Des chercheurs se sont intéressés aux mécanismes moléculaires qui permettraient de protéger l’ADN des cellules germinales durant leur maturation. Une étude qui pourrait expliquer de nombreux facteurs à l’origine de l’infertilité et de l’immortalité génétique.
Lors du développement des cellules germinales (les précurseurs des spermatozoïdes et des ovules), leur matériel génétique subit d’importantes modifications qui les rendent vulnérables à des dommages et mutations pouvant affecter le déroulement de la fécondation et de la croissance de l’embryon. Il est donc nécessaire pour ces cellules de mettre en place davantage de mécanismes de protection que les autres types de cellules de l’organisme, afin de réduire ces risques et ainsi préserver la transmission de l’information génétique.
Des biologistes de l’Université d’Edimbourg ont publié une étude se focalisant sur cette question. Ils se sont notamment intéressés aux transposons, des séquences génétiques qui sont capables de se déplacer et se réinsérer presque n’importe où dans le génome. Ils représentent plus de la moitié de la séquence de ce dernier, et jouent un rôle fondamental dans l’évolution en créant de nouvelles séquences.
Reprogrammation épigénétique, une étape cruciale chez les cellules germinales
Mais leur réinsertion implique le « découpage » de l’ADN dans la région choisie la plupart du temps aléatoirement, ce qui peut conduire à des dommages importants, particulièrement si cela se réalise en plein milieu d’un gène, modifiant ainsi sa séquence au point de le rendre inexprimable par la cellule. Ce processus est soupçonné par les chercheurs d’être l’une des causes de l’infertilité lorsqu’il se déroule durant la reprogrammation épigénétique, une étape cruciale chez les cellules germinales, où de nombreux gènes voient leur niveau d’expression modifié.
« La reprogrammation est essentielle pour un développement correct des cellules germinales dans les embryons, mais les laisse temporairement vulnérables à un sous-ensemble de leurs propres gènes, appelés transposons, qui menacent le chaos génétique », explique l’auteur principal de l’étude, le professeur Dónal O’Carroll.
Les spécialistes se sont longtemps demandés pourquoi les cellules germinales sont rarement endommagées au cours de leur reprogrammation, alors que de nombreuses molécules protectrices sont retirées. En utilisant comme modèle des embryons de souris, l’équipe a découvert un mécanisme assurant ainsi la production continue de spermatozoïdes sains durant la vie adulte.
Ils ont d’abord identifié une protéine nommée SPOCD1, qui joue un rôle dans le recrutement de groupements méthyle, marqueurs chimiques qui bloquent ou inactivent des séquences génétiques. En inhibant l’expression de SPOCD1 chez des souris mâles, ils ont remarqué que la méthylation de l’ADN ne se déroulait pas correctement, et que parallèlement les transposons endommageaient plus fréquemment l’ADN des spermatozoïdes en développement.
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Ils ont ensuite démontré que SPOCD1 se lie à MIWI2, une autre protéine connue pour se lier aux transposons. MIWI2 est lui-même lié à des ARNpi, de petites séquences d’ARN que l’on trouve uniquement dans les cellules germinales et qui ont pour rôle de bloquer les transposons par ajout des groupements méthyle.
Pour résumer, SPOCD1 recrute les molécules qui permettent de méthyler les transposons, réprimant ainsi leur action destructrice. « Nos résultats donnent les premières informations mécanistes sur un processus fondamental pour le développement des spermatozoïdes et leur intégrité génétique », ajoute O’Carroll.
Bien que cette découverte soit insuffisante pour expliquer les diverses raisons qui protègent les spermatozoïdes d’une mort précoce durant les multiples modifications de l’ADN, elle pourrait servir de premier indice pour comprendre certaines formes d’infertilité. « L’identification de SPOCD1 ouvre enfin les portes à une enquête plus approfondie qui donnera une compréhension plus élaborée de ce processus insaisissable et de la fertilité masculine ».