Génétique

Les spermatozoïdes transmettent plus que de simples gènes

Des traumatismes psychiques ou des troubles alimentaires subis par le père peuvent avoir des répercussions sur la descendance, même après plusieurs générations

Comment certains stress physiologiques d’un futur parent, avant même la conception, peuvent-ils engendrer des effets sur plusieurs générations? Fin décembre, une série d’avancées a été accomplie sur cette voie explorant un mode d’hérédité «buissonnier»: l’épigénétique.

L’épigénétique, ou comment chahuter les lois de l’hérédité classique: ce mode de transmission, en effet, n’est plus exclusivement fondé sur la sacro-sainte séquence de l’ADN. Avec l’épigénétique, c’est un héritage plus subtil – plus fragile aussi – qui est transmis au fil des générations: ce sont des «marques» qui jalonnent le génome, en des sites précis. Sensibles à des facteurs de l’environnement, ces marques «allument» ou «éteignent» nos gènes dans nos cellules. C’est ainsi qu’une cellule de notre cerveau est très différente d’une cellule de notre foie, de nos muscles, de nos os…

Les pères s’engraissent, les enfants trinquent

Publiées le 31 décembre dans Science, deux études ont examiné l’impact d’une alimentation perturbée chez la souris. Dans la première, l’équipe de Qi Zhou (Institut de zoologie, Pékin) a soumis des souris mâles à un régime très gras. Avec le sperme de ces rongeurs, les chercheurs ont fécondé des femelles nourries normalement. Les souris issues de cette manipulation ont développé une intolérance au glucose et une résistance à l’insuline, deux signes de prédiabète. Elles présentaient aussi une moindre expression de gènes impliqués dans le métabolisme des sucres.

La plupart des marques épigénétiques connues sont des groupes biochimiques apposés sur l’ADN, ou des modifications des protéines liées à l’ADN. «Les deux études de Science révèlent l’importance d’autres marques épigénétiques: de petits ARN non codants [les ARN sont, comme l’ADN, des acides nucléiques]», indique Emiliano Ricci, de l’Inserm (Ecole normale supérieure de Lyon), coauteur d’une de ces études.

De fait, les chercheurs chinois ont isolé les ARN des spermatozoïdes de souris soumises à ce régime gras. Puis ils ont injecté ces ARN à des ovocytes de souris juste fécondés. Les rongeurs nés de cette intervention ont développé une intolérance au glucose. Les ARN assurant cette transmission sont des fragments «d’ARN de transfert». Leur principale fonction est de transporter les acides aminés lors de la fabrication des protéines. Mais ici, leurs fragments semblent avoir été «recyclés» à des fins épigénétiques.

Troubles sur deux générations

Dans la seconde étude de Science, l’équipe d’Oliver Rando (faculté de médecine du Massachusetts) a analysé les effets, chez la souris, d’un régime pauvre en protéines. Ses résultats confortent l’idée d’un rôle de ces petits ARN en épigénétique. Un régime pauvre en protéines entraîne, chez la génération suivante, la dérégulation de tout un jeu de gènes, avait montré cette équipe en 2010.

Et chez l’homme? «Dans les spermatozoïdes de personnes obèses, nous trouvons une signature spécifique, constituée de petits ARN et de méthylations de l’ADN. Cette signature marque des gènes qui gouvernent l’appétit», résume Romain Barrès, de l’Université de Copenhague, principal auteur d’une étude publiée en décembre dans Cell Metabolism. Mieux: «Cette signature change drastiquement après une perte de poids massive induite par une chirurgie de l’obésité.»

Les femelles aussi peuvent transmettre des changements épigénétiques. Mais les spermatozoïdes sont plus faciles à étudier que les ovocytes.

Dans une autre étude à paraître dans Molecular Metabolism, cette équipe montre qu’un régime gras, suivi par un rat mâle, provoque des troubles métaboliques sur deux générations. Ces troubles seraient en partie transmis par de petits ARN du sperme.

Est-ce à dire que seuls les mâles transmettent à leur descendance les effets de leurs modes de vie altérés? Non. «Les femelles aussi peuvent transmettre des changements épigénétiques. Mais les spermatozoïdes sont plus faciles à étudier que les ovocytes», dit Isabelle Mansuy, de l’Ecole polytechnique fédérale et de l’université de Zurich.

Troubles psychiques en héritage

D’autres études ont révélé, chez l’animal, comment le traumatisme psychique d’un géniteur peut retentir sur les générations suivantes. En 2010, Isabelle Mansuy montrait les effets d’une séparation chronique et imprévisible de jeunes souris mâles d’avec leur mère. Leurs «enfants» et «petits-enfants» souffraient de troubles dépressifs et cognitifs, d’un retrait social et de désordres métaboliques.

En 2014, l’équipe de Zurich découvrait de petits ARN spécifiques altérés dans le sperme de ces souris traumatisées. En injectant l’ARN du sperme de ces animaux dans des ovocytes juste fécondés, elle reproduisait ces troubles sur deux générations. En octobre 2015, une étude publiée dans les PNAS confortait ces résultats. L’équipe de Tracy Bale, de l’Université de Pennsylvanie, retrouvait de petits ARN spécifiques dans les spermatozoïdes de souris ayant subi un stress chronique précoce.

Quelle est la portée de cette hérédité épigénétique chez les mammifères? C’est un chantier qui s’ouvre. Car l’existence de ces processus reste à prouver chez l’homme, et leurs mécanismes à préciser. Reste aussi cette troublante question: peut-on voir, dans cette transmission épigénétique, une forme d’hérédité des caractères acquis?

«Je ne pense pas que les caractères obèse ou stressé, en tant que tels, soient transmis, estime Romain Barrès. Ce qui se transmet est une adaptation, induite par l’environnement de nos ancêtres.» Emiliano Ricci ajoute que «les caractères transmis par épigénétique peuvent être labiles». Si de nouvelles marques épigénétiques sont facilement créées par des changements environnementaux, elles sont tout aussi aisément effacées par de nouveaux changements. L’épigénome offrirait aux individus un moyen d’explorer rapidement une adaptation à une variation de l’environnement, sans pour autant la graver dans le génome…

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