Les biologistes de l'Oregon révèlent des mécanismes moléculaires qui produisent des dommages à l'ADN dans le sperme

Revue par Emily Henderson, B.Sc.23 octobre 2020

Les biologistes de l'Université de l'Oregon ont utilisé l'organisme modèle Caenorhabditis elegans pour identifier les mécanismes moléculaires qui produisent des dommages à l'ADN dans les spermatozoïdes et contribuent à l'infertilité masculine après une exposition à la chaleur.

Chez l'homme, la température optimale pour la production de spermatozoïdes est juste en dessous de la température corporelle, dans une plage d'environ 90 à 95 degrés F. la fertilité masculine, a déclaré Diana Libuda, professeur au Département de biologie et à l'Institut de biologie moléculaire.

Le phénomène de l'infertilité masculine induite par la chaleur est bien connu, et les effets des expositions modernes à la chaleur telles que les spas, les vêtements serrés et les temps de conduite excessifs ont été largement étudiés. Les mécanismes sous-jacents qui endommagent le sperme et nuisent à la fécondation ne sont pas complètement compris.

Chez l'homme comme chez C. elegans, des augmentations de température relativement faibles suffisent à réduire la fertilité masculine. « 

Diana Libuda, professeur, Département de biologie et Institut de biologie moléculaire

Une augmentation de 2 C (3,6 F) au-dessus de la normale chez C. elegans, un type de ver rond, a conduit à une augmentation de 25 fois des dommages à l'ADN dans le développement des spermatozoïdes par rapport aux spermatozoïdes non exposés. Les œufs fécondés par ces spermatozoïdes endommagés n'ont pas produit de progéniture.

Cette découverte de recherche fondamentale est détaillée dans un article publié en ligne le 15 octobre dans la revue Biologie actuelle par des chercheurs du laboratoire UO de Libuda. La chercheuse postdoctorale Nicole A. Kurhanewicz est l'auteur principal de l'étude.

L'étude fournit une feuille de route pour que les scientifiques poursuivent des études sur les mammifères et les humains pour confirmer si les mêmes mécanismes contribuent à l'infertilité masculine, a déclaré R. Scott Hawley, un expert en recherche sur la méiose qui n'a pas été impliqué dans la recherche.

Hawley, membre de l'Académie nationale des sciences et doyen émérite de l'école d'études supérieures du Stowers Institute for Medical Research à Kansas City, Missouri, avait entendu parler des résultats préliminaires lors d'une conférence universitaire.

« Je pense que c'est un article caractéristique car il montre un effet environnemental qui modifie des séquences d'ADN spécifiques et les protéines qui contrôlent leur activité », a déclaré Hawley. « Ce que le travail de Diana et Nicole a fait, c'est de dire clairement ce qui ne va pas, au niveau des molécules, lorsque la production de spermatozoïdes est altérée par la chaleur, au moins dans les vers. »

L'article aide également à comprendre comment la méiose, le processus qui produit les cellules sexuelles, diffère entre le sperme et les ovules.

Le sperme, la plus petite cellule du corps d'une personne, se forme par milliards à des températures inférieures à la température corporelle et est produit tout au long de la vie adulte. Les œufs, les plus grosses cellules du corps d'une personne, se forment à l'intérieur, où une température constante est maintenue, et ne sont produits que pendant un temps limité au cours du développement du fœtus.

« Nous savons que le développement des spermatozoïdes est très sensible à l'augmentation de la température, tandis que le développement des ovules n'est pas affecté », a déclaré Kurhanewicz. «Les données présentées dans cet article suggèrent qu'une autre façon dont les ovules et les spermatozoïdes se développent différemment réside dans la mesure dans laquelle ils contrôlent la capacité des éléments mobiles de l'ADN, également connus sous le nom de« gènes sauteurs »ou transposons, à se déplacer dans le génome, et leur sensibilité pour le stress thermique, ces mécanismes empêchent ce mouvement. « 

Les transposons sont des segments d'ADN qui se déplacent et modifient les informations génétiques en s'insérant dans de nouvelles positions. Ils laissent également des dommages à l'ADN dans leur sillage. Le mouvement de ces « gènes sauteurs » est normalement réprimé dans le développement du sperme et des ovules. Cependant, cette étude a révélé qu'avec l'exposition à la chaleur, les transposons se déplacent spécifiquement dans le développement du sperme.

L'équipe de recherche a utilisé la microscopie pour observer le développement des spermatozoïdes et des ovules dans des conditions normales et de stress thermique. Dans ce dernier cas, les chercheurs ont constaté une plus grande quantité de dommages à l'ADN dans le sperme, mais pas dans les œufs. En utilisant le séquençage du génome de nouvelle génération, ils ont également identifié les emplacements des transposons dans tout le génome avec et sans exposition à la chaleur.

« Nous avons constaté qu'après un choc thermique, certains transposons se trouvent dans des emplacements nouveaux et plus variables dans le génome masculin », a déclaré Kurhanewicz.

L'étude, a déclaré Hawley, montre non seulement qu'une légère augmentation de la température affecte les divisions méiotiques, mais elle identifie également un mécanisme – non seulement où l'erreur se produit, mais quelle est l'erreur.

« C'est là que ça devient passionnant », a-t-il déclaré. «Si nous pouvons déterminer dans quelle mesure un changement est mauvais, et si vous êtes vraiment préoccupé par les questions environnementales telles que les spas ou les 'boxeurs contre les mémoires', ce type de compréhension moléculaire peut nous permettre de recadrer le débat sur de solides bases scientifiques. «