La mise en place de modifications post-traductionnelles des histones

En plus de l’incorporation de variants d’histones, de nombreuses modifications post- traductionnelles des histones ont lieu au cours de la spermatogénèse. Cependant, bien que la modification post-traductionnelle des histones soit maintenant bien documentée, peu de choses sont connues sur leur potentielle fonction dans la réorganisation de la chromatine et le remplacement des histones au cours de la spermatogénèse.

2.1. La méthylation

Chez la souris, la méthylation de deux résidus en particulier, H3K4 et H3K9, montre une dynamique spécifique au cours de la formation de la lignée germinale.

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Hayashi et ses collaborateurs ont identifié une histone méthyltransférase spécifique de la méiose, appelée Meisetz, qui catalyse la méthylation de H3K4 en H3K4me3 (Hayashi et al., 2005). La délétion de Meisetz rend les souris mutantes stériles, avec des testicules ayant un poids réduit de 75% et montrant un arrêt de la spermatogénèse au stade spermatocytes pachytènes.

La méthyltransférase G9a est exprimée durant les stades précoces de la spermatogénèse, dans les spermatogonies et le stade leptotène. Son inactivation conduit à la production de mâles stériles, avec un arrêt au stade pachytène et une entrée en apoptose des cellules (Tachibana et al., 2007). Dans les stades plus tardifs, la méthylation de H3K9 est assurée par les enzymes Suv39h1 et Suv39h2, cette dernière étant spécifiquement exprimée dans le testicule (Smith et al., 2003). L’invalidation d’un des deux gènes n’a pas d’effet sur la viabilité ou la fertilité des souris tandis que l’invalidation des deux gènes donnent des souris montrant des défauts de spermatogénèse, avec des recombinaisons non homologues entre les autosomes et les chromosomes sexuels et une perte de H3K9me au niveau des régions d’hétérochromatine péricentromèriques au stade spermatogonies et spermatocytes, mais pas dans les stades plus tardifs (Peters et al., 2001).

Récemment, des travaux ont montré que la déméthylase JHDM2A, qui déméthyle spécifiquement H3K9me3, était importante pour la spermatogénèse (Okada et al., 2007). L’invalidation du gène conduit à des souris stériles, produisant des spermatozoïdes immobiles et moins nombreux. L’analyse des promoteurs de Prm1 et Tnp1 montre une augmentation de la méthylation de H3K9 par rapport au souris sauvages, conduisant à une répression de l’expression de ces protéines dans ces spermatozoïdes. Le rôle de cette protéine pourrait être de déméthyler les régions qui doivent rester transcriptionnellement actives dans les stades tardifs de la spermatogénèse, comme par exemple les protéines nécessaires à la condensation de la chromatine, Prm1 et Tnp1.

2.2. L’acétylation

Au cours de la spermatogénèse, des vagues d’acétylation des histones ont pu être mises en évidence. En effet, les spermatogonies ainsi que les spermatocytes pré-leptoténes contiennent

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des histones H2A, H2B, H3 et H4 acétylées, ce qui pourrait correspondre aux histones des régions transcriptionnellement actives. Puis cette acétylation diminue au cours de la méiose (bien que la transcription persiste) dans les stades leptotène et pachytène et persiste à bas bruit dans les spermatides rondes.

Une deuxième vague d’acétylation massive des histones apparaît dans tout le noyau à partir des spermatides allongées de stade 8, dans un contexte transcriptionnellement inactif, donnant lieu à une situation unique. Cette hyperacétylation coïncide avec la disparition des enzymes histones déacétylases (Caron et al., 2003). Ainsi, un déséquilibre de la balance HAT/HDAC pourrait être à l’origine de cette hyperacétylation. Bien que ces histones acétylées soient enlevées progressivement, elles persistent dans les régions péricentromériques des chromosomes à des stades plus tardifs (stades 10 et 11) (Govin, Escoffier et al., 2007; Hazzouri et al., 2000; van der Heijden et al., 2006). Cette différence d’acétylation au sein du noyau spermatique suggère un rôle particulier lors de la restructuration du génome germinal mâle.

Le rôle de ces vagues d’acétylation est encore peu connu. Certains travaux ont suggéré le fait que l’acétylation des histones pouvait faciliter leur remplacement par les protamines in vitro (Oliva et al., 1987; Oliva and Mezquita, 1986). Une autre hypothèse serait que l’acétylation pourrait jouer le rôle de signal pour initier la réorganisation et la compaction du génome mâle en recrutant des facteurs spécifiques (Paragraphe Introduction B. II.4.).

2.3. La phosphorylation

La phosphorylation spécifique de H3 sur la sérine 10 s’effectue au cours de la mitose, mais aussi au cours de la méiose. Des travaux ont permis de montrer que cette phosphorylation était associée à la condensation des chromosomes au cours de la mitose (Ajiro et al., 1996a; Ajiro et al., 1996b; Hendzel et al., 1997), mais également au cours de la méiose (Wei et al., 1998).

La phosphorylation de la sérine 1 de H4 a également été découverte (Sung and Dixon, 1970). Elle joue un rôle crucial, puisqu’elle affecte l’acétylation de la queue N-terminale de H4 (Utley et al., 2005). Chez la levure, la substitution de cet acide aminé affecte la formation de la lignée germinale. Présente également chez la drosophile et les mammifères, cette modification débute pendant la méiose et persiste au cours de la spermiogénèse et pourrait

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être déterminante dans le contrôle de l’acétylation de H4 dans les spermatides en élongation (Krishnamoorthy et al., 2006).

Enfin, la phosphorylation du variant H2A.X joue un rôle crucial dans la réparation des cassures doubles brins liées à la recombinaison homologue (Celeste et al., 2002).

2.4. L’ubiquitination

L’ubiquitination des histones au cours de la spermatogénèse a été retrouvée dans de nombreuses espèces, comme le rat, la souris, le coq (Jason et al., 2002). Chez la souris, l’ubiquitination de H2A a été détectée par immunohistochimie colocalisant avec la vésicule sexuelle des spermatocytes pachytènes. La forme ubiquitinée de H2A disparaît dans les spermatides rondes, puis réapparaît dans les spermatides allongées (Baarends et al., 1999). Dans les spermatides allongées, H2A, H2A.Z, H2B, H3 et TH3 ont été trouvés mono- et poly- ubiquitinés chez le rat (Chen et al., 1998).

4. Le remplacement des histones par les protéines de transition et les protamines