Mangez mal et votre corps s'en souviendra - et pourrait en transmettre les conséquences à vos enfants. Au cours des dernières années, de plus en plus de preuves ont montré que les spermatozoïdes peuvent prendre acte des décisions du style de vie d'un père et transférer ce bagage à la progéniture. Aujourd'hui, dans deux études complémentaires, les scientifiques nous expliquent comment.
Lorsque les spermatozoïdes traversent le système reproducteur masculin, ils se débarassent et acquièrent une cargaison non génétique qui modifie fondamentalement les spermatozoïdes avant l'éjaculation. Ces modifications communiquent non seulement sur l'état actuel du père en matière de bien-être, mais peuvent également avoir des conséquences dramatiques sur la viabilité des futurs enfants.
Chaque année, plus de 76 000 enfants naissent grâce aux techniques de procréation assistée, dont la plupart impliquent un type de fécondation in vitro (FIV). Ces procédures unissent l'ovule et le sperme en dehors du corps humain, puis transfèrent l'ovule fécondé - l'embryon - dans l'utérus de la femme. Il existe de nombreuses variantes de FIV, mais dans certains cas impliquant l'infertilité masculine - par exemple, les spermatozoïdes qui ont du mal à nager -, les spermatozoïdes doivent être extraits chirurgicalement des testicules ou de l'épididyme, un long conduit sinueux qui soutient chaque testicule.
Une fois que les spermatozoïdes sont produits dans les testicules, ils entreprennent un périple déchirant à travers l'épididyme sinueux - qui, chez un mâle, mesure environ six mètres de long lorsqu'il est déployé - en route pour le stockage. Les spermatozoïdes errent dans l'épididyme pendant environ deux semaines; à la fin de ce chemin, ils sont complètement mobiles. Ainsi, bien que les spermatozoïdes «matures» puissent essentiellement être déversés sur un œuf en attente et qu’on puisse raisonnablement s’attendre à une fécondation, les spermatozoïdes arrachés des testicules et de l’épididyme doivent être injectés directement dans l’ovule avec une aiguille très fine. Quelle que soit la source du sperme, ces techniques ont donné naissance à des nourrissons en bonne santé après quatre décennies d'interventions performantes.
Mais les scientifiques savent que les gènes ne font pas tout. Au cours d'une seule vie, nos génomes restent tels qu'ils ont été écrits à l'origine. Cependant, comment, quand et pourquoi les instructions génétiques sont suivies peuvent radicalement différer sans modifier le manuel lui-même - un peu comme manipuler le volume d'un haut-parleur sans toucher au câblage à l'intérieur. Ce phénomène, appelé «épigénétique», aide à comprendre pourquoi des individus génétiquement identiques dans des environnements similaires, tels que des jumeaux ou des souris de laboratoire, peuvent toujours avoir une apparence et une action très différentes. Et des choses comme le régime alimentaire ou le stress sont capables de faire monter et descendre le volume de nos gènes.
L'un des éléments les plus puissants de la boîte à outils épigénétiques est une classe de molécules appelées petits ARN. Les petits ARN peuvent cacher des informations génétiques à la machinerie cellulaire qui exécute leurs instructions, effaçant efficacement des gènes fantômes.
L'héritage du comportement d'un père peut même survivre chez son enfant si ses éléments épigénétiques pénètrent dans un embryon. Par exemple, les souris nées de pères stressés peuvent hériter des conséquences comportementales des souvenirs traumatiques. De plus, les pères de souris ayant un régime alimentaire peu souhaitable peuvent transmettre un métabolisme insignifiant à leurs enfants.
Upasna Sharma et Colin Conine, tous deux travaillant pour Oliver Rando, professeur de biochimie à la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts, ont été parmi les chercheurs à rapporter de telles découvertes en 2016. Dans leurs travaux, Sharma et Conine ont noté que, chez la souris, Les spermatozoïdes immatures des testicules contiennent un ADN identique à celui des spermatozoïdes matures. Les spermatozoïdes immatures transmettent des informations épigénétiques différentes. Il s'avère que les petits ARN de sperme subissent un renouvellement post-testiculaire, prenant en compte la santé physique du père (ou son absence) après sa fabrication, mais avant sa sortie du corps. Toutefois, on ignore à quel point ces petits ARN supplémentaires s'arrêtent au stand.
Pour résoudre le mystère, Sharma, qui dirigeait la première des deux nouvelles études, a décidé de suivre la composition de petits ARN dans le sperme de souris alors qu'ils fuyaient les testicules et traversaient l'épididyme. Elle et ses collègues ont isolé des spermatozoïdes de différents âges chez des souris, y compris celles qui sont sur le point de sortir des testicules, celles entrant dans la partie précoce de l'épididyme et celles se trouvant à la fin de l'épididyme. Sharma a été surprise de constater que de nombreux petits ARN semblaient avoir été jetés ou détruits lors de leur entrée dans l'épididyme précoce. ensuite, les spermatozoïdes nouvellement libérés ont récupéré des informations épigénétiques reflétant l'état d'existence du père et se vantant d'un ensemble complet au moment de quitter l'épididyme.
Il n’y avait qu’une source possible de réacquisition de l’ARN de petite taille: les cellules de l’épididyme, ce qui signifiait que les cellules situées en dehors du sperme transmettaient des informations aux générations futures.
"[L'épididyme] est l'organe le moins étudié du corps", explique Rando, auteur principal dans les deux journaux. "Et il s'avère que ce tube auquel personne n'a jamais pensé joue un rôle central dans la reproduction."
Pour confirmer que l'épididyme était le coupable, l'équipe de Sharma a ajouté un marqueur chimique à un ensemble de petits ARN de l'épididyme et a suivi leur migration. Comme ils le soupçonnaient, de minuscules cargaisons d’ARN ont été extraites de cellules de l’épididyme et fusionnées avec le sperme. Chaque nageur furtif portait alors ces éléments épigénétiques jusqu'à son union finale avec l'œuf.
Il semblait que les spermatozoïdes en différents points de l'appareil reproducteur avaient la même génétique, mais pas la même épigénétique. Cette différence était-elle assez importante pour avoir de l'importance? Colin Conine, qui a dirigé la deuxième des deux nouvelles études, a ensuite vérifié si l'utilisation de spermatozoïdes immatures aurait des effets notables sur la progéniture de souris. Lui et ses collègues ont extrait le sperme des testicules, de l'épididyme précoce et de l'épididyme tardif et les ont injectés dans des œufs. Les trois types de spermatozoïdes ont pu fertiliser les ovules. Cependant, lorsque Conine a transféré les embryons résultants dans des souris de substitution, aucun n’a dérivé du sperme précoce de l’épididyme, stade intermédiaire dépourvu de la plupart des petits ARN, implanté dans l’utérus. Les spermatozoïdes les moins avancés et les plus matures du groupe étaient les gagnants, mais ceux du milieu étaient en train de brûler, même si tous leurs gènes étaient intacts.
C'était déconcertant pour toutes les personnes impliquées. «Cette étape intermédiaire brisée était vraiment époustouflante», dit Rando.
Au début, les chercheurs se demandaient s’ils avaient en quelque sorte isolé le sperme juvénile destiné à être éliminé de l’épididyme précoce avant d’atteindre l’éjaculation. Mais cela ne semblait pas être le cas: les trois types de spermatozoïdes pouvaient fertiliser les ovules. La seule autre explication était que le défaut était temporaire. Si tel était le cas, alors peut-être que, s'il était alimenté avec les petits ARN appropriés, le sperme épididymal précoce pourrait être sauvé.
Dans son travail, Sharma avait noté que, si la cargaison épigénétique de spermatozoïdes testiculaires et de spermatozoïdes tardif épididymaire différait grandement, ils avaient quelques groupes en commun - mais ces petits ARN ont été expulsés du sperme lorsqu’ils sont entrés dans l’épididyme, puis récupérés des cellules le long des cellules. le canal sinueux. Bien que suspendu au succès, le flop épididymal précoce était le seul stade auquel il manquait ces éléments - et le seul qui soit incapable de générer un embryon implantable.
Pour vérifier si ces petits ARN étaient la clé de la fertilité, les chercheurs ont extrait les petits ARN de l'épididyme tardif et les ont injectés à des embryons fécondés avec le sperme de l'épididyme précoce. À leur grand étonnement, ces embryons ont non seulement implanté, mais ont également donné des ratons de la souris - indiscernables des embryons fertilisés par le sperme tardif de l'épididyme. Le sperme épididymal précoce était défectueux, mais pas irréversiblement. Cela laissait entendre que la carence n'était pas un hasard, mais une partie normale du voyage à travers le labyrinthe épididymal. En d'autres termes, sur le chemin de la maturation, les hommes cassaient le sperme, puis réparaient les dommages.
«C'est très bizarre de les voir perdre [la viabilité] et la récupérer», dit Sharma. Et l'utilité de ce va-et-vient reste tout à fait énigmatique. Mais quelle que soit la raison, il est clair que les spermatozoïdes varient énormément le long du tractus génital.
Mollie Manier, professeur qui étudie la génétique du sperme à la George Washington University et n’est pas affiliée à l’étude, a fait l’éloge du caractère rigoureux de cette recherche «très excitante». «Ces documents nous aident vraiment à mieux comprendre comment les pères peuvent transmettre des informations non génétiques à leurs enfants», explique-t-elle. Selon Heidi Fisher, professeur qui étudie le sperme à l'Université du Maryland et n'a pas participé à la recherche, ces expériences «conçues avec élégance» pourraient également permettre de comprendre comment des problèmes d'épididyme pourraient provoquer des cas d'infertilité masculine inexpliqués.
Dans ses travaux futurs, le groupe de Rando continuera à étudier les ratons de souris issus de spermatozoïdes d'âges variés, en surveillant de près les problèmes à long terme liés à leur santé. L'équipe espère également déterminer quels petits ARN sont directement responsables de la réussite de l'implantation - et pourquoi les spermatozoïdes entrent dans cette incroyable période d'incompétence.
«Il y a beaucoup d'héritage que nous n'avons pas encore expliqué», déclare Conine. "Mais les animaux ne sont pas que leur ADN." Cependant, Conine met en garde que différent ne signifie pas toujours pire. Le sperme testiculaire et épididymaire humain a aidé et continue d'aider des milliers de personnes dans le monde entier à concevoir des enfants.
Cela vient avec une petite mise en garde. Ce n'est qu'en 1978 que le premier bébé est né avec succès d'une procédure de FIV - et bien que des milliers de personnes aient suivi depuis, cette génération est encore jeune. Pour l'instant, il n'y a aucune raison de suspecter des conséquences négatives de la conception in vitro par rapport à la conception naturelle; à mesure que cette population vieillit, les chercheurs continueront à surveiller de près les événements. Étant donné que la majorité des procédures de FIV sont réalisées avec du sperme mature qui a éliminé l'épididyme tardif, Rando n'est pas concerné.
Et, dans le cas peu probable où l'utilisation de spermatozoïdes testiculaires ou épididymaires aurait des répercussions sur ces procédures, Rando continue d'espérer que les travaux futurs permettront aux scientifiques de restaurer les informations nécessaires au manque de spermatozoïdes non mûrs. Un jour, il sera peut-être essentiel de s’attaquer à l’épigénétique pour améliorer les techniques de procréation assistée et pour que les spermatozoïdes soient aussi matures qu’ils se présentent.
