Les chromosomes paternels et maternels structuralement différents

Communiqué de presse – 28 Octobre 2005 – Lors des premières phases du développement de l’embryon, il existe une différence de structure entre les chromosomes paternels et maternels. C’est ce que des chercheurs du CNRS(1) viennent de découvrir. Ce résultat, obtenu chez la mouche mais probablement valable chez les vertébrés et en particulier chez l’homme, est publié dans la revue Nature du 27 octobre. Il ouvre des perspectives dans la compréhension des modifications qui touchent les chromosomes paternels au tout début de l’embryogénèse.

Dans nos cellules, le matériel génétique contenu dans le noyau est organisé en une structure complexe appelée chromatine. L’unité fondamentale de la chromatine, le nucléosome, est constituée d’ADN enroulé autour de petites protéines, les histones. Cette structure joue un rôle déterminant dans le métabolisme de l’ADN, qu’il s’agisse de la réplication, de la réparation des chromosomes ou de la transcription des gènes.

Au cours de l’embryogenèse, lorsque les gamètes mâles (les spermatozoïdes) se différencient, ils subissent une étape de remodelage de leur noyau qui aboutit au compactage des chromosomes. Dans cette étape, la plupart des histones sont éliminées et remplacées par d’autres protéines, nommées protamines, qui confèrent à l’ADN une structure tridimensionnelle plus compacte que dans la chromatine. Les chromosomes des spermatozoïdes ne sont donc plus fonctionnels. Au moment de la fécondation, lorsqu’un spermatozoïde s’introduit dans l’ovocyte, la chromatine paternelle doit réacquérir une structure normale pour que les chromosomes recouvrent leur capacité à se répliquer et à exprimer leurs gènes. Cette fois, les protamines doivent être éliminées et de nouvelles histones sont déposées sur les chromosomes paternels.

Cette étape cruciale du développement ne dure que quelques minutes et sa perturbation conduit inévitablement à la mort de l’embryon. Des chercheurs du CNRS¹ viennent d’en révéler le mécanisme et de découvrir que cette étape a des conséquences inattendues sur la structure des chromosomes paternels après la fécondation.

En étudiant un mutant de la drosophile chez lequel le remodelage des chromosomes paternels est défectueux (l’embryon ne survit pas), ils ont montré que la protéine HIRA, connue auparavant comme une protéine d’assemblage de la chromatine, joue en fait un rôle essentiel dans le remplacement des protamines par des histones. Toutefois, la protéine HIRA ne remplace pas les protamines par des histones classiques, mais par des histones modifiées. Les chromosomes maternels, qui ne subissent pas ce remodelage, ne sont constitués que d’histones classiques. Ainsi, aux prémisses du développement de l’embryon, les chromosomes paternels et maternels sont structuralement différents.

Les chercheurs pensent que cette différence structurale induite par les histones modifiées existe aussi chez les vertébrés, donc chez l’homme. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension de phénomènes encore mal connus, telles les modifications que subissent les seuls chromosomes paternels au tout début du développement de l’embryon. Citons un exemple : chez les mammifères, l’expression identique des gènes du chromosome X chez les femelles (XX) et chez les mâles (XY), s’effectue par l’inactivation au hasard d’un des deux chromosomes X chez les femelles. Pourtant, au tout début du développement de l’embryon femelle (XX) qui hérite d’un X paternel et d’un X maternel, c’est le X paternel qui est inactif. Les chercheurs pensent que la différence structurale des chromosomes paternels qu’ils ont découverte pourrait jouer un rôle important dans cette inactivation sélective.

Ces images montrent deux étapes qui suivent la fécondation : les noyaux des gamètes male et femelle (en haut) et leurs chromosomes individualisés à la première division de l’embryon (en bas). Les noyaux et les chromosomes sont colorés avec des marqueurs d’histone qui permettent très distinctement de reconnaître les chromosomes maternels, en rouge, et les chromosomes paternels, en jaune. La barre correspond à 10 micromètres. Cette image est disponible auprès de la photothèque du CNRS ([email protected]) © CNRS-Pierre Couble

Notes :
(1) Centre de génétique moléculaire et cellulaire (CNRS/Université Lyon 1)

Références :
The histone H3.3 chaperone HIRA is essential for chromatin assembly in the male pronucleus, Benjamin Loppin, Emilie Bonnefoy, Caroline Anselme, Anne Laurençon, Timothy Karr, Pierre Couble, Nature, 27 octobre 2005.