Des chercheurs de l’Université de Toronto ont cartographié la distribution spatiale d’environ 700 longs ARN non codants, autrement appelés ARNlnc, dans les testicules. L’équipe a découvert des niveaux d’ARNlnc bien plus élevés dans les testicules que ce qui avait été estimé jusqu’à présent, ce qui indique que les ARNlnc pourraient jouer un rôle plus important dans la reproduction masculine qu’on ne le pensait auparavant.
L'équipe de recherche a entrepris une analyse du génome entier des schémas de localisation des ARNlnc dans les testicules d'un organisme modèle couramment utilisé en recherche biomédicale : la mouche à fruits. Ils ont découvert que le nombre de gènes d'ARNlnc exprimés et leurs niveaux d'expression dépassaient de loin les attentes basées sur les enregistrements existants et les hypothèses sur leur manque de pertinence, en partie en raison du fait que les ARNlnc ne codent pas pour des protéines.
Les longs ARN non codants sont un sujet de controverse car on ne sait pas exactement quelles fonctions ils remplissent, le cas échéant. L'incertitude entourant les lncRNA est due, en partie, à la croyance selon laquelle leurs niveaux d'expression sont relativement faibles dans les génomes. Les résultats de notre étude réfutent cette croyance et démontrent de nombreux rôles potentiels pour les lncRNA dans l'évolution et le développement des spermatozoïdes.
Matthew Jachimowicz, co-auteur de l'étude et doctorant en génétique moléculaire au Centre Donnelly de recherche cellulaire et biomoléculaire de l'Université de Toronto
L'étude a été publiée dans la revue Nature Communications.
Dans le règne animal, les spermatozoïdes en développement présentent les niveaux d’expression génétique les plus élevés, les gènes lncRNA étant exprimés à des niveaux encore plus élevés que les gènes codants, et pendant beaucoup plus longtemps. Le chromosome Y, exprimé de manière unique au cours du développement des spermatozoïdes, présente également un défi unique pour les chercheurs en raison d’une multitude de caractéristiques génétiques inhabituelles, notamment des éléments transposables, des répétitions satellites et des pseudogènes.
Les éléments transposables sont des séquences d'ADN qui se déplacent d'une zone du génome à une autre. Les répétitions satellites et les pseudogènes sont tous deux non codants, les premiers étant constitués de sections plus grandes de séquences d'ADN répétitives tandis que les seconds sont structurellement similaires aux gènes.
La présence de ces éléments non codants répétitifs dans le chromosome Y entraîne son inactivation à tous les stades de développement en dehors de la production de spermatozoïdes. Ils peuvent cependant présenter des risques pour les spermatozoïdes par l'intégration d'éléments non codants dans les gènes, ce qui peut entraîner des mutations, un dysfonctionnement des spermatozoïdes ou des anomalies congénitales.
L’équipe de recherche a trouvé plusieurs exemples de gènes lncRNA qui agissent pour minimiser les activités transposables potentiellement nocives, en les maintenant à un niveau qui favorise l’évolution de nouveaux gènes au lieu de mutations dans les gènes existants.
« Il a été démontré que les spermatozoïdes matures contiennent de l'ARN provenant à la fois de gènes codants et non codants », a déclaré Jachimowicz. « L'ARN non codant présent dans le noyau du spermatozoïde peut avoir un impact sur le métabolisme et le comportement sur plusieurs générations. »
L'équipe de recherche a également découvert un nouveau type de particules à base d'ARNlnc dans le liquide séminal qui pourraient influencer la reproduction et la progéniture. Ils émettent l'hypothèse que les nouvelles particules à base d'ARNlnc pourraient être produites à la fois par les spermatozoïdes et les cellules non spermatiques, et qu'elles pourraient envoyer des signaux intercellulaires complexes.
« De nombreux ARNlnc que nous avons découverts n’avaient pas été détectés lors d’études précédentes parce qu’ils ne sont pas polyadénylés », a déclaré Catherine Shao, première auteure de l’étude et technicienne de laboratoire au Centre Donnelly. « Ce processus ajoute une queue à la molécule d’ARN constituée d’une chaîne de bases adénines, ce qui stabilise la molécule et empêche sa dégradation. Il s’avère que la plupart des ARNlnc ne sont pas polyadénylés, ce qui explique pourquoi tant d’entre eux ont échappé à la détection par les approches conventionnelles. »
« Notre découverte de niveaux élevés d'expression d'ARNlnc dans les testicules est essentielle pour réfuter les hypothèses selon lesquelles les ARNlnc seraient pour la plupart non fonctionnels, car celles-ci sont largement basées sur des observations de faible expression », a déclaré Henry Krause, chercheur principal de l'étude et professeur de génétique moléculaire au Centre Donnelly et à la Faculté de médecine Temerty. « Les particules à base d'ARNlnc récemment découvertes, en particulier, ont le potentiel d'éclairer le développement de nouvelles thérapies à base d'ARN. »
