Projet ANR-12-BSV2-0001 – CRL2INGSC : Des cellules souches aux gamètes : rôle de CUL-2 dans l’établissement et le maintien de la lignée germinale de C. elegans
Programme : Blanc - SVSE 2 - Biologie cellulaire et biologie du développement (Blanc SVSE 2) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur PINTARD lionel (Institut Jacques Monod - CNRS)
Partenaires : Centre de Recherche en Biologie Cellulaire de Montpellier; Laboratoire public; Institut Jacques Monod
Montant : 383500.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Les cellules souches germinales sont le support de la fertilité, de l'hérédité et de l'évolution. Pour assumer ces fonctions, elles prolifèrent par cycle mitotique pour générer une population de cellules souches germinales puis entrent en méiose pour former des gamètes. Une régulation extrêmement précise de la transition mitose-méiose permet de maintenir un réservoir de cellules souches germinales. En effet, une prolifération anormale de ces cellules peut conduire à la formation de cancers alors qu’une entrée précoce en méiose peut entrainer une stérilité. Par conséquent, une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui coordonnent la transition entre prolifération et différentiation des cellules germinales est nécessaire pour appréhender les bases moléculaires de l’oncogénèse mais également, pour comprendre l’origine de la stérilité chez l’individu adulte. 
Les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de la balance entre prolifération mitotique et différentiation méiotique des cellules germinales ont été principalement étudiés dans des organismes modèles comme la drosophile et le nématode C. elegans. Dans les deux cas, des mécanismes de régulation post-transcriptionnels sont impliqués dans la régulation de la transition mitose/méiose. Par exemple, chez C. elegans, la voie de signalisation Notch contrôle l’expression des protéines de liaison à l’ARN FBF-1/2 (Pumilio) qui répriment dans la région distale de la gonade, où les cellules germinales prolifèrent, l’expression de facteurs requis pour la différentiation méiotique. En particulier, FBF-1/2 réprime l’expression de GLD-1 et GLD-3, des protéines de liaison à l’ARN, et de GLD-2 une polyA polymérase. Les protéines FBF-1/2 répriment également l’expression des facteurs requis pour l’appariement des chromosomes homologues et la formation du complexe synaptonémal.
Outre ces mécanismes post-transcriptionnels de régulation, des mécanismes post-traductionnels coordonnent la prolifération et la différentiation méiotique des cellules germinales. En effet, nos résultats récents indiquent que le système ubiquitine-protéasome jour un rôle majeur dans ce processus. En particulier un complexe E3 ubiquitine-ligase, organisé autour de la culline 2 et utilisant la protéine LRR-1 comme adaptateur de substrat, contrôle la prolifération des cellules germinales (Merlet et al. Development 2010) et inhibe la différentiation méiotique en ciblant notamment la dégradation de la protéine HTP-3, qui est requise pour l’entrée en prophase de méiose (Burger et al. Under review). Cependant, HTP-3 n’est pas le seul substrat de LRR-1 qui pourrait cibler également GLD-1 vers la dégradation. En outre, LRR-1 contrôle la prolifération des cellules germinales, cependant, les mécanismes par lesquels LRR-1 accomplit cette fonction restent à découvrir. Enfin nos résultats indiquent que la kinase Cycline E/Cdk2, qui est active dans les cellules souches germinales mais réprimée dans les cellules méiotiques, phosphoryle les cibles de LRR-1 pour les cibler vers la dégradation.
Notre objectif est maintenant i) d’identifier les cibles de LRR-1 dans les cellules germinales ii) de mettre au point un système permettant l’expression conditionnelle de ces cibles afin d’analyser l’importance fonctionnelle de leur dégradation, iii) de reconstituer l’ubiquitination des substrats avec des composants purifiés afin d’étudier le rôle de la kinase Cycline E/Cdk2 dans la dégradation des substrats. Nous utiliserons pour cela une combinaison d’approches génétiques, biochimiques, de biologie cellulaire et de protéomique quantitative. Ce travail permettra de comprendre les mécanismes par lesquels les cellules germinales prolifèrent ou se différencient pour entrer dans un cycle méiotique et former des gamètes. CUL-2 et LRR-1 sont conservées au cours de l’évolution et donc ce travail effectué dans un organisme modèle sera vraisemblablement applicable à d’autres espèces et éventuellement à l’homme.