Effets sur la progéniture de l’héritage épigénétique via le sperme —


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  • Au fur et à mesure qu’un organisme se développe et réagit à son environnement, les gènes de ses cellules s’activent et se désactivent constamment, avec différents modèles d’expression génique dans différentes cellules. Mais les changements dans l’expression des gènes peuvent-ils être transmis des parents à leurs enfants et aux générations suivantes ? Bien que les preuves indirectes de ce phénomène, appelé « hérédité épigénétique transgénérationnelle », soient de plus en plus nombreuses, elles restent controversées car les mécanismes qui le sous-tendent sont si mystérieux.

    Aujourd’hui, des chercheurs de l’UC Santa Cruz ont démontré que les informations épigénétiques portées par les chromosomes du sperme parental peuvent provoquer des changements dans l’expression des gènes et le développement de la progéniture. Leur étude, publiée le 20 mars dans Communication Natureimpliquait une série d’expériences astucieuses utilisant le ver nématode Caenorhabditis elegans.

    Les changements épigénétiques ne modifient pas les séquences d’ADN des gènes, mais impliquent plutôt des modifications chimiques de l’ADN lui-même ou des protéines histones avec lesquelles l’ADN est empaqueté dans les chromosomes. Ces modifications ou « marques » modifient l’expression des gènes, activant ou désactivant les gènes.

    Dans leurs expériences avec C. elegans, les chercheurs du laboratoire de Susan Strome à l’UC Santa Cruz se sont concentrés sur les marques d’histones, des modifications d’acides aminés spécifiques dans les queues des protéines histones. Strome, professeur de biologie moléculaire, cellulaire et du développement, a déclaré que la nouvelle étude portait sur une question centrale dans le domaine de l’épigénétique.

    « C’est une question très directe : est-ce que l’hérédité des chromosomes du sperme avec un conditionnement altéré des histones de l’ADN affecte l’expression des gènes chez la progéniture ? Et la réponse est oui », a-t-elle déclaré.

    Le premier auteur Kiyomi Kaneshiro, un étudiant diplômé du laboratoire de Strome qui a dirigé l’étude, a déclaré C. elegans est un bon modèle pour étudier cette question car l’emballage des histones est entièrement retenu dans les chromosomes du sperme du ver. Chez l’homme et d’autres mammifères, l’emballage des histones n’est que partiellement retenu dans le sperme.

    « Il y a un débat sur la quantité d’histone conservée chez l’homme, mais nous savons qu’elle est conservée dans certaines régions du génome importantes pour le développement », a déclaré Kaneshiro.

    Les chercheurs se sont concentrés sur l’hérédité épigénétique dans la lignée paternelle, car le sperme ne contribue guère plus que ses chromosomes à l’embryon. L’œuf contient de nombreux autres composants qui peuvent influencer le développement de l’embryon, ce qui rend plus difficile la détection des effets épigénétiques dans la lignée maternelle.

    Dans ses expériences, Kaneshiro a retiré de manière sélective une marque d’histone spécifique des chromosomes du sperme, puis a fécondé des ovules avec le sperme modifié et a étudié la progéniture résultante. Une innovation cruciale consistait à utiliser du sperme et des ovules de deux souches différentes de C. elegans, ce qui a permis à Kaneshiro de faire la distinction entre les chromosomes hérités du sperme et ceux hérités de l’ovule. Elle a choisi des souches de vers de Grande-Bretagne et d’Hawaï qui avaient évolué séparément assez longtemps pour accumuler de nombreuses petites différences génétiques (appelées polymorphismes de nucléotide unique).

    « Les pères étaient britanniques et les mères hawaïennes, et il y a suffisamment de différences entre eux pour que nous puissions distinguer les deux génomes parentaux dans les cellules de leur progéniture », a déclaré Kaneshiro. « Grâce à ce système hybride, nous avons pu voir des différences dans l’expression des gènes qui résultaient directement des modifications des marques d’histones sur les chromosomes du sperme. »

    De plus, ces changements dans l’expression des gènes ont eu des conséquences sur le développement. Avec l’élimination des marques d’histone, les chromosomes du sperme ont perdu un signal répressif qui empêche normalement certains gènes d’être actifs dans la lignée germinale de la progéniture (les cellules qui donnent naissance aux ovules et au sperme). Kaneshiro a observé que les cellules germinales de la progéniture activaient les gènes neuronaux et commençaient à se développer en neurones.

    La marque d’histone particulière supprimée dans ces expériences est une marque épigénétique largement étudiée trouvée chez les animaux allant des vers aux mouches des fruits en passant par les humains. « Cette marque se trouve sur les histones qui sont retenues sur les chromosomes du sperme chez l’homme », a déclaré Kaneshiro.

    Les nouvelles découvertes montrent que les marques épigénétiques héréditaires affectent l’expression et le développement des gènes. Mais l’étude impliquait de modifier artificiellement les marques sur les chromosomes du sperme. Ce qu’il reste à comprendre, c’est comment les effets environnementaux sur un organisme adulte pourraient modifier les marques épigénétiques dans ses cellules germinales, permettant à ces effets environnementaux d’être transmis aux générations suivantes.

    « Nos découvertes soulèvent la possibilité que les marques d’histone soient porteuses d’un héritage épigénétique transgénérationnel », a déclaré Kaneshiro. « Nous savons que l’environnement d’un organisme peut modifier les modèles d’expression génique dans les cellules somatiques [non-germline body cells]. Si cela modifie les modèles d’expression génique dans la lignée germinale, nous nous attendons à ce que ces changements puissent être hérités, mais nous ne l’avons pas encore montré. »

    Outre Kaneshiro et Strome, les coauteurs de l’étude incluent Andreas Rechtsteiner, un bioinformaticien du laboratoire de Strome. Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health.

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