Dans une revue récente publiée dans la revue Natureun groupe de chercheurs a étudié comment un régime riche en graisses (HFD) avant la conception affecte les spermatozoïdes épididymaires et le rôle du transfert mitochondrial Acide ribonucléique (ARNmt) pour influencer la santé métabolique de la progéniture.
Étude: Héritage épigénétique des ARN mitochondriaux induits par l’alimentation et transmis par les spermatozoïdes. Crédit d’image : Prostock-studio/Shutterstock
Arrière-plan
Outre l’héritage mendélien, les pères utilisent des voies alternatives pour le transfert d’informations intergénérationnel, notamment un pool complexe, dynamique et sensible à l’environnement de petits ARN non codants (sncARN) dans les spermatozoïdes matures, qui influencent le développement embryonnaire et les phénotypes adultes. La production de spermatozoïdes implique la spermatogenèse et la maturation de l’épididyme, deux fenêtres potentielles de susceptibilité environnementale. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement les mécanismes à l’origine des modifications épigénétiques des spermatozoïdes induites par l’alimentation et leurs effets à long terme sur la santé de la progéniture.
Sensibilité des spermatozoïdes épididymaires au régime
Pour étudier comment les spermatozoïdes épididymaires réagissent aux influences environnementales et discerner les contributions des informations épididymaires et spermatogènes aux effets intergénérationnels paternels, l’équipe a mené une expérience sur des souris mâles âgées de 6 semaines. Ces souris ont été nourries soit avec un régime HFD, soit avec un régime faible en gras (LFD) pendant 2 semaines. Après ce défi alimentaire, certains des mâles traités ont été accouplés directement à des femelles non exposées pour générer la génération F1 (groupe Early High-Fat Diet (eHFD)). D’autres ont d’abord été autorisés à s’accoupler pour nettoyer leur épididyme, puis ont repris un régime alimentaire normal pendant 4 semaines avant de s’accoupler à nouveau (groupe Régime standard riche en graisses (sHFD)).
Impact sur la spermatogenèse et la capacité de reproduction
L’alimentation HFD n’a pas affecté la spermatogenèse ou la capacité de reproduction des mâles. Cela a été confirmé par l’histologie des testicules, le diamètre des tubes séminifères, la motilité des spermatozoïdes et les taux de fécondation réussie et de développement préimplantatoire. Les analyses transcriptomiques globales et unicellulaires des spermatides rondes et des testicules ont indiqué une spermatogenèse normale et un impact minimal du HFD.
Effets du HFD sur le poids corporel et la tolérance au glucose
Une exposition au HFD de 2 semaines a entraîné une augmentation légère mais significative du poids corporel et de l’adiposité ainsi qu’une réduction de la tolérance au glucose dans l’ensemble du corps chez les souris exposées. Ces phénotypes se sont inversés après 4 semaines de régime alimentaire régulier. Notamment, une provocation HFD de 2 semaines n’a pas affecté le poids ou la composition corporelle de la progéniture, mais a provoqué le développement d’une intolérance au glucose chez environ 30 % des descendants mâles. Cette intolérance au glucose était constante dans les différentes cohortes et est restée stable au fil du temps. La progéniture des groupes sHFD n’a montré aucune altération du poids corporel, de la composition corporelle ou de la tolérance au glucose.
Signatures transcriptionnelles chez la progéniture
Les différences de tolérance au glucose entre les descendants tolérants au HFD (HFDt) et intolérants au HFD (HFDi) étaient associées à des signatures transcriptionnelles uniques dans les tissus métaboliquement pertinents. Environ 30 % des gènes différentiellement exprimés chez les souris HHFDi étaient également liés à l’obésité infantile chez l’homme. Ces gènes sont regroupés dans des voies liées à la fonction mitochondriale et à l’inflammation.
Indice de masse corporelle (IMC) du père et santé de la progéniture
L’obésité parentale est un facteur de risque important d’obésité précoce chez les enfants. L’analyse des données de l’étude sur les enfants Lifestyle Intervention for Everyone (LIFE) a révélé que l’IMC paternel était indépendamment corrélé à l’IMC de la progéniture, l’IMC paternel contribuant pour 6,5 % supplémentaires à la variation de l’IMC de la progéniture. Le surpoids paternel doublait le risque d’obésité chez la progéniture, surtout lorsque les mères étaient minces. Cet effet était aggravé par l’obésité paternelle et était associé à la résistance à l’insuline. Ces résultats soulignent l’importance du poids corporel préconceptionnel du père pour la santé métabolique de la progéniture.
Rôle des mt-ARNt
Les sncARN des spermatozoïdes sont des médiateurs potentiels des effets épigénétiques paternels. Nous avons profilé les sncARN de spermatides rondes et de spermatozoïdes cauda de souris soumises au HFD. L’analyse a révélé qu’environ 25 % du pool de sncRNA du sperme est sensible au défi HFD, avec une régulation positive significative des ARNmt et de leurs fragments. Ces résultats suggèrent que le transfert mitochondrial Acides ribonucléiques (ARNmt-ts) et ribosomal mitochondrial Acides ribonucléiques (ARNmt) sont principalement régulés positivement en réponse au HFD.
Études humaines sur les ARNmt-ts
Dans une étude impliquant de jeunes volontaires finlandais, les ARNmt-ts se sont révélés positivement associés à l’IMC. Bien qu’obtenus auprès d’une petite cohorte, les résultats suggèrent que les mt-sncRNA jouent un rôle important dans la réponse aux défis métaboliques chez la souris et l’homme.
Transcription active des ARNt-mt dans les spermatozoïdes
Les spermatozoïdes matures peuvent transcrire activement les ARNt-mt, et ces transcriptions ont été régulées positivement après une alimentation HFD. L’analyse des ensembles de données sncRNA-seq a montré que les mt-tsRNA sont principalement présents dans les spermatozoïdes, confortant ainsi leur rôle de signaux moléculaires dynamiques sensibles aux changements environnementaux.
Héritage épigénétique des ARNmt
En utilisant des embryons hybrides et le suivi génétique, nous avons démontré le transfert paternel des ARNmt vers les ovocytes lors de la fécondation. Les embryons mâles engendrés par des mâles nourris avec HFD présentaient une surexpression significative des ARNt-mt, suggérant un lien direct entre le régime alimentaire paternel et les changements transcriptionnels précoces de l’embryon.
Le dysfonctionnement mitochondrial imite les effets HFD
La transcriptomique comparative des tissus a indiqué une régulation négative constante des gènes impliqués dans le métabolisme mitochondrial chez les souris exposées au régime alimentaire. Ceci a été associé à la régulation positive de la machinerie transcriptionnelle de l’ADNmt dans les spermatozoïdes de la queue, suggérant une réponse compensatoire au dysfonctionnement mitochondrial induit par l’alimentation. Ces résultats ont été étayés par les données de l’International Mouse Phenotyping Consortium, qui ont montré des effets paternels sur l’adiposité de la progéniture et l’intolérance au glucose.
Conclusions
Pour résumer, l’étude démontre qu’une alimentation aiguë par HFD ou une induction génétique d’un dysfonctionnement mitochondrial chez les souris mâles entraîne une altération de l’homéostasie du glucose chez leur progéniture mâle. Ceci est lié à une accumulation d’ARNt-mt dans les spermatozoïdes matures, qui sont transférés à l’ovocyte lors de la fécondation, entraînant une altération de la transcription des gènes dans les premiers embryons. Ce mécanisme réversible suggère que la santé métabolique du père peut influencer la progéniture par le biais de signaux mitochondriaux. Bien que d’autres sncARN puissent également jouer un rôle, les ARNmt sont des candidats prometteurs pour la surveillance des interventions liées au mode de vie avant la conception afin de prévenir les troubles métaboliques.
2024-06-07 07:33:00
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