Dans les cellules somatiques, la recombinaison des chromosomes homologues, suivie d'une ségrégation équationnelle, mène à des évènements de perte d'hétérozygotie qui permettent l'expression d'allèles récessifs et la production de nouvelles combinaisons d'allèle qui sont potentiellement bénéfiques lors de la sélection Darwinienne. Cependant, les recombinaisons inter-homologues sont rares dans les cellules somatiques, réduisant ainsi la possibilité de générer des recombinants. Ici, nous avons exploré une propriété de S. cerevisiae à entrer le programme de développement méiotique, induire au travers du génome des cassures double-brins dépendantes de Spo11, et retourner dans un cycle de division mitotique, un processus appelé retour en croissance végétative (" return to growth " ou RTG). Le séquençage du génome de 36 souches RTG dérivées de la souche diploïde S288c/SK1 démontre que ces souches RTG sont bien diploïdes, avec des génomes recombinés mosaïques. Les génotypes des souches RTG portent de 5 à 87 régions homozygotes, dues à des évènements de perte d'hétérozygotie (" loss of heterozygosity " ou LOH) de longueur variées, allant de quelques nucléotides à plusieurs centaines de kilobases. En outre, nous montrons que l'itération du processus de RTG augmente de manière séquentielle le pourcentage d'homozygotie du génome. Des analyses phénotype/génotype des souches RTG pour les caractères d'auxotrophies ou de résistance à l'arsénite valident le potentiel de cette procédure de diversification du génome pour cartographier des caractères complexes (" quantitative trait loci " ou QTL) dans des souches diploïdes, sans passer par le cycle complet de reproduction sexuée. / In somatic cells, recombination between the homologous chromosomes, followed by equational segregation, leads to loss of heterozygosity events (LOH), allowing the expression of recessive alleles and the production of novel allele combinations that are potentially beneficial upon Darwinian selection. However, inter-homolog recombination in somatic cells is rare, thus reducing the potential to generate recombinants. Here, we explored the property of S. cerevisiae to enter the meiotic developmental program, induce meiotic Spo11-dependent double-strand breaks genome-wide and return to mitotic growth, a process known as Return To Growth (RTG). Whole genome sequencing of 36 RTG strains derived from the hybrid S288c/SK1 diploid strain demonstrates that the RTGs are bona fide diploids with mosaic recombined genome. Individual RTG genotypes comprised 5 to 87 homozygous regions due to loss of heterozygous (LOH) events of various lengths, varying between a few nucleotides up to several hundred kilobases. Furthermore, we show that the iteration of the RTG process orderly increments the percentage of homozygosity. Phenotype/genotype analysis of the RTG strains for the auxotrophic and arsenate resistance traits validates the potential of this procedure of genome diversification to rapidly map complex traits loci (QTLs) in diploid strains, without going through sexual reproduction.

Chez les organismes à reproduction sexuée, les gamètes (cellules sexuelles) sont produits par un processus comprenant deux divisions successives appelé méiose. Durant la première division, la recombinaison méiotique permet un contact physique et un échange de matériel génétique entre les chromosomes homologues. Elle résulte de la réparation, par recombinaison homologue, de cassures double-brin de l’ADN générées par la protéine SPO11 au début de la prophase de la première division. Chez les mammifères, les évènements de recombinaison se situent dans des régions de 1-2 kb appelées points chauds de recombinaison. La protéine PRDM9, qui contient un domaine PR/SET et des doigts de zinc, détermine la position des points chauds en ciblant des séquences spécifiques d’ADN par ses doigts de zinc. Son domaine PR/SET porte une activité lysine méthyltransférase, corrélée avec un enrichissement de H3K4me3 au niveau des points chauds, dans les spermatocytes.Les objectifs de mon travail étaient de caractériser l’activité catalytique de PRDM9 et d’étudier son rôle dans l’initiation de la recombinaison chez la souris. La structure cristallisée du domaine PR/SET de PRDM9 en complexe avec un peptide de l’histone H3 nous a permis de montrer que ce domaine adopte une structure similaire aux domaines SET canoniques portés par d’autres méthyltransférases, et d’identifier des résidus clés pour son activité. Nous montrons que le domaine PR/SET de PRDM9 méthyle in vitro non seulement H3K4, mais aussi H3K9 et H3K36. Nous confirmons in vivo la triméthylation de H3K36 dépendante de PRDM9 dans les spermatocytes. Utilisant deux allèles différents de PRDM9, Prdm9b et Prdm9wm7, qui activent des points chauds différents grâce à leur spécificité de séquence, nous avons généré des lignées de souris exprimant des allèles mutés du domaine PR/SET dont l’activité catalytique est abolie, Prdm9wm7G278A ou Prdm9wm7Y357F. La protéine mutante PRDM9wm7Y357F se fixe à ses cibles, mais n’y permet in vivo ni la triméthylation de H3K4, ni celle de H3K36. Enfin, nous montrons que l’activité catalytique de PRDM9 est requise pour promouvoir la recombinaison aux points chauds. Chez les souris exprimant uniquement un allèle Prdm9 muté, les spermatocytes présentent des défauts d’appariement des chromosomes homologues et de réparation des cassures double-brin de l’ADN, ainsi qu’un arrêt de la progression en méiose en milieu de prophase I, phénotype similaire à celui de la souris KO pour Prdm9 (Prdm9-/-). L’ensemble de nos résultats met en évidence le rôle primordial de l’activité méthyltransférase de PRDM9 pour la détermination des sites de recombinaison méiotique et plus généralement pour la progression de la méiose et finalement la formation de gamètes chez la souris. / In sexually reproducing organisms, gametes are produced by a process comprising two successive division, called meiosis. During the first division, meiotic recombination enables a physical contact and an exchange of genetic material between homologous chromosomes. Meiotic recombination results from the repair, by homologous recombination, of programmed DNA double-strand breaks (DSBs) catalyzed by the SPO11 protein at the beginning of prophase I. In mammals, recombination events are localized in 1 to 2 kb-long regions called recombination hotspots. PRDM9, a PR/SET domain and zinc finger-containing protein, determines hotspot localization by targeting specific DNA sequences through its zinc finger array. Notably, PRDM9 PR/SET-domain possesses an H3K4 methyltransferase activity, while PRDM9-dependent H3K4me3 enrichment is found at hotspots in spermatocytes.We aimed at characterizing PRDM9 methyltransferase activity and studying its role in meiotic recombination initiation in mouse. The crystal structure of PRDM9 PR/SET domain, which we generated in complex with a histone H3 peptide, shows that this domain adopts a similar topology to that of classical SET domains and allowed us to identify key residues for its catalytic activity. PRDM9 PR/SET domain catalyzes not only mono-, di- and trimethylation of H3K4, but also of H3K9 and H3K36. We confirmed PRDM9 dependent H3K36 trimethylation in spermatocytes. Taking advantage of the distinct DNA binding specificity of two Prdm9 alleles, Prdm9b and Prdm9wm7, each activating its own set of hotspots, we generated transgenic mouse lines expressing either Prdm9wm7G278A or Prdm9wm7Y357F mutant allele together with the endogenous wild-type Prdm9b allele. Both G278A and Y357F mutations abolish PRDM9 catalytic activity. We show that PRDM9wm7Y357F binds normally to its genomic targets, but is not able to promote H3K4 nor H3K36 trimethylation at these sites. In addition, PRDM9wm7Y357F does not promote recombination at one Prdm9wm7-dependent hotspot, showing that PRDM9 catalytic activity is required for promoting recombination at hotspots. In mice expressing only the mutant allele (Prdm9wm7G278A or Prdm9wm7Y357F), spermatocytes display defects in homologous chromosome synapsis and DSBs repair, as well as an arrest of meiosis at the mid-prophase I. This phenotype is similar to that of Prdm9 KO mice. Overall, our results demonstrate the role of PRDM9 methyltransferase activity in determining recombination hotspots and more generally for meiotic progression and gametes formation.

La méiose ovocytaire comprend une succession de deux divisions cellulaires, sans phase intermédiaire de réplication de l'ADN, permettant l'haploïdisation du gamète femelle en vue de la fusion des génomes parentaux lors de la fécondation. Le caractère fortement asymétrique de ces divisions permet l'expulsion du matériel génétique surnuméraire, dans de petits globules polaires, tout en conservant l'essentiel des ressources cytoplasmiques qui seront nécessaires au développement précoce de l'embryon. De nombreuses études réalisées sur l'ovocyte de souris ont mis en évidence les capacités intrinsèques du gamète à rompre sa symétrie en positionnant son fuseau de manière excentrée à proximité du cortex. En se positionnant de la sorte le fuseau induit, via un gradient de Ran-GTP porté par les chromosomes, une polarisation du cortex ovocytaire qui permettra de restreindre le site d'émission des futurs globules polaires. Cette polarisation se caractérise notamment par une forte accumulation de filaments d'actines dépendante du facteur de nucléation Arp2/3. Nos travaux nous ont permis de mettre en évidence le rôle de Cdc42-GTP, via l'activation de N-WASP, comme intermédiaire entre le gradient de Ran-GTP et la polymérisation polarisée des filaments d'actine. Nous nous sommes également intéressés à la localisation des protéines ERM (Ezrin Radixin Moesin), connues pour favoriser la formation des microvillosités membranaires. Dans l'ovocyte, les microvillosités et les ERM sont toutes deux exclues du cortex polarisé et nous avons pu démontrer le rôle de Ran-GTP dans ce processus. Enfin, nous avons étudié la localisation du réseau d'acto-myosine cortical lors de la deuxième division méiotique qui nécessite la rotation du fuseau de l'ovocyte de souris. Nos résultats révèlent l'existence de deux sous-populations de myosine 2 corticale, l'une dépendante de la chromatine (Ran-GTP/Cdc42-GTP) et l'autre dépendante du fuseau central (Ect2/RhoA). / Oocyte meiosis is accomplished through two successive rounds of cellular divisions, without DNA replication, allowing for gamete haploidization necessary for parental genome fusion after fertilization. These divisions are highly asymmetric and allow extra-DNA expulsion, in small polar bodies, while retaining most of the cytoplasmic resources needed for early embryo development. Studies in mouse oocyte have demonstrated the capabilities of the gamete to autonomously break his symmetry by positioning the spindle near the cortex. By doing so, the spindle is able to induce a cortical polarization that is dependent on a Ran-GTP gradient emanating from the chromosomes. This polarization will be necessary for delimiting extrusion sites of the future polar bodies. A polarized accumulation of Arp2/3 actin filaments is one of the most evident features of oocyte polarization. We have shown that polarization of Cdc42-GTP, trough N-WASP activation, is an essential intermediate between Ran-GTP and the polarized polymerization of actin filaments. We also investigated ERM (Ezrin Radixin Moesin) proteins localization that are known to promote microvilli assembly. According to our data, microvilli and ERM are excluded from the polarized cortex in a Ran-GTP dependent manner. Finally, we studied cortical acto-myosin dynamics during the second meiotic division which requires spindle rotation. We demonstrated the existence of two cortical myosin 2 sub-populations which depend either on chromosomes (Ran-GTP/Cdc42-GTP) or on the central spindle (Ect2/RhoA).

L’anémie de Fanconi (AF) est une maladie récessive rare associée à un défaut dans la voie de réparation des cassures double-brin de l’ADN causées par des agents pontants (voie de l’AF). Ces agents pontant l’ADN créent un lien covalent entre les deux brins et bloquent les polymérases lors de la réplication ou de la transcription. Mon projet s’intéresse à une protéine importante de la voie de l’AF : FANCI. Celle-ci est décrite comme agissant de pair avec la protéine FANCD2 pour recruter la machinerie de réparation de l’ADN. Nous posons l’hypothèse que FANCI a un rôle important lors du développement, lors de la méiose et est impliquée dans la résistance des cellules aux aldéhydes. Suite à la création d’un modèle murin déplété en FANCI, nous avons effectué des essais comportementaux de mémoire ou d’anxiété pour caractériser le modèle plus en profondeur. Ensuite, des résultats de coupes histologiques de gonades ont mené à la confirmation de la stérilité des souris KO. Plus spécifiquement, un étalage de chromosomes méiotiques et une immunofluorescence ont été effectués pour vérifier la localisation de FANCI sur ces derniers. De plus, le traitement à la mitomycine C (agent pontant) de cellules embryoniques conférant une instabilité génomique, nous avons voulu tester l’effet d’une source endogène, les aldéhydes, sur des cellules déplétées en FANCI. Nous avons observé les foyers des protéines 53BP1 et γ-H2AX pour vérifier l’accumulation de cassures double-brin. Les essais comportementaux montrent une tendance non significative. Une co-localisation de FANCI avec le marqueur de résection RPA est observée. De plus, la déplétion de FANCI rend les cellules résistantes aux aldéhydes. Les foyers 53BP1 et γ-H2AX montrent qu’une petite population de ces mêmes cellules a un nombre très élevé de dommages à l’ADN alors que d’autres ont un niveau de dommages similaire au contrôle. / Fanconi anemia (FA) is a rare recessive disease associated with a defect in the pathway of DNA double strand breaks repair (FA pathway). These double stranded breaks are caused by crosslinking agents by creating a covalent bond between the two opposite strands and blocking polymerases during DNA replication or transcription. My project’s principal interest is a major protein it this pathway : the FANCI protein. It is described as acting together with FANCD2 protein to recruit DNA repair machinery. We hypothesised that FANCI has an important role in development, in meiosis and that it is implicated in cells’ aldehydes resistance. After the creation of a mouse model depleted in FANCI, with did anxiety and memory behavior tests to deeply characterize our mouse model. Also, results of gonad histologic cuts confirmed mouse sterility. More specifically, we did a meiotic spread and immunofluorescence to see FANCI on meiotic chromosomes. We also treated embryonic fibroblasts with mitomycin C, an exogenous crosslinking agent, and then wanted to check with an endogenous source, like aldehydes, on FANCI depleted human cells. We also observed 53BP1 and γ-H2AX foci formation to check for double strand break accumulation. Behavior tests do not show any significative tendancy. We observe a colocalization between FANCI and the resection marker RPA. Moreover, FANCI depletion gives an aldehyde resistance to cells. 53BP1 and γ-H2AX foci show a population of cells with a very high level of foci and others that have the same amount of foci as the control cells.

Les ovocytes bovins incubés in vitro reprennent la méiose alors que ceux incubés en présence de mono-couches de cellules de la thèque demeurent au stade de vésicule germinale (GV). Les présentes expériences ont été menées sur des ovocytes bovins afin de mieux comprendre les facteurs impliqués dans le contrôle de la maturation des ovocytes. Les objectives étaient 1) de déterminer si la morphologie du complexe ovocyte-cumulus (COCs) est corrélée avec les cinétiques de la reprise méiotique suivant une période d’arrêt méiotique induite. 2) Étudier la fonction des inhibiteurs de phosphodiesterase (PDE) spécifiques seuls ou en présence de une monocouche des cellules de la thèque sur l’arrêt méiotique des ovocytes bovins. 3) Étudier le rôle de la voie de signalisation de la protéine kinase A et de la protéine kinase C dans la modulation de la reprise méiotique des ovocytes bovins. 4) Faire une caractérisation plus poussée du facteur d’inhibition sécrété par les cellules de la thèque. Ces études démontrent que les COCs bovins reprennent la méiose plus rapidement après une courte période d’arrêt méiotique que les COCs non traités. Les ovocytes atrésiques ou dénudés sont donc moins nombreux au stage de GV au début de la maturation que les COCs sains ou légèrement atrésiques. Les inhibiteurs de phosphodiesterase (PDE) de type 3 ont maintenu les ovocytes bovins en arrêt méiotique alors que les inhibiteurs de type 4 n’ont eu aucun effet. De plus, la combinaison des inhibiteurs PDE et des cellules de la thèque montre un effet additif. Les COCs incubés avec des cellules de la thèque sont restés en arrêt méiotique alors que ceux incubés en présence de cellules de granulosa ont repris la méiose. Les cellules de la granulosa non traitées ont annulé l’effet inhibiteur des cellules de la thèque sur la maturation des COCs bovins. Par ailleurs, les COCs sont restés en arrêt méiotique lorsque des analogues d’AMPc ont été utilisés en conjonction avec des cellules de granulosa et de la thèque. Finalement, le facteur inhibiteur sécrété par les cellules de la thèque dans le milieu conditionné est (a) insensible à la chaleur, aux enzymes protéolytiques et à un traitement au charbon, (b) sensible à un traitement au chloroforme, (c) concentré dans la fraction plus petite que 1000 daltons du milieu conditionné et (d) les patrons de pics chromatographiques sont différents entre le milieu conditionné et le milieu frais. D’autres études seront nécessaires pour l’isolation complète du facteur(s) inhibiteur(s) sécrété(s) par les cellules de la thèque responsable du maintien de l’arrêt méiotique des ovocytes bovins. / Bovine oocytes incubated in vitro resume meiosis, whereas most of those incubated with theca cell monolayers remain at the germinal vesicle (GV) stage. Experiments were carried out using bovine oocytes to understand the factors involved in the control of oocyte maturation. The objectives were 1) to determine whether or not the morphology of cumulus oocyte complexes (COC) is correlated with the kinetics of meiotic resumption following a period of induced meiotic arrest. 2) To investigate the role of type-specific phosphodiesterase (PDE) inhibitors alone or in conjunction with theca cell monolayers on meiotic arrest of bovine oocytes. 3) To study the role of the protein kinase A and protein kinase C signaling pathways in the control of meiotic resumption of bovine oocytes incubated with granulosa cells, theca cell monolayers or both cell types. 4) To further characterize the inhibitory factor secreted by the theca cell monolayers. These studies show that bovine COCs resume meiosis faster following a short period of induced meiotic arrest than untreated COCs. Atretic or denuded oocytes have fewer oocytes at the GV stage at the onset of maturation compared to healthy or slightly atretic COCs. Type 3 phosphodiesterase (PDE) inhibitors maintained bovine oocytes in meiotic arrest, whereas type 4 PDE inhibitors did not have an effect. Furthermore, PDE inhibitors and the theca cell monolayers show an additive effect. COCs incubated with the theca cell monolayer remained in meiotic arrest, whereas those incubated with granulosa cells resumed meiosis. Untreated granulosa cell abrogate the inhibitory effect of the theca cell monolayers on the maturation of COCs. However, COCs remain in meiotic arrest when cAMP analogs are used in conjunction with both granulosa and theca cells. The inhibitory factor(s) secreted by the theca cell monolayers is (a) not sensitive to heat, proteolytic enzymes and charcoal treatment, (b) sensitive to chloroform treatment, (c) has a Mr less than 1000 daltons and (d) the patterns of chromatographic peaks are different in conditioned medium and fresh medium. Further work is needed to fully isolate and identify the factor produced by the theca cells responsible for maintaining bovine oocytes in meiotic arrest.

La reproduction sexuée repose sur deux processus fondamentaux : la méiose qui permet la formation des gamètes dont le génome est haploïde et la syngamie qui permet, après fécondation, de restaurer la diploïdie par fusion des deux noyaux parentaux haploïdes. Alors que la méiose repose respectivement sur le génome maternel pour l'ovocyte et paternel pour le spermatozoïde, la restauration de la diploïdie dans le zygote repose exclusivement sur le génome maternel. Si un pronucleus maternel compétent pour la réplication est formé au terme de la méiose ovocytaire, le génome paternel quant à lui, n'acquiert cette compétence que sous l'influence de facteurs maternels. En effet, à la fin de la méiose, le génome paternel est « empaqueté » avec des protamines qui le rendent inactif pour toute fonction biologique, en particulier la réplication. L'éviction des protamines et leur remplacement par des histones maternelles sont des étapes indispensables à l'acquisition par le génome paternel de sa compétence à la réplication, préalable à la syngamie. Tous ces événements doivent être extrêmement coordonnés afin de permettre à un premier noyau zygotique comportant les deux lots de chromosomes parentaux de se former et d'entrer dans le premier cycle mitotique.Notre laboratoire a identifié yemanuclein-alpha, aussi appelé yemanuclein (yem) dans un crible moléculaire pour des gènes exprimés spécifiquement dans la lignée germinale femelle, et son premier allèle muté yem1. Cette mutation ponctuelle (V478E) a été identifiée dans un crible génétique de « stérilité femelle ». Une descendance exceptionnelle observée chez les femelles yem1, présente la propriété inattendue d'être parthénogénétique. Cette propriété révèle un double défaut chez le mutant : dans le processus de méiose ovocytaire qui conduit à la formation d'un pronucleus maternel haploïde mais aussi dans la formation d'un pronucleus paternel compétent pour la syngamie. Mes travaux de thèse ont porté sur les deux aspects de la fonction de la Yemanucléine. En conjuguant des méthodes de génétique, de biochimie, et de biologie cellulaire, nous avons pu mettre en évidence des fonctions essentielles de la Yemanucléine dans les étapes initiales de la prophase méiotique de l'ovocyte de drosophile. Nous avons pu montrer que la Yemanucléine joue un rôle clé dans la recombinaison méiotique et plus particulièrement dans la fréquence et la cinétique d'apparition des cassures double brin. Son association au complexe synaptonémal et au complexe cohésine, tous deux connus comme étant nécessaires à la ségrégation chromosomique, est un élément clé de cette fonction.Outre cette fonction méiotique, la Yemanucléine, facteur maternel, est aussi requise pour l'assemblage de la chromatine du pronucleus paternel. Nous montrons dans ce manuscrit qu'elle joue ce rôle à travers son action dans un troisième complexe, en partenariat avec la protéine HIRA. Le complexe multiprotéique contenant la protéine HIRA est connu pour sa fonction de chaperon du variant de l'histone H3.3 et son rôle dans l'assemblage de la chromatine du pronucleus paternel. La Yemanucléine est le premier membre de la famille HPC2/UBN1 caractérisé. Son rôle dans l'assemblage des nucléosomes découplé de la réplication est décrit pour la première fois dans ce manuscrit. C'est aussi la première fois qu'une protéine spécifique de la reproduction est décrite pour son implication à deux étapes clés de ce processus. / Sexual reproduction relies on two key events: formation of cells with a haploid genome through meiosis and restoration of diploidy through syngamy in the zygote. Meiosis completion is supported exclusively by the maternal genome for the oocyte and the paternal genome for the sperm cell. In contrast diploidy restoration in the zygote is entirely dependent on maternal factors. At the end of meiosis the maternal pronucleus is competent for replication, whereas the paternal genome is packed with protamines. These proteins need to be removed in the zygote and replaced by maternally provided histones before the paternal genome acquires competence for replication, a prerequisite for syngamy. All these events must be highly coordinated to allow the first zygotic nucleus to form with the two sets of parental chromosomes and enter the first mitotic cycle. Our laboratory has identified yemanuclein-alpha, also called yemanuclein (yem) in a molecular screen for genes specifically expressed in the female germ line and its first mutant allele yem1, in a female sterile screen. The role played by yem not only in the meiotic process through which a haploid maternal pronucleus is formed but also in the zygotic process that makes a paternal pronucleus competent for syngamy, is underscored by the obtention of exceptional parthenogenetic progeny from yem1 mothers.My thesis work is precisely dedicated to the analysis of both aspects of Yemanuclein function: in the oocyte and the zygote. Using genetic, biochemical and cell biology methods we were able to uncover essential functions of Yemanuclein in early meiotic prophase in the Drosophila oocyte. Using yem1 allele (V478E), we could show its requirement for meiotic recombination especially for the frequency and timing of the double strand breaks formation. Yemanuclein association with two protein complexes, the Synaptonemal Complex (SC) and the Cohesin complex known to be required for proper chromosome segregation, supports these findings. Beyond its meiotic function, Yemanuclein is also required in the zygote for assembly of paternal pronucleus chromatin. This is achieved through a third complex that acts as histone H3.3 chaperone. In the present manuscript we identify Yemanuclein as a partner of HIRA in its role in H3.3 nucleosome assembly and deposition on the paternal pronucleus. Interestingly Yemanuclein is the first member of the HPC2/UBN1 protein family ever characterized. The role of Yem/ HPC2/ UBN1 in replication independent chromatin remodeling remained elusive until very recently. Our work is original in that it is the first to report on a role of one member of this family in oocyte meiosis and paternal chromatin assembly in the zygote.

L’acide rétinoïque (AR) est requis pour de nombreuses fonctions physiologiques parmi lesquelles la reproduction. Il est synthétisé par des rétinaldéhyde déshydrogénases (RALDH1 à 3) et il active la transcription de gènes cible en se liant à ses récepteurs nucléaires RAR (α,β,γ). L’objet de mon travail de thèse a été d’étudier les fonctions de l’AR, produit dans les cellules de Sertoli testiculaire, sur la spermatogenèse de la souris. Ainsi, par l’étude de l’inactivation des gènes des RALDH spécifiquement dans les cellules de Sertoli murines grâce à la mutagenèse somatique, j’ai montré que les cellules de Sertoli dirigent la première différenciation des cellules germinales grâce à leur production d’AR qui est ensuite dispensable au bon déroulement de la spermatogenèse. L’induction de cette première spermatogenèse est possible par l’activation sélective de RAR qui est à la base d’une pléiade de voies de signalisation. J’ai également confirmé le rôle crucial de la voie de signalisation de l’AR dans les cellules de Sertoli pour la spermiation, dernière étape du processus de spermatogenèse, et donc pour la fertilité. Enfin, j’ai démontré la nécessité in vivo de la signalisation par l’AR pour la méiose, qui contrôle l’expression de Stra8, un gène essentiel pour la progression méiotique. Cette régulation se fait de manière cellulaire autonome et requiert la fixation d’un RAR sur son élément de réponse localisé dans la région promotrice de Stra8. / Retinoic acid (RA) is required for many physiological functions including reproduction. It is synthesized by retinaldehyde dehydrogenases (RALDH1 to 3) and activates transcription of target genes by binding to its nuclear receptors (RAR α,β,γ ). The purpose of my thesis was to study the functions of RA produced in testicular Sertoli cells in spermatogenesis in the mouse. Thus, by studying the effects of RALDH selective inactivation in murine Sertoli cells by somatic mutagenesis, I showed that Sertoli cells direct the first differentiation of germ cells through their production of RA, which is then dispensable for the proper conduct of spermatogenesis. Induction of the first spermatogenesis is possible by selective activation of RAR, which is at the basis of several signaling pathways. I also confirmed the crucial role of the RA pathway in Sertoli cells for spermiation, the final stage of spermatogenesis, and therefore fertility. Finally, I demonstrated the need of an in vivo RA signaling for meiosis, which controls the expression of Stra8, a gene essential for meiotic progression. This regulation is done cell-autonomously and requires the binding of a RAR on its response element located in the promoter region of Stra8.

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la différenciation normale et pathologique des cellules germinales (CGs). Dans une première partie, la différenciation normale a été étudiée chez l'amphibien urodèle Pleurodeles waltl. L'acide rétinoïque (AcR) est impliqué dans l'induction de l'entrée en méiose des cellules germinales (CGs) chez les amniotes (Bowles et al., 2006 ; Smith et al., 2008). Nous avons voulu savoir si l'AcR était aussi impliqué dans ce processus chez le pleurodèle. Nous avons montré que l'expression de PwDmc1 (marqueur de méiose), survient plus précocement dans les gonades femelles (avant la métamorphose) que dans les gonades mâles (après la métamorphose). In vitro, l'application d'AcR sur des gonades mâles et femelles en culture organotypique ainsi que l'inhibition de la dégradation de l'AcR endogène induisent l'entrée en méiose des CGs. Nous avons également montré que la balance synthèse/dégradation l'AcR endogène est modulée par les hormones stéroïdes. Les mécanismes de différenciation des CGs décrits chez les mammifères semblent donc conservés chez les urodèles. La seconde partie de la thèse s'inscrit dans le contexte de la différenciation pathologique des CGs.De nombreuses études ont montré qu'une exposition in utero à des xénobiotiques pouvait provoquer des altérations de la différenciation des CGs. Ces cellules altérées restent en dormance pendant l'enfance. A la puberté, elles prolifèrent et donnent naissance aux tumeurs testiculaires, suggérant que le développement de ces tumeurs est hormono-sensible (McIntyre et al., 2008). Nous avons étudié les effets des hormones stéroïdes sur la prolifération des cellules séminomateuses humaines TCam2. L'oestradiol et la testostérone stimulent leur prolifération ainsi que l'expression d'une isoforme tronquée du récepteur alpha des oestrogènes ER[alpha]36. Ce récepteur est induit par la voie GPER-AMPc/PKA et semble nécessaire à l'expression du récepteur à l'EGF. Il pourrait donc constituer une cible thérapeutique potentielle. / Retinoic acid (RA) is involved in germ cells meiosis onset (CGs) in amniotes (Bowles et al., 2006 ; Smith et al., 2008). The aim of the first part of our study was to determine if RA is able to induce meiosis entry in the urodele amphibian Pleurodeles waltl. Our data on PwDmc1 (meiosis marker) expression indicate an earlier meiosis onset in females compared with males depending on RA biosynthesis. In vitro, the treatment of male and female gonads with RA induces an earlier meiosis entry in both sexes. Moreover, we have shown that RA biosynthesis is regulated by steroid hormones. Therefore, the mechanisms which trigger GCs differentiation in mammals might be conserved in urodeles. Many studies indicated that in utero xenobiotic exposure is able to induce alterations in GCs differentiation. These neoplasic cells enter in a period of dormancy until after puberty where they proliferate and the testicular tumours emerge. This prepubertal dormancy suggests that the testicular cancer development is hormone sensitive (McIntyre et al., 2008). In the second part we studied the effects of steroid hormones on the proliferation of the seminoma cell line TCam2. Our results indicate that estradiol and testosterone can induce the proliferation of this cell line and the expression of ER[alpha]36, a truncated form of estrogen receptor alpha. This expression is stimulated by GPER-cAMP/PKA signalisation pathway and activates EGFR expression. ER[alpha]36 could be a potential therapeutic target.

La polyploïdisation, e.g. l’augmentation du nombre de jeux de chromosomes chez un organisme, est un phénomène évolutif qui aurait contribué à l’avènement de grandes étapes évolutives, telles que l’apparition de la graine et de la fleur chez les plantes. La polyploïdisation peut être induite par des évènements environnementaux, et notamment par des variations thermiques entraînant la production de gamètes 2n. Il a été montré, chez le rosier, que l’application de températures élevées (dès 30°) lors de la gamétogénèse mâle, induisait une forte production de diplogamètes ainsi qu’une forte répression de l’expression du gène RhPS1, orthologue du gène AtPS1 d’A. thaliana. AtPS1 est impliqué dans la formation de diplogamètes, dont le mutant perte de fonction présente une forte production de diplogamètes mâles, issus d’anomalies méiotiques en Métaphase II. L’objectif de cette thèse est d’apporter des éléments permettant de mieux connaitre et de caractériser la fonction de RhPS1, par (i) l’analyse des phénotypes de lignées de rosier présentant une diminution de ces transcrits, (ii) en recherchant ces interactants protéiques potentiels et (iii) en recherchant les gènes potentiellement régulés par RhPS1. Les résultats de cette thèse montrent que RhPS1 aurait une fonction similaire à AtPS1 chez A. thaliana, qui induit, lors d’une baisse d’expression, des anomalies méiotiques uniquement lors des étapes de métaphase II ou lors de la transition Anaphase I/Métaphase II. Même si aucun interactant protéique n’a pu être trouvé, quelques gènes potentiellement régulés par RhPS1 ont pu être identifiés. / Polyploidization, e.g. the increase in the number of chromosomes sets in an organism, is a phenomenon that would have contributed to the advent of major evolutionary steps such as the emergence of the seed and the flower in plants.Polyploidization can be induced by environmental clues, more particularly by thermal variations resulting in the production of 2n. It has been shown, in roses, that the application of high temperatures (from 30°C) during male gametogenesis leads to a high production of diplogametes as well as a high repression of the expression of the gene RhPS1, orthologue of the A. Thaliana AtPS1 gene. AtPS1 is involved in the formation of diplogametes, whose loss of function mutant has a strong production of male diplogametes, resulting from meiotic abnormalities. This work aims at characterizing or providing elements allowing for better comprehension of the RhPS1 function, by (i) the analysis of the phenotypes of rose lines showing a decrease of these transcripts, (ii) by looking for these potential protein interactors and (iii) investigating genes potentially regulated by RhPS1. The results of this work show that RhPS1 has a similar function to AtPS1 in A. thaliana. Thus, when this gene has a lower expression, meiotic abnormalities are only observed during the metaphase II stages or during the transition of Anaphase I / Metaphase II. Even though no protein interactant could be found, some genes potentially regulated by RhPS1 have been identified.

La compréhension des mécanismes régissant la recombinaison méiotique chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) devient essentielle puisqu’elle est le levier principal utilisé par les sélectionneurs pour le brassage génétique et obtenir de nouvelles variétés élites comportant des introgressions de régions d’intérêt provenant de ressources génétiques exotiques. A cette fin, l’utilisation chez le blé tendre d’une nouvelle biotechnologie de ciblage de la recombinaison méiotique développée chez la levure par la société Meiogenix semble être prometteuse. Cette biotechnologie, nommée SpiX, fait intervenir un domaine protéique de liaison à l’ADN couplé à la protéine SPO11 responsable des cassures double-brins de l’ADN, initiatrices de la recombinaison méiotique ou crossovers (CO). Le développement d’une nouvelle technique de conservation des embryons immatures a permis d’améliorer les conditions de transformation par biolistique du blé tendre pour l’application de la technologie SpiX. L’exploitation de la séquence du génome du blé a permis d’isoler les gènes codant pour les protéines SPO11 du blé tendre. La complémentation hétérologue inédite de mutants pour les protéines SPO11 d’Arabidopsis thaliana avec les orthologues ainsi découverts chez le blé tendre montre leur grande conservation de séquence et de fonction au sein des plantes et leur potentielle fonctionnalité pour la biotechnologie SpiX. Enfin le test de différents domaines de liaison à l’ADN et de différentes cibles le long du chromosome 3B de blé tendre montre que la biotechnologie SpiX requiert des ajustements en fonction de l’espèce chez laquelle celle-ci doit fonctionner. Ces résultats sont ainsi l’opportunité de lever un premier voile sur le ciblage de la recombinaison méiotique chez une espèce de grande culture et de mieux comprendre les mécanismes de détermination des sites de cassures double-brins initiatrices de la recombinaison méiotique chez le blé tendre. / Understanding the mechanisms governing meiotic recombination in bread wheat (Triticum aestivum L.) is essential since it is the main tool used by breeders for genetic admixing and obtaining new elite varieties with introgression of regions of interest from exotic genetic resources. To this end, the use in bread wheat of a new biotechnology targeting meiotic recombination developed in yeast by Meiogenix seems to be promising. This biotechnology, named SpiX, involves a DNA-binding domain fused to the SPO11 protein responsible for DNA double-strand breaks, initiating meiotic recombination or crossovers (CO). The development of a new conservation protocol for wheat immature embryos has improved the conditions for bread wheat transformation through biolistic, and thus for the application of SpiX technology. The exploitation of the wheat genome sequence made it possible to isolate the bread wheat genes for SPO11 proteins. A novel heterologous complementation of Arabidopsis thaliana mutants for SPO11s with the bread wheat orthologous freshly discovered shows their great conservation of sequence and function within plants and their potential functionality for SpiX biotechnology. Finally, the testing of different DNA-binding domains and different targets along bread wheat 3B chromosome shows that SpiX biotechnology requires adjustments depending on the species in which it has to function. These results are the opportunity to uncover the targeting of meiotic recombination in a widely cultivated crop species and to understand the mechanisms determining sites for double-strand breaks prior to meiotic recombination in wheat.