Introduction
La qualité des ovocytes est un facteur déterminant pour la fertilité féminine et la santé de la descendance. Avec l'augmentation de l'âge maternel à la procréation, les mécanismes de réparation de l'ADN dans les ovocytes suscitent un intérêt croissant. Cet article explore les différents mécanismes de réparation de l'ADN impliqués dans les ovocytes, leur importance pour le maintien de l'intégrité génomique et les conséquences de leur dysfonctionnement.
Vieillissement ovocytaire et altération de la chromatine
L'âge moyen de procréation a considérablement augmenté depuis les années 1970, passant de 21 ans à plus de 28 ans. De nombreuses femmes envisagent ou ont des enfants après 40 ans. Malheureusement, la qualité des ovocytes chez les mammifères diminue rapidement avec l'âge, ce qui entraîne une baisse des taux de fécondité et une augmentation des problèmes d'infertilité. Ce phénomène est lié au vieillissement des gamètes, qui survient relativement tôt chez les femmes.
Une étude israélienne récente s'est penchée sur les mécanismes impliqués dans le vieillissement ovocytaire, en particulier les modifications de la chromatine et du génome. Les résultats montrent qu'avant l'apparition d'une aneuploïdie significative (9M chez la souris), les marqueurs d'hétérochromatine (chromatine dense non transcrite) des histones sont perdus et la maturation des ovocytes est altérée. Cette perte d'hétérochromatine s'accompagne d'une augmentation des composants de la machinerie de l'ARN, tels que Dicer et dsARN, dans les ovocytes de souris.
Ces données peuvent être induites expérimentalement. Inversement, l'inhibition de la transcriptase inverse du rétrotransposon par un traitement à l'azidothymidine (AZT) chez les ovocytes plus âgés répare partiellement leurs défauts de maturation et améliore l'activité de réparation de l'ADN. Ces travaux mettent en évidence un aspect novateur du vieillissement des ovocytes, soulignant l'impact négatif de la perte d'hétérochromatine et de l'activation des rétrotransposons, qui endommagent l'ADN et altèrent la maturation ovocytaire.
Importance de l'intégrité de l'ADN des cellules germinales
Les cellules germinales, y compris les ovocytes, ont un rôle biologique unique : transmettre le capital génétique aux générations futures. Le maintien de l'intégrité de l'ADN de ces cellules est donc essentiel pour assurer une descendance viable et en bonne santé. De nombreux facteurs exogènes et endogènes peuvent endommager l'ADN des spermatozoïdes, ce qui peut avoir des conséquences importantes sur la descendance.
Lire aussi: Ponction d'ovocytes : quel nombre viser ?
Mécanismes de réparation de l'ADN dans les ovocytes
Les ovocytes possèdent divers mécanismes de réparation de l'ADN pour contrer les dommages et maintenir l'intégrité de leur génome. Ces mécanismes comprennent :
Réparation par excision de bases (BER) : Ce mécanisme corrige les bases endommagées ou modifiées par oxydation, alkylation ou désamination. Il implique l'élimination de la base endommagée par une ADN glycosylase, suivie de l'incision du brin d'ADN par une endonucléase AP et de la synthèse d'un nouveau fragment par une ADN polymérase.
Réparation par excision de nucléotides (NER) : Ce mécanisme répare les lésions volumineuses de l'ADN, telles que les dimères de pyrimidine induits par les rayons UV et les adducts d'ADN. Il implique la reconnaissance de la lésion, l'incision du brin d'ADN de part et d'autre de la lésion, l'élimination du fragment contenant la lésion et la synthèse d'un nouveau fragment par une ADN polymérase.
Réparation des mésappariements (MMR) : Ce mécanisme corrige les erreurs d'appariement des bases qui se produisent lors de la réplication de l'ADN. Il implique la reconnaissance du mésappariement, l'incision du brin d'ADN contenant l'erreur, l'élimination du fragment contenant l'erreur et la synthèse d'un nouveau fragment par une ADN polymérase.
Réparation des cassures double brin (DSBR) : Ce mécanisme répare les cassures double brin de l'ADN, qui sont les lésions les plus dangereuses pour la cellule. Il existe deux principales voies de DSBR : la recombinaison homologue (HR) et la jonction d'extrémités non homologues (NHEJ). La HR utilise une séquence d'ADN homologue comme matrice pour réparer la cassure, tandis que la NHEJ relie directement les extrémités de la cassure, souvent avec une perte de nucléotides.
Lire aussi: La vision de Chirac sur le clonage d'ovocytes
Stress oxydatif et dommages à l'ADN
Les formes actives de l'oxygène (RLO), également appelées radicaux libres oxygénés, sont des sous-produits du métabolisme oxydatif. Les RLO les plus importants sont l'anion superoxyde (O2-°), le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et le radical hydroxyle (OH°). Les RLO peuvent endommager les gamètes et les embryons, notamment par la fragmentation de l'ADN (et de l'ARN) et la peroxydation des lipides membranaires. Le stress oxydatif peut entraîner une mortalité embryonnaire, parfois tardive, en raison des altérations membranaires et des effets mutagènes des lésions oxydatives de l'ADN.
Les RLO ont une origine endogène et exogène. Ils sont produits par le métabolisme oxydatif, mais leur formation peut être exacerbée dans certaines conditions. Par exemple, les spermatozoïdes humains incubés en aérobiose génèrent spontanément des composés oxygénés réactifs. De plus, l'exposition à la lumière, à l'oxygène atmosphérique et à la présence de polynucléaires neutrophiles au contact des gamètes ou des embryons peut induire un stress oxydatif.
Les cibles des RLO sont principalement les lipides et les acides nucléiques. Ils induisent des réactions de peroxydation qui affectent les acides gras insaturés des phospholipides membranaires. Ils peuvent également oxyder les nucléotides, conduisant à la formation de 8-hydroxydéoxyguanosine (8-OH-dG), un marqueur de dommage oxydatif de l'ADN.
La peroxydation lipidique dans le spermatozoïde entraîne une perte de phospholipides membranaires, une diminution de la fluidité de la membrane plasmique, une réduction de la mobilité et un vieillissement des spermatozoïdes. Elle peut également interférer avec le processus de fécondation en empêchant les fusions membranaires. La fragmentation de l'ADN (et de l'ARN) peut provoquer une mortalité embryonnaire, parfois tardive, en raison des effets mutagènes des lésions oxydatives de l'ADN.
Défense contre le stress oxydatif
Les gamètes et les embryons possèdent des mécanismes enzymatiques et non enzymatiques pour se protéger contre le stress oxydatif. Ces mécanismes sont présents à la fois dans les cellules et dans leur environnement. Ils sont souvent complémentaires et redondants, ce qui souligne l'importance de cette protection.
Lire aussi: Endométriose et fertilité : le don d'ovocytes
Dans le plasma séminal : Le liquide séminal protège les spermatozoïdes contre les RLO. Il contient des polyamines qui inhibent la peroxydation des lipides et stabilisent la membrane plasmique. Il est également riche en ions zinc, qui est un stabilisateur membranaire, et en transferrine et lactoferrine, qui lient les ions ferriques.
Dans les voies génitales femelles : Le spermatozoïde lors de sa remontée, l'ovocyte et l'embryon sont protégés par divers composés présents dans leur environnement (liquides folliculaire et tubaire) : la vitamine C, le glutathion (stocké dans l'ovocyte et qui jouera un rôle dans la décondensation de la chromatine spermatique), l'albumine, le pyruvate, le lactate, etc.
Mécanismes enzymatiques : La superoxyde dismutase (SOD), la catalase et le système glutathion peroxydase/glutathion réductase (GPX/GR) sont des enzymes antioxydantes qui protègent les cellules contre les RLO. La catalase semble être la principale enzyme protectrice du spermatozoïde chez l'homme, le taureau et le lapin. Chez la souris, la protection du spermatozoïde semble reposer en priorité sur le système GPX/GR.
Réparation des lésions oxydatives de l'ADN
Des mécanismes enzymatiques de réparation des lésions oxydatives de l'ADN sont présents dans les cellules des mammifères. Les dégâts induits peuvent être réparés dans l'ovocyte et l'embryon. Dans l'ovocyte, la polymérase bêta et l'endonucléase APEX ont été décrits. Les protéines Ogg1 constituent le principal système de réparation des lésions oxydatives mutagènes. Chez l'homme, le gène OGG1 code pour une DNA glycosylase qui élimine les produits d'oxydation (la 8-OH-dG) de l'ADN.
Implications cliniques
L'intégrité de l'ADN des spermatozoïdes est considérée comme vitale pour une fécondation normale, un développement correct de l'embryon, une implantation réussie et une grossesse, tant dans le cadre de la procréation naturelle que de la procréation assistée. En fait, les lésions simple brin impliquent de multiples points de rupture dans toutes les régions du génome, étant liées au stress oxydatif, où dans le cadre de la reproduction, elles compliqueraient la grossesse clinique et, par conséquent, augmenteraient le délai de conception.
Plusieurs techniques sont disponibles pour évaluer la fragmentation de l'ADN dans les spermatozoïdes, telles que le test des comètes (COMET), le SCSA séminal, le TUNEL du sperme et le SCD. Dans le cas d'un traitement par FIV, il serait essentiel d'effectuer une sélection des spermatozoïdes la plus précise et la plus efficace possible afin de n'utiliser que les spermatozoïdes dont le matériel génétique n'est pas endommagé au moyen de : colonnes d'annexine V (MACS), puces microfluidiques, etc.
Une étude a cherché à évaluer si l'indice de fragmentation, mesuré par TUNEL, du même échantillon séminal utilisé dans le cycle de fécondation in vitro pouvait avoir un effet néfaste en termes de taux de fécondation, de qualité de l'embryon et de résultats cliniques, en fonction de la qualité de l'ovocyte femelle. Les résultats de cette étude, publiés dans le journal de la British Fertility Society, Human Fertility, sous le titre « Sperm DNA fragmentation on the day of fertilisation is not associated with assisted reproductive technique outcome independently of gamete quality », suggèrent que la fragmentation de l'ADN spermatique le jour de la fécondation n'est pas associée aux résultats des techniques de procréation assistée indépendamment de la qualité des gamètes.
Conclusion
Les mécanismes de réparation de l'ADN dans les ovocytes sont essentiels pour maintenir l'intégrité génomique et assurer une reproduction réussie. Le vieillissement ovocytaire, le stress oxydatif et d'autres facteurs peuvent compromettre ces mécanismes, entraînant une diminution de la qualité des ovocytes et une augmentation des problèmes d'infertilité. La compréhension approfondie de ces mécanismes est cruciale pour développer des stratégies visant à améliorer la qualité des ovocytes et à optimiser les résultats de la procréation assistée.
tags: #ovocytes #mécanismes #de #réparation #ADN