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Actualité | Une étude révèle comment des « chromosomes égoïstes » détournent des mécanismes génétiques pour éliminer les spermatozoïdes concurrents
Actualité | Une étude révèle comment des « chromosomes égoïstes » détournent des mécanismes génétiques pour éliminer les spermatozoïdes concurrents
Une nouvelle étude dirigée par l’Université de l’Utah a élucidé un mécanisme génétique qui intrigue depuis longtemps les biologistes de l’évolution : la manière dont les « chromosomes égoïstes » manipulent la reproduction pour augmenter leurs chances d’être transmis à la génération suivante. L’étude a montré que ces chromosomes détournent un gène appelé Overdrive (Ovd) afin d’éliminer les spermatozoïdes concurrents.
En temps normal, Overdrive assure un « contrôle qualité » pendant le développement des spermatozoïdes en repérant et en éliminant les cellules anormales. Les chromosomes égoïstes exploitent ce mécanisme pour éliminer des concurrents sains et accroître leurs propres chances de transmission.
Les résultats ont été publiés dans Nature Communications.
La distorsion de ségrégation enfreint la règle de transmission de 50%
Selon les lois de l’hérédité mendélienne, les gènes parentaux ont généralement environ 50% de chances d’être transmis à la descendance. Dans certains cas, des gènes utilisent toutefois des mécanismes particuliers pour augmenter leurs chances de transmission.
Ce phénomène est appelé distorsion de ségrégation.
L’équipe l’a observé chez deux espèces de drosophiles. Bien que ces espèces portent des chromosomes égoïstes totalement différents, toutes deux exploitent la même voie génétique : Overdrive.
Jackson Ridges, premier auteur et biologiste à l’Université de l’Utah, a indiqué qu’il s’agissait de la première découverte montrant que des chromosomes égoïstes ayant évolué indépendamment utilisent le même gène pour éliminer les gamètes concurrents.
Il a déclaré : « C’est la première démonstration qu’un même gène joue un rôle clé dans plusieurs systèmes indépendants de chromosomes égoïstes. Cela suggère que différents chromosomes peuvent évoluer indépendamment tout en exploitant le même mécanisme cellulaire. »
Overdrive élimine normalement les spermatozoïdes anormaux
Les chercheurs ont constaté qu’Overdrive agit normalement comme un système de contrôle qualité pendant le développement des spermatozoïdes.
Si des anomalies surviennent pendant la formation des spermatozoïdes, Ovd déclenche un mécanisme qui empêche ces gamètes de poursuivre leur développement, contribuant ainsi à préserver la qualité des cellules germinales.
Les chromosomes égoïstes peuvent manipuler ce mécanisme afin qu’il élimine non seulement les spermatozoïdes anormaux, mais aussi les spermatozoïdes normaux porteurs d’autres chromosomes.
Les spermatozoïdes porteurs du chromosome égoïste bénéficient ainsi d’un avantage concurrentiel, ce qui augmente les chances de transmission de ce chromosome à la génération suivante.
Des expériences d’inactivation génique révèlent son rôle clé
Pour étudier le rôle d’Ovd, l’équipe a mené des expériences d’inactivation génique chez Drosophila pseudoobscura et Drosophila melanogaster.
Les chercheurs ont supprimé Ovd et observé les effets sur la reproduction. Étonnamment, même sans ce gène, les drosophiles continuaient à produire des spermatozoïdes de façon globalement normale.
Ovd ne semble donc pas indispensable à la formation des spermatozoïdes, mais remplirait plutôt une fonction de contrôle qualité.
Les chercheurs ont comparé ce mécanisme à celui du gène suppresseur de tumeur bien connu P53. P53 empêche normalement la prolifération cellulaire excessive, mais en l’absence de lésions de l’ADN, les cellules peuvent survivre sans lui.
L’équipe a donc émis l’hypothèse qu’Ovd n’agirait que lorsqu’il détecte une anomalie.
Une expérience à température élevée confirme la fonction de contrôle qualité
Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont utilisé un phénomène connu dans la reproduction des drosophiles : les mâles deviennent généralement infertiles au-dessus de 31°C, bien que la cause reste mal comprise.
Des drosophiles normales et d’autres dépourvues d’Ovd ont été maintenues à température élevée pendant une semaine.
Les drosophiles normales sont devenues totalement infertiles, tandis que celles dépourvues d’Ovd ont continué à produire une descendance.
L’équipe en a déduit qu’en situation de stress, notamment à température élevée, Ovd empêche le développement de spermatozoïdes potentiellement endommagés et évite ainsi la production de gamètes de mauvaise qualité.
Nitin Phadnis, coauteur et professeur associé à l’Université de l’Utah, a déclaré : « Ce résultat confirme presque avec certitude que la fonction normale d’Overdrive consiste à empêcher la production de gamètes anormaux. Lorsque nous supprimons ce “bloqueur”, le comportement des chromosomes égoïstes disparaît également. »
Les chercheurs ont souligné qu’Overdrive n’est pas lui-même un « gène égoïste », mais un système de contrôle qualité de la reproduction exploité par les chromosomes égoïstes.
Des pistes pour comprendre l’infertilité et l’évolution des espèces
Les scientifiques ont découvert la distorsion de ségrégation pour la première fois chez la drosophile Drosophila obscura dans les années 1920. Des mécanismes similaires ont depuis été observés dans tout le règne animal, des nématodes aux mammifères, mais leur fondement moléculaire restait mal compris.
Bien qu’aucun système génétique identique n’ait été identifié chez l’humain, les chercheurs pensent que des mécanismes similaires de contrôle qualité de la reproduction pourraient exister chez notre espèce en faisant intervenir d’autres outils moléculaires.
Selon l’équipe, cette découverte pourrait apporter de nouvelles pistes pour comprendre les mécanismes génétiques de l’infertilité masculine et l’isolement reproductif entre les espèces.
Phadnis a souligné que les scientifiques cherchent depuis longtemps à expliquer comment les gènes égoïstes provoquent l’infertilité et favorisent la spéciation, et qu’une étude approfondie d’Overdrive ouvre une nouvelle voie de recherche.
De futures études exploreront des mécanismes similaires chez d’autres espèces
L’équipe prévoit d’inactiver Overdrive chez d’autres espèces de drosophiles afin de déterminer si d’autres chromosomes égoïstes exploitent également ce système de contrôle qualité.
Les chercheurs souhaitent aussi déterminer si une distorsion de ségrégation similaire existe dans la lignée humaine.
Selon eux, une meilleure compréhension de cette « concurrence interne » génétique pourrait révéler les conflits génétiques à l’œuvre dans l’évolution et faire progresser la biologie de la reproduction et la génétique.
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