Déterminisme du sexe et la compensation de dose chez la

drosophile et le nématode

• Développement précoce de la drosophile

M et Mme Mouche

• Femelle plus grande que le male• Sex comb chez le mâle: des poils sur la patte antérieur stimulé la femelle• Muscle of Lawrence: structure spécifique aux mâles: essentiel pour l’accouplement• Organes génitaux différents

Les gènes impliqués dans le développement mâle et femelle chez la mouche

• -Sxl: sex lethal

• -Msl: male sex lethal

• -Tra: transformer

• -Dsl: Doublesex

• Denominator genes:

-Deadpan

• Numerator genes

. -Sisterless ( A,B et C), Runt, Sxl

• Maternal Effect Genes

• -da, her, emc, gro ( da, hermaphrodite, extramachrochateae, groucho)

Mâle ou femelle chez la drosophile:XX femelle, XY mâleXXY femelle, X mâle

Rapport X:A essentiel uniquement au stade blastoderm

• XX Sxl expression female• XX embryosXO embryos by irradiation with X-rays• XX embryos early stageXO no Sxl

expressionmale• XX embryos later stageXOSxl expression already

started and continuesno dosage compensation lethal

• XX embryos early or late with Sxl nulXO normal males

• Conclude: X:A signal established irreversibly in blastoderm stage

Sxl est essentiel pendant la déterminisme de sexe ainsi que la compensation de dose

• Sxl-f1 mutation: loss of function létale uniquement chez femelle• Sxl-m1 mutation: gain of function létale uniquement chez mâle

• Ces 2 mutations sont létales: les mouches mosaïques sont viables• Sxl-m1 mutation féminisation des cellules• Sxl-f1 mutation masculinisation des cellules

• Regarde les polytene chromosomes et l’expression des gènes sur le X

• Sxl-f1: MSL-2 ARNm et protéine mâle produites sur-expression des 2 X

• Sxl-m1: MSL-2 ARNm femelle et pas de protéine MSL-2 pas de sur-expression du chromosome X

Le promoteur Pe est activé uniquement chez la femelle: pourquoi?

-la quantité des protéines des gènes du chromosome X est plus importantefemelle

-les produits des gènes maternels et des autosomes inhibent l’activité des protéines des/du chromosome(s) X

XX:AA et XY:AA

• Le rapport nombre de chromosome X/ nombre de jeu de chromosomes détermine le sexe.

• XX:AA1=femelle XY:AA0,5=mâle

• Chez la femelle le rapport 1 permet l’activation du promoteur Pe du Sxl.

La structure du gène sxl

-bleu foncé: séquence codante-bleu clair: séquence non-codante

-vert: exon spécifique aux embryons-rouge: exon spécifique aux mâles

PL/PE:late/early promoteur

L’épissage de Sxl

SXL protéine ( circule rouge) se fixe (A) sur les sites poly U (en jaune) pour B) inhiber l’action du splicing factor SPF45 ou C) empêcher la formation d’un splicesome actif. Il en résulte que

exon L3 ( carré rouge) est exclu chez les femelles

Contrôle de l’épissage de tra et msl-2A) Chez les mâles l’absence de la protéine SXL permet le facteur U2AF d’inclure un exon avec un codon stop dans l’ARNm. Chez les femelles la protéine SXL ( en quantité limité) permet un

patron d’épissage différent ( 50% des transcrits) et l’exon Stop est exclu.B) SXL empêche l’épissage de l’intron entre les exons 1 et 2. Cet intron est présents dans les

ARNm chez les femelles.

La protéine SXL peut inhiber la traduction des ARNm Sxl et Msl-2

-SXL est une protéine qui se fixe sur les ARN

-SXL se fixe sur exon 10 de Sxl( 3’ UTR)inhibition de la traduction

-SXL se fixe sur l’intron femelle spécifique de Msl-2 et région 3’ non traduit de Msl-2inhiber la traduction

SXL et Msl-2 ARN

• L’inhibition de la traduction de l’ARN de Msl-2 par SXL nécessite les SXL binding sites 5’ et 3’

• SXL empêche l’interaction entre le cap et la queue poly A ( entre eIF4E et PABP)???

• Non: sans queue poly A SXL marche encore

• Northern blot: les mâles ont 5 fois plus de l’ARNm Msl-2 que les femelles

• Enlève les SXL binding sites chez les femelles Msl-2 ARN

• SXL inhibe la traduction et réduit la stabilité de l’ARN Msl-2

Sxl expression chez le mâle et la femelle

Doublesex ( dsx) et fruitless (fr)

• Chez la femelle la protéine TRA est produite: en combinaison avec TRA-2 cette protéine modifie l’épissage de 2 ARN: dsx et fr

• Chez le mâle en absence de la protéine TRA les ARN de dsx et fr sont épissés d’une manière différente.

• DSX Mâle: protéine de 549 acides aminés

• DSX Femelle: protéine de 427 acides amines

L’expression de fru-M chez l’adulte

Le rôle du gène fru

La structure et fonction de la protéine FRU

• Problèmes avec le comportement sexuel chez le mâle toujours associés avec des mutations dans le gène Fru

• Femelles qui expriment un Fru transgène montre une partie du comportement mâle

• Plusieurs patrons d’épissage possibleprotéines avec des domaines doigts-à-zinc différentesfonctions différentes

• Deux étapes de développement chez la mouche: embryogenèse et métamorphose: Fru s’exprime dès le début de la métamorphose.

• L’apoptose au début de la métamorphose élimine un nombre important des cellules neuronales: chez le mâle FRU-M permet la survie d’une trentaine de cellules qui sont éliminés chez la femelle.

• Chez les mâles arborisation dendritique bilatéral. Le peu de cellules qui restent chez la femelle ont une arborisation uni-latéral.

• Chez le mâle, la différence d’organisation et du nombre de cellules donne une système sensoriel différent comportement différent.

La compensation de dose

Comment avoir la même activité transcriptionnelle des gènes X

chez le mâle et la femelle

Autoradiographie des polytene chromosomes: expression plus important des gènes sur le chromosome X mâle que femelle

Hyper activation du chromosome X chez le mâle

Le complexe qui augmente l’expression des gènes sur le chromosome X mâle

• Msl 1, Msl 2, Msl 3: DNA/RNA binding protéines essentielles pour le montage du complexe

• Mle: une hélicase

• Plus récemment l’importance de 3 autres molécules a été mis en evidence:

• Mof: un histone acétyltransférase

• Rox 1 et Rox 2: les ARN qui se fixent sur le chromosome X • (les homologs de Xist?).

Les protéines MSL-2 et MSL-3 se trouvent ensemble sur le chromosome X mâle

Le complexe MSL cible les gènes actifs

• L’expression des gènes sur le chromosome X varie selon le tissu/stade de développement

• Le complexe MSL doit faire la différence entre les gènes qui sont exprimés et les gènes qui ne le sont pas.

• Faire une comparaison entre les gènes reconnus par le complexe et les gènes qui sont exprimés

• L’interaction ADN-complexe MSL ne dépend pas de la séquence mais des modifications des histones ( H4K16ac).

• Le complexe se fixe plutôt vers le 3’ du gène: un effet sur l’élongation des transcrits et pas sur l’initiation

Mode d’action du complexe MSL1. Le complèxe MSL est essentiel pour cibler la protéine MOF sur le chromosome X:

acétylation de H4K162. Inactivation des protéines Mtor et Nup153absence du complexe MSL sur le X. Ces 2 protéines pourraient faciliter la formation de ‘chromatin domains’ essentiels pour activer

l’expression3. Mtor/Nup153 se trouvent dans les pores nucléaires. Le complexe MSL assure le lien

entre le chromosome X et les pores nucléairesexportation rapides des transcrits.

roX genes

• 2 gènes sur le chromosome X avec très peu de conservation: région 11 de roX1 essentiel pour l’activité ( cf Xist, A repeats).

• Efface les 2 gènes létale pour les embryons mâles• Efface les 2 gènes, ajoute un transgène sur un autosomeviable• Efface un des deux gènes roXviable• roX2 donne au moins 2 transcrits

roX ADN/roX ARN

• Le complexe MSL peut se fixer sur l’ADN ou l’ARN des gènes roX: analyse du mécanisme complexe.

• Efface les gènes roX et les remplace avec 2 transgènes sur le même autosome:

• -le complexe MSL se trouve sur le chromosome X• -très peu de complexe sur l’autosome avec les transgènes

• Immunohistochimie avec anti-corps contre MSL2 marquage très fort des gènes roX1 et roX2.

• a:normale• b:absence des partenaires• c,d: enleve un roX• e:létale• f,g,h: effet des transgènes• i:deuxième transgène• j:heterologous promoteur• k:’endogenous’ promoteur• l:sur-exprime MSL1 et MSL2

• m,n: le complexe peut se mettre en place de deux façons différents selon la concentration des protéines MSL.

• M: roX expression faible,MSL complexe fortétalement du complèxe en cis

• N: roX fortdiffusion

Effet direct de SXL sur l’expression des gènes sur le chromosome X?

• SXL peut inhiber la traduction des ARNm• Cherche des gènes qui ont des séquences qui sont reconnues par

SXL• 20/22 des gènes se situent sur le chromosome X

• Possible que la compensation de dose se fait en deux étapes:• -hyper-transcription chez le mâle• -inhibition de la traduction chez la femelle

• Les gènes sur le X qui n’ont pas de site pour SXL pourrait correspondre aux gènes chez la souris qui échappe à l’inactivation?

Mouche: XX femelle, XY mâleNématode: XX hermaphrodite, XO mâle

XX x XXXXXX x XO50%XO, 50%XX

Hermaphrodites préfèrent les XO

Le gène Xol-1( XO lethal) joue le rôle du gène Sxl chez le nématode

Déterminisme du sexe chez le nématodeXol: XO lethal; sdc: sex and dosage compensationher: hermaphrodite; fem: feminiser; tra: transformer

Déterminisme du Sexe chez le nématode

• XO: HER-1 est produite et secretée.

• HER-1 se lie à la protéine membranaire TRA-2.

• La présence de HER-1 empêche FEMs de se fixer sur TRA-2 et du coup elles se fixent sur TRA-1.

• TRA-1 ne peut pas activer les gènes associés avec les hermaphrodites

• XX: Pas de HER-1……..

La compensation de dose chez le nématodeLe complexe SDC compacte la chromatine-->réduction de l’expression

des gènes

Inhibition de la transcription sur les deux chromosomes X chez le nématode: le complexe se fixe sur un nombre de site très limité (13) et puis s’étale sur les chromosomes. Pas d’ARN impliqué. Les sites rex

sont présentes sur tous les chromosomes et se trouvent dans les promoteurs, des introns et des régions entre les gènes