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L’épigénétique du spermatozoïde bovin : un cas à part

Par comparaison avec les spermatozoïdes d’autres espèces (béliers, boucs, étalons, verrats, souris mâles et Homme), la méthylation globale de l’ADN est particulièrement faible dans le spermatozoïde bovin (45,5% contre 57,1% à 76,1% pour les autres espèces).

Protocole article Perrier 2018 © Jean Philippe Perrier
Par Sylvie André
Mis à jour le 21/09/2018
Publié le 19/09/2018

La semence de taureaux est un produit largement diffusé sur le marché de l’insémination artificielle. La plupart des inséminations de vaches en France s’effectuant avec des semences de taureaux génotypés (génétiquement sélectionnés), des connaissances sur l'épigénétique des spermatozoïdes bovins seraient utiles pour améliorer le choix des semences. Parmi les marques épigénétiques, la méthylation de l’ADN tient une place essentielle : son remaniement est en effet indispensable aux processus fondamentaux que sont la différenciation des cellules germinales, la spermatogénèse et le développement embryonnaire précoce.

Alors que chez l’Homme, de nombreuses études ont montré que des altérations des profils de méthylation spermatiques sont associées à la sub-fertilité, il existe peu de données sur la méthylation de l’ADN dans le spermatozoïde bovin. Le méthylome spermatique est pourtant le fruit d’une reprogrammation épigénétique ayant démarré dès la vie fœtale, et il joue un rôle essentiel dans la compaction de la chromatine et la protection du patrimoine génétique paternel.

Un épigénome spécifique du tissu et de l’espèce

Le méthylome spermatique a été comparé avec celui de cellules somatiques adultes (fibroblastes, foie, monocytes) en utilisant deux approches pan-génomiques couvrant des régions différentes du génome bovin : RRBS (Reduced Representation Bisulfite Sequencing) et MeDIP-chip (immunoprécipitation de l’ADN méthylé et hybridation sur une puce de promoteurs bovins). Les analyses ont permis derévéler l’existence de séquences faiblement méthylées dans le spermatozoïde bovin par rapport aux cellules somatiques. Cette hypométhylation affecte des gènes importants pour la différenciation de la lignée germinale, les fonctions spermatiques, ainsi que des séquences satellites***.

La comparaison avec des spermatozoïdes d’autres espèces (béliers, boucs, étalons, verrats, souris mâles et Homme) a montré que la méthylation globale de l’ADN était particulièrement faible dans le spermatozoïde bovin(45,5% contre 57,1% à 76,1% pour les autres espèces). Les bovins présentent un taux de séquences satellites hypométhylées particulièrement abondant. Cela pourrait expliquer pourquoi les spermatozoïdes bovins présentent un taux de méthylation global plus faible que les spermatozoïdes d’autres espèces de mammifères.

L’originalité de ce travail est d’étendre au génome bovin les connaissances disponibles sur d’autres espèces (souris, rat chien, homme singe) [2], et de montrer que les séquences satellites, qui ne sont que partiellement déméthylées au cours de la reprogrammation épigénétique de la lignée germinale mâle chez l’Homme et la souris [3], présentent un niveau de méthylation très bas dans le spermatozoïde bovin.

Ces résultats suggèrent que des mécanismes spécifiques à l’espèce bovine sont à l’œuvre pour la reprogrammation et/ou la maintenance de la méthylation dans la lignée germinale mâle.

*Méthylome : L'ensemble des modifications de méthylation dans le génome d'un organisme ou dans une cellule particulière

**Les modifications épigénétiques: il s’agit de modifications chimiques (par ajout d’un groupement chimique, méthylation, acétylation etc.) soit de l’ADN, soit des histones, les protéines qui  entourent l’ADN et forment avec lui la chromatine. Ces modifications activent ou inhibent l’expression des gènes. L’ensemble des marques apposées sur le génome constitue l’épigénome. Elles régulent  l’expression des gènes sans modifier leur séquence nucléotidique.

***L'ADN satellite est un type de séquences d’ADN répétées.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Département(s) associé(s) :
Physiologie animale et systèmes d’élevage
Centre(s) associé(s) :
Jouy-en-Josas

Financements

ANR-13-LAB3-0008-01, LabCom « SeQuaMol » et ANR-11-INBS-0003, « CRB-Anim »

Références

Publication issue de ce travail:

1.            Perrier JP, Sellem E, Prezelin A, Gasselin M, Jouneau L, Piumi F, Al Adhami H, Weber M, Fritz S, Boichard D, Le Danvic C, Schibler L, Jammes H, Kiefer H : A multi-scale analysis of bull sperm methylome revealed both species peculiarities and conserved tissue-specific features. BMC genomics2018,19(1):404.

Autres publications citées:

2.            Qu J, Hodges E, Molaro A, Gagneux P, Dean MD, Hannon GJ, Smith AD : Evolutionary expansion of DNA hypomethylation in the mammalian germline genome. Genome research2018,28(2):145-158.

3.            Tang WW, Kobayashi T, Irie N, Dietmann S, Surani MA:Specification and epigenetic programming of the human germ line.Nature reviews Genetics2016,17(10):585-600.