Pour que la reproduction soit réussie, un ovule doit se diviser parfaitement. Cependant, les divisions des ovules sont si sujettes aux erreurs qu’elles sont la principale cause de fausses couches et de malformations congénitales chez l’homme.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs de la Northwestern University ont découvert un mécanisme jusque-là inconnu chez les ascaris qui protège leurs ovules des erreurs de division. Découvrir et comprendre ce mécanisme caché pourrait finalement conduire à de nouvelles stratégies de lutte contre l’infertilité chez l’homme.
« Avant nos travaux, on pensait que certaines protéines étaient essentielles à la division des cellules », a déclaré Sadie Wignall de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Cependant, lorsque nous avons retiré ces protéines, nous avons été surpris de découvrir un mécanisme de » sauvegarde « jusqu’alors caché qui pouvait se déclencher lorsque les principales protéines manquaient. Nous avons découvert quelque chose que d’autres chercheurs ont manqué car, si le mécanisme majeur est en place , alors vous ne sauriez pas que cette sauvegarde existait. »
L’étude a été publiée aujourd’hui (29 mars) dans la revue eVie.
Wignall est professeur agrégé de biosciences moléculaires au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. Gabriel Cavin-Meza, étudiant diplômé du laboratoire de Wignall, est le premier auteur de l’article.
Lorsqu’un ovule est fécondé avec du sperme, l’embryon qui en résulte commence à se diviser rapidement, se transformant finalement en un organisme sain. Cependant, si l’ovule ou le sperme contient la mauvaise quantité de matériel génétique, l’organisme ne peut pas se développer correctement.
Fuseau en métaphase de longueur et de forme normales. Les chromosomes sont alignés de manière stable au centre du fuseau. Crédit : Sadie Wignall/Northwestern University/eVie
Alors que d’autres cellules du corps humain se divisent parfaitement plus de 99 % du temps, les ovules sont mystérieusement sujets aux erreurs. Environ 10 à 25 % du temps, les ovules se divisent de manière incorrecte, ce qui entraîne une mauvaise quantité de matériel génétique dans l’embryon.
Pour comprendre pourquoi les ovules sont plus sensibles aux erreurs, Wignall étudie une structure en forme de ballon de football, appelée fuseau, qui organise le matériel génétique avant que l’œuf ne se divise.
« La broche est comme une machine », a déclaré Wignall. « Il aligne les chromosomes puis les sépare, garantissant que le bon nombre de chromosomes se retrouve dans chaque moitié de la cellule. »
Le fuseau est composé de longues structures en forme de corde appelées microtubules. Les microtubules se rassemblent en points à chaque pôle du fuseau, lui donnant sa forme de football. Ensuite, les microtubules se fixent aux chromosomes et finissent par les séparer.
Une fois la protéine motrice dynéine retirée, le fuseau se brise, entraînant l’éjection de chromosomes individuels dans le cytoplasme. Crédit : Sadie Wignall/Northwestern University/eVie
« Les protéines motrices se lient aux microtubules et prennent des mesures pour se déplacer le long d’eux, tout comme les humains marchent en utilisant leurs jambes », a déclaré Wignall. « Lorsque les microtubules se forment pour la première fois, ils forment un gâchis aléatoire. Ensuite, les moteurs utilisent ce mouvement de marche pour pousser les microtubules afin de les disposer dans la structure de la broche. »
Avant la nouvelle étude de Wignall, les chercheurs pensaient que deux protéines motrices (dynéine et kinésine-12) étaient principalement responsables de cette tâche. Mais lorsque Cavin-Meza a retiré les deux protéines des ovules des vers ronds, il a vu quelque chose de choquant.
« Lorsque nous avons retiré ces protéines, cela a fait exploser tout le fuseau », a déclaré Wignall. « Ensuite, nous avons été surpris de voir la réforme de la broche. »
En l’absence de dynéine et de kinésine-12, une autre protéine motrice (appelée kinésine-5) est sortie de sa cachette pour effectuer son devoir de secours. En fin de compte, ce mécanisme jusque-là inconnu a restauré la structure du fuseau, permettant aux chromosomes d’être séparés.
Broche sans la protéine motrice dynéine. Après la rupture du fuseau, les faisceaux de microtubules se réorganisent autour de chromosomes individuels. Peu de temps après la réorganisation, une séparation de type anaphase se produit de manière synchrone sur tous les chromosomes. Crédit : Sadie Wignall/Northwestern University/eVie
Bien que cette étude ait été réalisée chez C. elegans, un ver rond bien étudié qui est couramment utilisé comme modèle de reproduction, Wignall pense que des mécanismes similaires pourraient être présents chez l’homme. Mais parce que si peu d’ovules humains sont donnés à la science, les chercheurs étudient des organismes modèles pour sonder des questions et élaborer des détails avant d’examiner les humains.
« Tous les composants de notre étude sont également présents dans les œufs humains », a déclaré Wignall. « Les fuseaux semblent se former de la même manière chez les humains et se ressemblent même exactement. Il serait vraiment intéressant de voir si les humains ont également ce mécanisme de sauvegarde. »
Gabriel Cavin-Meza et al, Plusieurs moteurs coopèrent pour établir et maintenir la bipolarité du fuseau acentrosomal dans la méiose des ovocytes de C. elegans, eVie (2022). DOI : 10.7554/eLife.72872