DOT1L, SLY, Spermiogénèses, Expression génique, Chromatine, Métabolisme

Lors de la spermiogenèse, un programme génétique unique assure la différenciation des spermatides en spermatozoïdes. Il contrôle la formation du flagelle et de l'acrosome, ainsi qu'une réorganisation majeure de la chromatine aboutissant à un très haut niveau de compaction. Dans cette réorganisation la majorité des histones est remplacée par des protamines, plus petites et plus basiques. L'étude de la régulation de l'expression génique lors de la spermiogenèse permet de mieux comprendre les mécanismes en jeu. Chez la souris, la région MSYq, localisée sur le bras long du chromosome Y, est nécessaire à ce processus. Des délétions dans cette région provoquent, en effet, une surexpression de centaines de gènes de l'X et l'Y, ainsi qu'une infertilité masculine résultant de multiples défauts de la spermiogenèse, notamment une altération de la compaction de la chromatine. Il a été montré que Sly, l'un des 4 gènes multicopies portés par la région MSYq, y contribue de façon majeure puisque les souris mâles déficients en Sly ont un phénotype similaire, bien que moins sévère, à celui des mâles sans la région MSYq. Sly possède un homologue porté par le chromosome X : Slx/Slxl1 dont la fonction est antagoniste. Parmi les gènes cibles de SLY pertinents quant au phénotype d'anomalies de remodelage de la chromatine a été identifié le gène Dot1l qui est fortement exprimé dans les spermatides et code pour l'histone H3K79 méthyltransférase. Lors de ma thèse, j'ai cherché à répondre aux questions suivantes. Sly est-il le seul gène impliqué dans le phénotype des mâles portant des délétions de MSYq ? Pour y répondre, nous avons phénotypé des mâles avec délétions de MSYq dans lesquels l'expression de SLY a été rétablie dans les spermatides par l'introduction d'un transgène FLAG-SLY. Le phénotype n'est pas restauré malgré un niveau d'expression de SLY comparable à celui des souris contrôles indiquant qu'un autre gène de la région MSYq, potentiellement le gène multicopie Ssty, est impliqué dans la régulation de la spermiogenèse. Par quels mécanismes moléculaires Sly et Slx/Slxl1 régulent-ils l'expression génique des spermatides ? Nos analyses montrent que SLX/SLXL1 et SLY interagissent avec les protéines SSTY/SPIN qui se fixent au niveau des gènes exprimés via la marque H3K4me3. En revanche, seul SLY se lie au complexe répresseur SMRT/NCOR. Nos résultats permettent de conclure que SLY et SLX/SLXL1 régulent l'expression des mêmes gènes lors de la spermiogenèse, mais de façon antagoniste : SLY et SLX/SLXL1 interagissent avec SSTY/SPIN au niveau de ces gènes mais SLY recrute SMRT/NCOR et ainsi réduit l'expression de ces gènes alors que SLX/SLXL1 l'active. En cas de déficience en Sly, plus de protéines SLX/SLXL1 sont recrutées aux mêmes gènes cibles, ce qui entraine leur surexpression. Un équilibre entre Sly et Slx/Slxl1 est donc nécessaire pour assurer la régulation génique lors de la spermiogenèse. Quel est le rôle de Dot1l dans la spermiogenèse ? Afin d'y répondre nous avons créé un modèle murin, DOT1L-KO, délété pour Dot1l dans la lignée germinale uniquement. Ce modèle est hypofertile et présente des défauts de morphologie et de mobilité des spermatozoïdes ainsi que des anomalies de remodelage induisant une compaction incomplète de la chromatine. L'expression d'environ 1000 gènes est dérégulée dans les spermatides DOT1L-KO, parmi lesquels des gènes impliqués dans la régulation de la chromatine, des gènes assurant l'intégrité et la mobilité du flagelle ainsi que des gènes régulant le métabolisme mitochondrial. Nous décrivons également pour la première fois une interaction entre DOT1L et le complexe pyruvate déshydrogénase. En conclusion, ces résultats montrent que DOT1L est un régulateur de la spermiogenèse impliqué à la fois dans la compaction de la chromatine, la formation et le fonctionnement du flagelle, et le métabolisme.