Héritons-nous de notre père que de ses gènes?
L’importance d’une saine alimentation paternelle pour la progéniture
Les souris mâles lèguent un héritage inattendu à leur progéniture. Deux études publiées simultanément en ligne le 31 décembre 2015 dans la
réputée revue scientifique Science, montrent que les spermatozoïdes de rongeurs portent des morceaux d’acides ribonucléiques (ARN) qui modifient le métabolisme de leur progéniture. Les ARN, mis en lumière par ces études, aident normalement à synthétiser des protéines. Or, les résultats de ces deux études mettent en évidence une forme non conventionnelle de transmission de l’hérédité. Les résultats sont « passionnant et surprenants, mais pas impossible », explique le généticien Joseph Nadeau, du Pacific Northwest Diabetes Research Institute à Seattle, Washington.
« Impossible » était exactement l’expression utilisée par de nombreux biologistes à propos d’une présumée hérédité épigénétique, hypothèse qui proposait qu’autre chose qu’une séquence d’ADN pouvait transmettre un trait héréditaire entre les générations. Au cours des dernières années, des chercheurs avaient toutefois cité de nombreux exemples. Le régime alimentaire et le niveau de stress d’une souris mâle, par exemple, semblaient pouvoir modifier le métabolisme de sa progéniture. Les chercheurs tentent toutefois toujours de déterminer comment des descendants héritent des attributs métaboliques et de l’état physiologique de leur père. Certains éléments de preuve impliquaient une modification chimique de l’ADN. D’autres travaux réalisés par le neuroscientifique Tracy Bale de l’University of Pennsylvania Perelman School of Medicine et ses collègues avaient également découvert que les spermatozoïdes de mammifères entreposaient des molécules de régulation des gènes, appelés microARN .
Les nouveaux travaux de la revue Science mettent cette fois-ci en évidence le rôle d’une autre classe d’ARN, l’ARN de transfert ( ARNt). Dans une première étude, le génomiciste Oliver Rando de l’University of Massachusetts Medical School à Worcester et ses collègues ont approfondi leurs travaux de recherche sur un exemple d’hérédité épigénétique dans laquelle la descendance de souris mâles nourries avec un régime alimentaire à faible teneur en protéines montre une activité élevée de gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol et des lipides. Lorsque le groupe de Rando a analysé les spermatozoïdes des mâles privés de protéines, ils ont découvert en abondance des fragments de plusieurs types d’ARNt. Les chercheurs ont également découvert que les spermatozoïdes ont acquis la plupart de ces fragments lors de leur passage dans l’épididyme, petit réservoir adjacent au testicule où ces cellules acquièrent leur maturité.
Dans la seconde étude, une équipe de l’Académie chinoise des sciences à Pékin s’est également penchée sur ces fragments d’ARNt. Après avoir nourri des souris mâles, par des régimes en haute ou en faible teneur en gras, les scientifiques ont micro-injecté les spermatozoïdes de ces animaux dans des ovules non fécondés. Ils ont ensuite suivi la performance métabolique de la progéniture exposée dès la naissance à un régime alimentaire normal. Bien que la progéniture provenant de pères mis sous diète élevée en gras soit restée maigre, elle a développé deux anomalies souvent retrouvées chez leurs pères et chez les personnes qui sont obèses ou diabétiques, soit une malabsorption du glucose et insensibilité à l’insuline.
Afin de déterminer si ces fragments d’ARNt étaient vraiment les responsables de la transmission de tels traits, les chercheurs ont inséré des fragments dans des ovules fertilisés par des spermatozoïdes provenant d’autres individus. Les fragments d’ARNt qui provenaient de pères mis sous un régime riche en graisses ont produit une progéniture qui démontre également une malabsorption en glucose. « Nous avons trouvé de nouveaux liens qui relient les père à leur progéniture » dit le biologiste de la reproduction Qi Chen, coauteur de l’étude, maintenant à l’University of Nevada School of Medicine, à Reno.
« Bien que les ARNt soient surtout connus pour leurs rôles dans la synthèse des protéines, leurs fragments sont de toute évidence impliqués dans d’autres évènements cellulaires». Des particules provenant d’unités fonctionnelles qui semblaient assez bien comprises biologiquement peuvent posséder des fonctions complémentaires intéressantes et inattendues», dit Rando.
Les deux études suggèrent que les fragments d’ARNt modifient l’activité des gènes. En bloquant expérimentalement la fonction d’un de ces fragments d’ARNt à l’intérieur de cellules souches embryonnaires, Rando et ses collègues ont également pu confirmer que cela augmentait l’activité d’environ 70 gènes. Bale indiquent que « les deux études sont vraiment impressionnantes » et stimulent l’intérêt de creuser de façon plus approfondie les mécanismes épigénétiques. Nadeau mentionne que ces travaux devraient aider à surmonter le défi d’identifier de nouvelles molécules responsables de l’hérédité, à l’extérieur de séquences d’ADN.
Les chercheurs doivent maintenant se demander « à quel point ces changements sont-ils permanents et à quelle vitesse peuvent-ils être renversés par une modification de régime ?», dit Susan Ozanne, endocrinologue du développement à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni. Les effets de ces fragments d’ARN ne doivent pas être que nocifs, note Chen. « Si une mauvaise alimentation peut nous influencer, je pense qu’un régime alimentaire sain peut le faire de la même manière », a-t-il prédit.
Références:
Are you inheriting more than genes from your father? Traduit de Mitch Leslie, Science News. 31 December 2015
Biogenesis and function of tRNA fragments during sperm maturation and fertilization in mammals
Sperm tsRNAs contribute to intergenerational inheritance of an acquired metabolic disorder