L'ADN d'un virus ancien détermine le développement précoce de l'embryon
Des éléments viraux que l'on croyait éteints sont réexprimés dans les embryons de mammifères
Plus de la moitié de nos génomes est constituée de milliers de restes d'ADN viral ancien, connus sous le nom d'éléments transposables, qui sont très répandus dans l'arbre de la vie. Autrefois considérés comme la "face cachée" du génome, des chercheurs du Helmholtz Munich et de la Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) viennent de révéler leur rôle crucial dans le développement précoce de l'embryon.
Questions sans réponse sur le rôle de l'ADN viral ancien
Les éléments transposables, vestiges d'un ancien ADN viral, sont réactivés au cours des premières heures et des premiers jours suivant la fécondation. Au cours de cette période dynamique du développement précoce, les cellules embryonnaires font preuve d'une remarquable plasticité, mais les mécanismes moléculaires et les facteurs qui régulent cette plasticité restent obscurs. Les recherches menées sur des modèles tels que la souris suggèrent que les éléments transposables jouent un rôle crucial dans la plasticité cellulaire, mais on ne sait toujours pas s'il s'agit d'une caractéristique universelle chez toutes les espèces de mammifères. La diversité des origines évolutives de ces vestiges viraux soulève d'autres questions quant à leur conservation dans les génomes de mammifères. Il est essentiel de comprendre les mécanismes de régulation qui régissent l'activation des éléments transposables pour faire progresser la médecine de la reproduction et découvrir les principes fondamentaux de la régulation du génome.
Des éléments viraux que l'on croyait éteints sont réexprimés dans des embryons de mammifères
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Maria-Elena Torres-Padilla à Helmholtz Munich et LMU a entrepris d'explorer ces anciennes séquences d'ADN en mettant au point une nouvelle méthode d'étude de leur transcription. Ils ont créé un atlas d'embryons uniques en comparant des embryons de plusieurs espèces de mammifères, dont la souris, la vache, le porc, le lapin et le primate non humain, le macaque rhésus. Leurs conclusions ont été surprenantes : Les chercheurs ont découvert que des éléments viraux très anciens, que l'on croyait éteints, sont réexprimés dans les embryons de mammifères. Ils ont également constaté que chaque espèce étudiée exprime des types distincts de ces éléments.
De nouvelles pistes pour la manipulation des gènes et la recherche sur la plasticité cellulaire
Ces observations montrent que l'activation des éléments transposables est conservée entre les espèces, et l'identification d'éléments spécifiques offre des possibilités intéressantes pour manipuler simultanément des milliers de gènes dans les cellules. "Cette approche offre une nouvelle façon d'influencer le destin cellulaire, par exemple en dirigeant la différenciation des cellules souches, ce qui nécessite généralement la manipulation simultanée de centaines de gènes", explique le Dr Marlies Oomen, coauteur de l'étude. "Nos travaux soulignent l'importance de comprendre les principes de régulation des éléments transposables".
Le professeur Torres-Padilla explique plus en détail : "Notre recherche a révélé que l'activation des éléments transposables est une caractéristique distinctive des embryons précoces chez plusieurs espèces de mammifères. Cette découverte est importante car ces cellules précoces peuvent se différencier en tous les types de cellules du corps. En comprenant comment ces cellules régulent les anciens éléments viraux, nous obtenons des informations cruciales sur les mécanismes de la plasticité cellulaire. Cette étude ouvre la voie à de futures recherches sur des éléments régulateurs spécifiques, avec de larges implications pour la santé, la maladie et la façon dont la manipulation de ces éléments pourrait avoir un impact sur les processus cellulaires".
Un ensemble de données sans précédent sur le développement précoce chez de multiples espèces de mammifères
Outre le développement d'une nouvelle méthodologie qui ouvre de nouvelles voies aux chercheurs travaillant avec des cellules uniques et des embryons, cette étude a généré un ensemble de données sans précédent. Le développement précoce de l'embryon est un processus très dynamique qui présente un grand intérêt pour les scientifiques, mais la plupart des études ont tendance à se concentrer sur une seule espèce, généralement la souris ou l'homme. Cette étude, cependant, a adopté une approche évolutive en comparant plusieurs espèces de mammifères, ce qui a permis d'identifier des voies de régulation clés partagées par l'ensemble des mammifères. Les connaissances biologiques acquises grâce à cette recherche, combinées au riche ensemble de données, constitueront une ressource précieuse pour les chercheurs en biologie du développement et de la reproduction.
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Publication originale
Marlies E. Oomen, Diego Rodriguez-Terrones, Mayuko Kurome, Valeri Zakhartchenko, Lorenza Mottes, Kilian Simmet, Camille Noll, Tsunetoshi Nakatani, Carlos Michel Mourra-Diaz, Irene Aksoy, Pierre Savatier, Jonathan Göke, Eckhard Wolf, Henrik Kaessmann, Maria-Elena Torres-Padilla; "An atlas of transcription initiation reveals regulatory principles of gene and transposable element expression in early mammalian development"; Cell
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