Nouvelles de la génétique médicale

Amparo Tolosa, Nouvelles de la génétique médicale

Des chercheurs de l’EMBL viennent de bouleverser ce que l’on croyait jusqu’à présent se produire lors de la première division de l’embryon en fournissant un mécanisme qui explique pourquoi les génomes maternels et paternels restent séparés et pourquoi tant d’erreurs se produisent lors de cette division.

Oeuf fécondé, avant la première division. Image : Stan Beyler, Ph.D. UNC A.R.T. laboratory.

Après la fécondation de l’ovule par le spermatozoïde, la première division de la cellule résultante marque le début de ce qui deviendra l’embryon ainsi que les prémices d’un nouvel organisme caractérisé par un génome qui est le résultat de la combinaison du matériel héréditaire paternel et maternel.

Jusqu’à présent, on pensait que cette première division du zygote correspondait à la première rencontre entre les chromosomes du père et de la mère et impliquait un seul fuseau mitotique (le système de microtubules qui entoure les chromosomes et organise leur séparation dans les cellules filles issues de la division). Cependant, une technique d’analyse et d’imagerie, spécialement conçue pour l’étude des embryons, a détecté que, contrairement à ce qui se passe dans le reste des divisions, lors de la première division du futur embryon de souris, il n’y a pas un seul fuseau mitotique impliqué, mais deux, un pour chaque ensemble de chromosomes.

Division des cellules. Les chromosomes, en violet, ont été dupliqués et la séparation des deux ensembles en cellules filles correspondantes est dirigée par les fibres du cytosquelette (en vert). Image : Nasser Rusan, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health.

Pendant des années, les chercheurs avaient observé que, dans la première division du zygote, le matériel héréditaire du père et celui de la mère occupaient des compartiments nucléaires distincts dans les embryons à deux cellules. En outre, des erreurs se sont produites avec une certaine fréquence lors de cette division, entraînant l’apparition de cellules à noyaux doubles. Cependant, personne n’avait fourni de mécanisme pour expliquer cette situation.

L’objectif initial des chercheurs était d’observer le comportement des génomes maternel et paternel après la fécondation pour tenter de déterminer pourquoi tant d’erreurs se produisent. Pour ce faire, ils ont utilisé une technique microscopique avancée qui réduit la quantité de lumière à laquelle l’embryon est exposé et fournit des images précises sans compromettre la viabilité. Grâce à cette technique, l’équipe a observé des embryons de souris dans lesquels la partie centrale des chromosomes paternels avait été colorée d’une couleur différente de celle des chromosomes maternels et dans lesquels les microtubules étaient marqués d’une couleur différente des précédents. Ils ont ainsi pu observer la dynamique des chromosomes paternels et maternels, ainsi que celle du fuseau mitotique.

En analysant différents embryons, les chercheurs ont constaté qu’après la rupture de l’enveloppe nucléaire et le début de la première division du zygote, deux fuseaux mitotiques sont organisés autour des génomes parentaux, qui fonctionnent indépendamment et maintiennent les deux génomes séparés pendant la première division.

« Nous avons d’abord examiné le mouvement des chromosomes parentaux uniquement et n’avons pas pu expliquer la cause de la séparation », explique Judith Reichmann, premier auteur de l’article et chercheuse à l’EMBL (European Molecular Biology Laboratory). « Ce n’est que lorsque nous nous sommes concentrés sur les microtubules, les structures dynamiques dont sont constitués les fuseaux, que nous avons pu observer pour la première fois des fuseaux doubles. Cela nous a permis de fournir une explication à un mystère vieux de 20 ans. »

zygote à fuseau mitotique
Représentation des deux fuseaux mitotiques dans le zygote des mammifères. Image : Cartasiova/Hoissan/Reichmann/Ellenberg/EMBL.

Les résultats de ces travaux expliquent l’observation de la séparation des génomes maternels et paternels dans les embryons à deux cellules, ainsi que la fréquence élevée d’erreurs lors de la première division du zygote entraînant une perturbation du développement.

S’il est confirmé que le même phénomène se produit chez l’homme que chez la souris, les résultats pourraient avoir des répercussions importantes en médecine de la reproduction, notamment dans le domaine juridique, puisque la fusion des pronucléus marque le début de la protection de la vie de l’embryon dans certains pays. On estime actuellement que la fusion du génome maternel et paternel se produit lors de la première division. Cependant, si deux fuseaux mitotiques se forment également dans le zygote humain, il faut considérer que la combinaison du matériel héréditaire parental se produit après et non avant cette première division.

Référence : Reichmann J, et al. Dual-spindle formation in zygotes keeps parental genomes apart in early mammalian embryos. La science. 2018. Doi : http://dx.doi.org/10.1126/science.aar7462

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