Erreurs au début de la vie – ScienceDaily

Seule une fécondation sur trois mène à une grossesse réussie. De nombreux embryons ne parviennent pas à progresser au-delà du développement précoce. Des biologistes cellulaires de l'Institut Max Planck (MPI) de chimie biophysique à Göttingen (Allemagne), en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de génétique des animaux d'élevage de Mariensee et d'autres collègues internationaux, ont maintenant développé un nouveau système modèle pour étudier le développement embryonnaire précoce. Avec l'aide de ce système, ils ont découvert que des erreurs se produisent souvent lorsque le matériel génétique de chaque parent se combine immédiatement après la fécondation. Cela est dû à un processus remarquablement inefficace.

Les cellules somatiques humaines ont généralement 46 chromosomes, qui, ensemble, portent l'information génétique. Ces chromosomes sont d'abord rassemblés lors de la fécondation, 23 à partir du sperme du père et 23 à partir de l'ovule de la mère. Après la fécondation, les chromosomes parentaux existent initialement dans deux compartiments séparés, appelés pronuclei. Ces pronoyaux se déplacent lentement l'un vers l'autre jusqu'à ce qu'ils entrent en contact. Les enveloppes pronucléaires se dissolvent alors et les chromosomes parentaux s'unissent.

Cependant, la majorité des embryons humains se retrouvent avec un nombre incorrect de chromosomes. Ces embryons ne sont souvent pas viables, ce qui fait de l'unification erronée du génome une cause majeure de fausse couche et d'infertilité.

«Environ 10 à 20 pour cent des embryons qui ont un nombre incorrect de chromosomes résultent de l'œuf contenant déjà trop peu ou trop de chromosomes avant la fécondation. Nous le savions déjà», explique Melina Schuh, directrice du MPI pour la chimie biophysique. «Mais comment ce problème se pose-t-il chez tant d’embryons? Le moment qui suit immédiatement l’union du spermatozoïde et de l’ovule – le stade du zygote – semble être une phase extrêmement critique pour le développement de l’embryon. Nous voulions savoir pourquoi c'est le cas."

Aperçu d'un nouveau système de modèles

Pour leurs investigations, les scientifiques ont analysé des vidéos microscopiques de zygotes humains qui avaient été enregistrées par un laboratoire en Angleterre. Ils ont également cherché à trouver un nouvel organisme modèle adapté à l'étude détaillée du développement embryonnaire précoce. «En collaboration avec nos partenaires de collaboration à l'Institut de génétique des animaux d'élevage, nous avons développé des méthodes pour étudier les embryons bovins vivants, qui ressemblent étroitement aux embryons humains», explique Tommaso Cavazza, un scientifique du département de Schuh. "Le moment des premières divisions cellulaires est comparable dans les embryons humains et bovins. De plus, la fréquence de distribution incorrecte des chromosomes est à peu près la même dans les deux systèmes." Un autre avantage de ce système modèle est le suivant: les scientifiques ont obtenu les œufs à partir desquels les embryons de bovins se sont développés à partir de déchets d'abattoir, donc aucun animal supplémentaire n'a dû être sacrifié.

L'équipe de Schuh a fécondé les œufs de bovins in vitro, puis a utilisé la microscopie à cellules vivantes pour suivre la façon dont le matériel génétique parental s'unit. Ils ont constaté que les chromosomes parentaux se regroupent à l'interface entre les deux pronuclei. Chez certains zygotes, cependant, les chercheurs ont remarqué que les chromosomes individuels ne le faisaient pas. En conséquence, ces chromosomes étaient «perdus» lorsque les génomes parentaux s'unissaient, laissant les noyaux résultants avec trop peu de chromosomes. Ces zygotes ont rapidement montré des défauts de développement.

"Le regroupement des chromosomes à l'interface pronucléaire semble être une étape extrêmement importante", explique Cavazza. "Si le regroupement échoue, les zygotes font souvent des erreurs incompatibles avec le développement sain de l'embryon."

Dépend d'un processus inefficace

Mais pourquoi les chromosomes parentaux échouent-ils souvent à se regrouper correctement? Les chercheurs de Max Planck ont ​​pu le découvrir également, comme le rapporte Cavazza: "Les composants du cytosquelette et de l'enveloppe nucléaire contrôlent le mouvement des chromosomes dans les pronucléus. Curieusement, ces éléments orientent également les deux pronucléus l'un vers l'autre. Nous avons donc affaire à deux processus étroitement liés qui sont essentiels, mais qui tournent souvent mal. Ainsi, le développement sain ou non d'un embryon dépend d'un processus remarquablement inefficace. "

Les découvertes des scientifiques sont également pertinentes pour la fécondation in vitro chez l'homme. Il a été discuté pendant un certain temps si l'accumulation des soi-disant nucléoles à l'interface pronucléaire chez les zygotes humains pourrait être utilisée comme un indicateur des chances de réussite de la fécondation. Les zygotes dans lesquels ces composants pronucléaires se regroupent tous à l'interface ont de meilleures chances de se développer avec succès et pourraient donc être préférentiellement utilisés pour le traitement de la fertilité. «Notre observation selon laquelle les chromosomes doivent se regrouper à l'interface pour garantir un développement embryonnaire sain soutient ce critère de sélection», déclare Schuh.

Source de l'histoire:

Matériaux fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.