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Le secret du compactage de l’ADN dans les spermatozoïdes

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Les spermatozoïdes ont la charge d'apporter l'ADN mâle jusqu'à l'ovocyte, mais ils doivent en plus le conserver intact. Dans le minuscule espace qui lui est réservé, le matériel génétique est fortement compacté avant d'entreprendre son voyage. Des recherches françaises viennent de mettre en lumière un élément clé de ce processus : l'histone TH2B.

Parmi des centaines de millions de concurrents au départ, un seul spermatozoïde fécondera l'ovule. Grâce notamment au courant régnant dans les trompes de Fallope, il parvient à s'orienter en direction de sa cible ultime. © Denise Escalier, Inserm

Durant la reproduction, les spermatozoïdes se chargent d'apporter l'ADN mâle aux organes sexuels féminins, relevant au passage un véritable défi. En effet, quoi qu'il arrive, le patrimoine génétique livré doit conserver son intégrité afin d'autoriser la fécondation. Pour y arriver, le génome change progressivement de configuration spatiale lors de la spermatogenèse, c'est-à-dire durant la formation des gamètes, afin d'être véhiculé sous une forme compacte et résistante. Toute défaillance de compactage peut entraîner une infertilité.

Les molécules qui participent au compactage de l'ADN (histones, protéines de transition, protamines) sont connues depuis longtemps. Cependant, les déterminants moléculaires à l'origine de ces changements rapides de configuration restent mystérieux. Ou plutôt, pour être exact, restaient mystérieux.

À l'Inserm, l'équipe Épigénétique et signalisation cellulaire de Saadi Khochbin, directeur de recherche au CNRS, vient de décrire pour la première fois comment, dans les cellules germinales mâles, un élément organisateur dirige l'empaquetage compact, précis et spécifique du génome. Il s'agit d'une histone particulière nommée TH2B, l'une des premières histones identifiées dès 1975.

Le spermatozoïde possède une tête, où se trouvent le noyau et l'ADN mâle, et un flagelle qui assure la mobilité. © Anna Tanczos, Wellcome Images, Flickr, cc by nc nd 2.0

L'empaquetage de l’ADN pour optimiser la PMA

Cette petite protéine se fixe à l'ADN au cours de la spermatogenèse, et lui donne donc la configuration requise pour son compactage final, en vue de son voyage vers l'ovocyte. Étonnamment, les chercheurs ont également montré que cette histone est aussi présente dans le gamète femelle et contribue, après fécondation, à rempaqueter le génome mâle à la suite de son entrée dans la cellule germinale femelle.

« Nous avons donc découvert un élément important dans la transmission de l'information génétique paternelle, qui participe non seulement à son conditionnement pour une expédition par l'organe reproducteur mâle, mais également à sa réception par la cellule femelle », explique Saadi Khochbin, principal auteur de l'étude publiée dans Genes and Development.

Cette recherche a nécessité la mise en place de plusieurs modèles de souris, ainsi que le développement d'approches impliquant de récentes technologies sophistiquées. Leurs buts : explorer le génome dans sa globalité (techniques génomiques, transcriptomiques), et comprendre de nouveaux mécanismes à l'échelle moléculaire (approches protéomiques et modélisations structurales). Sur un plan fondamental, ces travaux améliorent les connaissances de la transmission du génome mâle lors de la reproduction. Par ailleurs, ils ont également des implications dans la compréhension de l'infertilité et dans l'optimisation de la procréation médicalement assistée (PMA).