Dans les cellules eucaryotes, les mitochondries produisent de l’énergie qui est utilisée pour toutes les fonctions cellulaires. Deux voies métaboliques qui influencent la production d’énergie comprennent la phosphorylation oxydative et la glycolyse.
Toutes les cellules sont constituées d’un nombre varié de mitochondries, allant de plusieurs centaines à des milliers par cellule. Chaque mitochondrie contient plusieurs copies d’ADN mitochondrial (ADNmt).
Étude: Spectre des délétions de l’ADNmt du sperme chez les hommes exposés à la pollution atmosphérique industrielle. Crédit d’image : Crevis/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière plan
L’ADN circulaire des mitochondries humaines contient 37 gènes qui codent pour treize protéines, deux acides ribonucléiques ribosomiques (ARNr) et 32 ARN de transfert (ARNt). Les modifications des séquences d’ADNmt peuvent affecter les fonctions mitochondriales qui provoquent par la suite diverses maladies complexes neuromusculaires, cardiovasculaires, gastro-intestinales et neurodégénératives. Les altérations de l’ADNmt peuvent également entraîner des troubles cutanés, le diabète, le cancer et le vieillissement.
Les délétions de gènes peuvent entraîner une modification des séquences d’ADNmt et, par conséquent, ont été associées à des dysfonctionnements mitochondriaux. La base de données MitoBreak comprend environ 1 300 délétions qui affectent 3 à 16 055 paires de bases (pb) du génome mitochondrial.
La majorité de ces délétions se trouvent dans l’arc majeur de l’ADNmt. Notamment, les anomalies de l’ADNmt peuvent provoquer une hétéroplasmie.
Dans le sperme, des mitochondries peuvent être trouvées autour de la pièce médiane de la queue du sperme. Dans le sperme, les mitochondries jouent un rôle important dans la motilité, la capacitation, l’hyperactivation et la réaction acrosomique des spermatozoïdes.
Des changements dans l’ADNmt du sperme et la membrane mitochondriale ont été liés à l’infertilité masculine. De nombreuses grandes délétions courantes d’ADNmt ont été signalées chez des hommes ayant une mauvaise motilité des spermatozoïdes. Fait intéressant, le statut de l’ADNmt du sperme peut être utilisé comme biomarqueur moléculaire de l’exposition environnementale et du stress oxydatif.
En République tchèque, l’agglomération industrielle d’Ostrava est une zone très polluée qui contient une forte concentration d’industries, de chauffage local, de cokeries et de systèmes de transport. Pendant l’hiver, la transmission transfrontalière des polluants des régions industrielles voisines de la Pologne se produit.
Ainsi, la pollution de l’air dans cette zone présente des changements saisonniers avec une circulation accrue des particules et des contaminants gazeux, en particulier le benzène et le protoxyde d’azote. Par rapport aux mois d’été, le niveau de pollution de l’air augmente en hiver.
Auparavant, les chercheurs ont analysé des échantillons de sperme prélevés sur des policiers de la ville d’Ostrava au printemps et en hiver. À cette fin, une augmentation du taux de suppression de l’ADNmt a été observée dans les échantillons de sperme prélevés au printemps, suivi de l’hiver.
Dans un récent Recherche sur les mutations/toxicologie génétique et mutagenèse environnementale étude de journal, le même groupe de chercheurs a comparé les spectres de longueur des suppressions d’ADNmt de sperme en deux saisons avec des niveaux de pollution de l’air variés.
À propos de l’étude
L’étude actuelle fait partie d’un projet en cours sur le vieillissement sain dans l’environnement industriel (HAIE), qui se concentre principalement sur la qualité de vie dans la région polluée de la ville d’Ostrava.
Au total, 54 policiers municipaux en bonne santé et non-fumeurs qui patrouillaient à pied dans la ville d’Ostrava tout au long de l’année ont été inclus dans cette étude. Tous les participants à l’étude ont signalé une consommation modérée d’alcool, aucun abus de drogues et n’ont pas été exposés à d’autres polluants chimiques.
Les données générales et de santé reproductive des participants ont été recueillies. Au cours de la période d’étude, aucun changement drastique dans les modes de vie ou le régime alimentaire n’a été observé, ce qui a contribué à l’exclusion de ces facteurs de confusion qui auraient pu avoir un impact sur l’ADNmt. Des échantillons de sang ont également été prélevés pour des analyses de méthylation et d’expression génique.
Résultats de l’étude
Des taux de délétion de l’ADNmt des spermatozoïdes et une fragmentation de la chromatine des spermatozoïdes plus élevés ont été observés après la période hivernale de forte exposition par rapport à la saison estivale. L’analyse du sperme a montré un niveau accru d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) et de stress oxydatif qui affecte l’intégrité de la chromatine des spermatozoïdes et la condensation lors de la maturation. Ceux-ci altèrent également la mobilité et la viabilité des spermatozoïdes, ainsi que l’ADNmt.
L’analyse de la réaction en chaîne par polymérase de transcription inverse (RT-PCR) a révélé une augmentation des taux de suppression de l’ADNmt du sperme dans les échantillons prélevés pendant l’hiver. Cependant, cette méthode n’a pas réussi à comparer les spectres de longueur des suppressions d’ADNmt au cours des deux saisons.
Pour mesurer la gamme de longueurs des délétions d’ADNmt de sperme dans des échantillons de deux saisons, des amorces PCR ont été utilisées. Ces amorces ont permis le balayage de 8 066 pb de la région la plus fréquemment délétée de l’arc majeur de l’ADNmt.
Un large spectre de longueurs de produits de PCR a été observé dans la majorité des échantillons de sperme. Dans tous les échantillons de sperme, les molécules d’ADNmt de sperme supprimées identifiées étaient significativement inférieures à celles de l’ADNmt de sperme non supprimé. La plupart des bandes aberrantes détectées correspondaient à des produits de PCR de grandes délétions couvrant plusieurs kilobases (kb).
conclusion
Les résultats de l’étude sont cohérents avec les recherches précédentes révélant que l’ADNmt supprimé (ADNmt muté) et l’ADNmt normal coexistent dans les cellules dans un état d’hétéroplasmie. Les délétions d’ADNmt de sperme se produisent généralement dans les spermatogonies et les cellules primordiales. Des délétions génomiques se produisent également pendant la maturation des spermatozoïdes.
Dans l’ensemble, l’étude actuelle a révélé que la pollution de l’air ne déclenchait pas de grandes et petites délétions d’ADNmt détectables par PCR et électrophorèse sur gel, respectivement, dans l’ADNmt de sperme en maturation.
