to interact with playersin the NHEJ ligation complex and the mutant shows no sensitivity togenotoxic stress. These result indicated that this protein is not involvedin NHEJ and, more generally in the mechanisms of DNA repair.

Chez la femme, le risque de concevoir un embryon aneuploïde augmente de façon exponentielle dès 35 ans. La majorité de ces aneuploïdies sont dues à de mauvaises ségrégations des chromosomes lors des deux divisions de méiose dans l'ovocyte. Afin de limiter les erreurs de ségrégation, les divisions méiotiques doivent impérativement se dérouler en deux temps et de manière contrôlée. Un premier aspect de ma thèse a consisté à étudier les mécanismes qui régulent la séparation des chromosomes dans l'ovocyte de souris. J'ai montré que la Cycline A2 joue un rôle essentiel pour la séparation des chromatides s¿urs en méiose II. Au contraire, cette protéine doit impérativement être absente des régions centromériques en méiose I afin d'éviter une séparation précoce des chromatides s¿urs qui conduirait à la formation d'un ovocyte aneuploïde. Dans un seconde temps, mes travaux de thèse ont visé à étudier le mécanisme de surveillance de la première transition métaphase-anaphase appelé SAC (Spindle Assembly Checkpoint). Il a été montré que l'expression d'une protéine du SAC appelée BubR1 décroît naturellement dans les ovocytes avec l'âge maternel. Afin d'analyser les conséquences de cette diminution, j'ai utilisé une lignée de souris totalement délétée pour la protéine BubR1 spécifiquement dans les ovocytes. J'ai montré que la perte totale de BubR1 entraîne plus de 80% d'aneuploïdies dans l'ovocyte dès la première division de méiose. La méiose I est accélérée et les chromosomes homologues se séparent de façon anarchique. De plus, le fuseau méiotique devient instable. La diminution naturelle de BubR1 pourrait ainsi expliquer l'augmentation du nombre d'aneuploïdie avec l'âge maternel. / Women in industrialized countries tend to postpone childbearing, leading to a 70% increase intrisomic pregnancies over 20 years. Meiosis in females is error prone, with rates of meiotic chromosome missegregations strongly increasing towards the end of the reproductive lifespan. A strong reduction of BubR1 has been observed in oocytes of women approaching menopause and in ovaries of aged mice, which led to the hypothesis that deterioration of spindle assembly checkpoint fidelity contributes to age-related aneuploidization. However, this idea has remained controversial since transient knock-down of BubR1 was found to prevent meiotic prophase arrest and chromosome segregation in a checkpoint independent manner. We employed a conditional knockout approach in mouse oocytes to dissect the meiotic roles of BubR1. We show that BubR1 is required for diverse meiotic functions, including persistent spindle assembly checkpoint activity, timing of meiosis I, and establishment of robust kinetochore-microtubule attachments in a meiosis specific manner, but not prophase I arrest. These data reveal that BubR1 plays a multi-faceted role in chromosome segregation during the first meiotic division and suggest that age-related loss of BubR1 is a key determinant of formation of aneuploid oocytes as women approach menopause. Using mouse oocytes, a second aspect of my thesis reveals that cyclin A2 promotes entry into meiosis, as well as an additional unexpected role, namely, its requirement for separase- dependent sister chromatid separation in meiosis II.

La recombinaison méiotique produite par les Crossing Overs (COs) est un facteur limitant pour l’efficacité de la sélection variétale. Une possibilité pour produire des plantes hyper-recombinantes serait d’exploiter la variabilité intraspécifique pour les fréquences de recombinaison. L’identification des polymorphismes causaux, liés à la séquence ou l’expression, représente un travail de longue haleine. Une approche alternative serait de produire des mutants pour des régulateurs négatifs des fréquences de recombinaison. Chez le colza, jeune allotétraploïde (AACC, 2n=38), il est possible de jouer sur ces 2 approches. Dans un premier temps j’ai cherché à vérifier dans quelle mesure pouvait varier le transcriptome méiotique entre 2 variétés ayant servi à cartographier un QTL pour le contrôle de la recombinaison entre chromosome homoéologues (hérités des génomes parentaux). Ce transcriptome méiotique s’est révélé de façon inattendue très variable ; les principales sources de cette variation étant notamment la nature du génome (A ou C) ainsi que l’effet variété. J’ai montré que les HEs (le remplacement d’une région chromosomique par la duplication de la région homoéologue) contribuent de façon importante aux différences d’expression observées à la fois entre variétés ou au sein d’un même génotype. Dans un second temps, j’ai vérifié que FANCM décrit chez Arabidopis thaliana comme un régulateur négatif pour les fréquences de recombinaison avait bien la même fonction chez les Brassica. Chez Brassica rapa j’ai vérifié qu’un mutant fancm complémente comme attendu un mutant déficient pour la voie majoritaire de formation des COs. Chez Brassica napus j’ai observé une faible augmentation à la fois des fréquences de recombinaison entre chromosomes homologues et homoéologues. Ce travail souligne l’importance de la caractérisation des HEs chez les allopolyploïdes. Au-delà de leurs impacts sur le contenu et l’expression génique, les HEs ont très certainement des conséquences phénotypiques. Cette étude présente aussi un exemple de biologie translationnelle pour un trait important en amélioration des plantes. / Meiotic recombination driven by Crossing-Over (CO) is a limiting factor for the efficiency of plant breeding. One way to produce hyper-recombinant plants is to use the existing interspecific variability for recombination frequencies. Identification of the causal polymorphisms, either link to gene sequence or expression, represents a long-term endeavour. Another possibility is to mutate anti-meiotic CO genes. In rapeseed, a young allotetraploid species (AACC, 2n=38), both of these approaches are possible. First I wanted to check how much varies the meiotic transcriptome between 2 varieties that differ in term of recombination between homoeologous chromosomes (inherited from parental genomes). Unexpectedly, the meiotic transcriptome turned out to be very variable, the main source of this variation being notably the origin of the genome (A or C) and the variety. I also showed that homoeologous exchanges (HEs; the replacement of one chromosomal region with a duplicate of the homeologous region) contributed to this variation and led to large changes in expression both between and within varieties. Then I assessed whether FANCM, an anti-CO protein identified in Arabidopis thaliana had the same function in the Brassica genus. In Brassica rapa, a fancm mutant complements as expected a meiosis mutant defective in the main formation pathway for the formation of meiotic COs. In Brassica napus, I observed a slight increase in both homologous and homoeologous recombination frequencies. This work emphasizes the importance of characterizing HEs in allopolyploids species. Beyond their impact on gene content and expression, HEs most have likely phenotypic consequences. This study also presents an example of translational biology for an important trait in crop breeding.

La méiose est essentielle pour tous les organismes à reproduction sexuée car cette division cellulaire spécialisée conduit à la formation de gamètes. Au cours de la méiose, la formation de bivalents est une étape clé dans la répartition équilibrée des chromosomes homologues. Dans la majorité des espèces, la formation de ces bivalents repose sur le mécanisme de la recombinaison homologue qui est un mécanisme de réparation des cassures double brin (CDB) de l’ADN. En méiose, la cassure est programmée et provoquée par l’action de Spo11. A.thaliana contient deux homologues SPO11-1 et SPO11-2 qui ne sont pas redondants dans la formation des CDB. Spo11 est une protéine apparentée à la sous-unité A des topoVI d’Archaea. Or, les topoVI d’Archaea fonctionnent en hétérotétramère composé de deux sous-unités A et deux sous-unités B pour former une cassure double brin (CDB) mais jusqu'à mon travail de thèse, aucun homologue méiotique de sous unité B n'avait été identifié. Au cours de ma thèse, j’ai caractérisé la fonction méiotique de la protéine MTOPVIB et montré que c’est un homologue structural de la sous-unité B des TopoVI d’Archaea. Par différentes approches, j’ai montré que MTOPVIB est nécessaire à l’hétérodimérisation de SPO11-1 avec SPO11-2 et je propose que chez A. thaliana, un complexe catalytique de type TopoVI composé de MTOPVIB, SPO11-1, et SPO11-2 est nécessaire à la formation des CDB méiotiques. Chez A. thaliana, en plus de SPO11-1, SPO11-2 et MTOPVIB, quatre autres protéines sont nécessaires à la formation des CDB : PRD1, PRD2, PRD3 et DFO. Par des approches double hybride, j’ai analysé le réseau d’interaction entre ces protéines de « cassure ». Les résultats suggèrent que ces protéines interagiraient au sein d’un « super » complexe essentiel à la formation des CDB méiotiques. / Meiosis is an essential step in sexual reproduction because it leads to the formation of haploid gametes. During meiosis, the formation of bivalents is a key step for the balanced chromosome distribution. In most species, the formation of bivalents lies on the mechanism of homologous recombination that is a repair mechanism for double stranded DNA breaks (DSB). In meiosis, DSB formation is programmed and provoked by the action of Spo11. A.thaliana contains two SPO11-1 and SPO11-2 counterparts which are not redundant in the formation of DSB. Spo11 is related to the A subunit of Archaea topoVI. However, Archaea topoVI operate through a heterotetramer composed of two A subunits and two B subunits but until my thesis work, no meiotic homolog of the B subunit had been identified. During my thesis, I characterized the meiotic function of the new protein MTOPVIB and showed that it shares structural similarities with the B subunit of Archaea TopoVI. Using different strategies, I also demonstrated that MTOPVIB is necessary to the SPO11-1/ SPO11-2 heterodimerization strongly suggesting that in A. thaliana, a catalytic TopoVI like complex is necessary for the formation of meiotic DSB. In addition to SPO11-1, SPO11-2, and MTOPVIB, four other proteins are necessary for the formation of meiotic DSB in A. thaliana : PRD1, PRD2, PRD3 and DFO. By yeast two hybrid approach, I analysed the interaction network between the "DSB" proteins. The results suggest that these proteins could act in a "super" complex which would be essential to the formation of DSBs.