Si vous vous plaignez encore une fois que votre valise est beaucoup trop petite à l’approche de vos vacances, vous devriez vous inspirer des spermatozoïdes humains. Au cours de leur production, ils sont confrontés à une tâche presque insoluble. Ils doivent emballer 23 fils d’ADN d’une longueur totale d’un mètre dans une tête d’un diamètre de seulement trois millièmes de millimètre. Et ce faisant, les fils délicats ne doivent pas s’emmêler dans un nœud inextricable, ni se déchirer.
Nous nous asseyons souvent sur la valise pour la fermer. Le corps recourt à une astuce similaire pendant la spermatogenèse. Normalement, l’ADN forme un enchevêtrement relativement lâche. Dans les spermatozoïdes, cependant, il est extrêmement comprimé. « Si l’ADN prenait autant de place qu’une pastèque dans des circonstances normales, les spermatozoïdes seraient alors aussi gros qu’une balle de tennis », explique le professeur Hubert Schorle de l’Institut de pathologie de l’hôpital universitaire de Bonn.
L’ADN doit être énormément compressé
Les biologistes appellent ce processus l’hypercondensation. Dans leur état lâche, les fils d’ADN sont enroulés autour de nombreuses molécules protéiques sphériques, les histones. Dans cet état, elles ressemblent à 23 petits colliers de perles. Lors de l’hypercondensation, les histones sont d’abord échangées contre des protéines de transition. Dans une étape ultérieure, ceux-ci sont remplacés par ce que l’on appelle des protamines. De par leur composition chimique, les protamines exercent une très forte attraction sur l’ADN. Le fil s’enroule donc dans des boucles très fermes et serrées autour de la protamine.
« La plupart des mammifères semblent ne produire qu’un seul type de protamine, PRM1 », explique le Dr Lena Arévalo, chercheuse postdoctorale dans le groupe de Schorle. « Chez les humains, mais aussi les rongeurs comme les souris, c’est différent, ils ont un deuxième type, PRM2. » La raison exacte pour laquelle cette deuxième protamine est nécessaire n’était pas connue jusqu’à présent. Cependant, on savait que certaines parties de celui-ci sont successivement coupées au cours du développement des spermatozoïdes.
Et ce sont précisément ces parties coupées qui semblent immensément importantes, selon la nouvelle étude publiée dans Génétique PLOS. Lorsque les souris ne produisent qu’une molécule PRM2 tronquée dépourvue des extraits de coupure, elles sont infertiles. « L’élimination des protéines de transition lors de l’hypercondensation est altérée », explique Arévalo. « De plus, la condensation semble se dérouler trop rapidement, provoquant la rupture des brins d’ADN. »
L’espoir des thérapies contre l’infertilité masculine
Il est possible qu’une protamine 2 défectueuse puisse également entraîner l’infertilité chez les mâles de notre propre espèce. L’équipe prévoit maintenant d’approfondir cette hypothèse. « Il n’y a que quelques groupes de recherche qui analysent le rôle des protamines dans l’hypercondensation », explique Schorle, qui est également membre du domaine de recherche transdisciplinaire (TRA) « Vie et santé » de l’Université de Bonn.
« Nous sommes à ce jour le seul laboratoire au monde à avoir réussi à générer et à sélectionner des lignées de souris déficientes en PRM1 et PRM2 qui sont maintenant utilisées pour étudier le rôle de ces protéines dans la spermatogenèse. » A moyen terme, cela pourrait également déboucher sur de nouvelles thérapies contre l’infertilité masculine, espère le chercheur.
Lena Arévalo et al, La perte du domaine clivé de la protamine 2 entraîne un échange incomplet histone-protamine et une infertilité chez la souris, Génétique PLOS (2022). DOI : 10.1371/journal.pgen.1010272