Début de la vie : ils révèlent le mécanisme clé qui permet à l'embryon de prendre le contrôle après la fécondation

Grâce à un nouvel outil CRISPR qui élimine l'ARN, un groupe de chercheurs du Centre andalou de biologie du développement (CABD) a identifié un mécanisme essentiel au début de la vie des vertébrés et crucial pour la fertilité.

L'étude, publiée récemment, a identifié une protéine spécifique appelée Bckdk kinase, comme facteur essentiel qui permet l'activation du génome de l'embryon, c'est-à-dire le début de la vie. Sans cette protéine, le développement ne pourrait pas démarrer correctement.

Grâce à la phosphorylation, qui est l'ajout de groupes phosphate à d'autres molécules, ce facteur génère une modification chimique qui permet à l'embryon d'« activer » son propre génome, un processus appelé « activation du génome de l'embryon ».

La découverte qui réécrit notre compréhension du début de la vie

Des recherches internationales ont découvert un processus clé qui permet à l'embryon de « prendre le contrôle » de son développement grâce à une modification chimique d'une protéine qui active son propre génome et élimine les instructions héritées de la mère.

La découverte révèle un mécanisme essentiel pour le début de la vie chez les vertébrés et montre que la régulation chimique des protéines dirige les premières étapes après la fécondation. De plus, il introduit un outil innovant basé sur CRISPR pour la contribution maternelle dans l'ovocyte, jusqu'à présent presque inaccessible.

L'étude, codirigée par Miguel A. Moreno-Mateos, du Centre andalou de biologie du développement (CABD, Université Pablo de Olavide-CSIC-Junta de Andalucía), et Ariel Bazzini, du Stowers Institute for Medical Research (États-Unis), a été publiée dans la prestigieuse revue. La revue EMBO.

Durant les premières heures qui suivent la fécondation, l'embryon n'utilise pas encore son propre ADN, et dépend des molécules maternelles stockées dans l'ovule. Cette période, appelée transition maternelle-zygotique, se termine lorsque l’embryon active pour la première fois son génome, étape cruciale pour la poursuite de son développement.

Cette étude démontre que ce processus dépend non seulement de facteurs génétiques, comme on le croyait jusqu'à présent, mais également de modifications chimiques des protéines (notamment des phosphorylations) qui agissent comme des interrupteurs moléculaires.

La transition maternelle-zygotique est un processus fondamental qui se produit chez tous les animaux, y compris les humains. Pendant les premières heures de développement, le génome de l'embryon reste silencieux et le début de la vie dépend entièrement de facteurs maternels, d'ARN et de protéines déposés dans l'œuf, pour commencer ses premières divisions et activer pour la première fois son propre génome.

Cette étape cruciale, appelée activation du génome zygotique, marque le début du contrôle embryonnaire du développement. Tout échec de ce processus peut entraîner des problèmes d’implantation ou des malformations à un stade précoce.

Luis Hernández-Huertas, premier auteur de l'ouvrage, souligne l'importance de comprendre sa régulation pour bien comprendre les premières étapes de l'embryogenèse, qui revêtent une grande importance dans le domaine de la fertilité.

CRISPR à la limite : l'outil qui révèle des facteurs jusqu'alors inaccessibles

Ariel Bazzini, co-auteur de l'étude qui traite des secrets du début de la vie, explique qu'au cours des deux dernières décennies, de nombreux progrès ont été réalisés dans l'identification des facteurs qui contrôlent directement l'activation du génome du nouvel individu. Cependant, ces facteurs et d’autres facteurs cruciaux dans l’embryogenèse sont soumis à différents niveaux de contrôle.

Et parmi eux, les mécanismes de régulation post-traductionnels, tels que la phosphorylation des protéines, ont reçu beaucoup moins d’attention.

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont utilisé deux espèces de poissons largement utilisées en biologie du développement : le poisson zèbre (Danio Rério), célèbre pour être le modèle de vertébré le plus utilisé après la souris, et medaka (Oryzias latipes), qui ont évolué séparément du premier il y a plus de 100 millions d'années.

Tous deux sont des modèles idéaux car ils sont fécondés de manière externe, produisent un grand nombre d’embryons et permettent une manipulation génétique simple. Et trouver le même mécanisme de régulation chez des espèces aussi éloignées confirme qu’il s’agit d’une stratégie hautement conservée chez les vertébrés.

Les chercheurs ont utilisé un outil génétique innovant, appelé CRISPR-RfxCas13d, préalablement optimisé dans le laboratoire de Miguel A Moreno-Mateos, pour étudier le rôle des facteurs maternels lors de la transition maternelle-zygotique.

Cet outil permet d’éliminer précisément les molécules d’ARN chez les embryons. Grâce à cette technique, ils ont analysé 49 gènes maternels chez des embryons de poisson zèbre.

Le criblage a révélé qu’une protéine qui ajoute des groupes phosphate à d’autres molécules (Bckdk kinase) est essentielle à l’activation du génome embryonnaire. Sans cela, l’embryon ne peut pas initier correctement son développement, ce qui a également été confirmé par la suite dans l’autre modèle animal utilisé, le medaka.

« Grâce à l'outil CRISPR-RfxCas13d, qui nous permet d'éliminer avec précision et efficacité les molécules d'ARN, nous avons pu effectuer une surveillance massive des gènes qui font partie de la contribution maternelle à l'embryon, ce qui était jusqu'à présent compliqué et coûteux », souligne Miguel A. Moreno-Mateos, chercheur principal au CABD.

En outre, cette recherche montre pour la première fois que l'outil CRISPR-RfxCas13d peut être utilisé pour étudier systématiquement les facteurs maternels chez les vertébrés et constitue une preuve de principe pour mener un examen plus approfondi, non seulement chez les embryons de poissons mais chez d'autres vertébrés.

Du poisson à l’homme : un mécanisme profondément conservé pour le début de la vie

Ainsi, ils ont découvert que la protéine Bckdk agit comme un acteur clé au début de la vie, moment critique du développement, en régulant une autre protéine (Phf10) qui doit être chimiquement modifiée (« phosphorylée ») précisément pour remplir sa fonction. Grâce à cette régulation, l’embryon maintient en équilibre des marques chimiques, appelées acétylations, sur les histones.

Ces modifications protéiques sont essentielles pour décider au début de la vie quels gènes seront actifs. « Nous avons montré que la régulation de la phosphorylation des protéines est un mécanisme essentiel pour que l'embryogenèse se développe et atteigne son terme », explique Hernández-Huertas.

Comprendre comment le début de la vie est régulé a des implications directes sur la fertilité, mais aussi sur les processus par lesquels les cellules différenciées retrouvent un état de pluripotence, similaire à l'état embryonnaire, comme cela se produit dans le cancer ou la régénération tissulaire.

La prochaine étape consistera à explorer si d'autres modifications chimiques des protéines, en plus de la phosphorylation – telles que l'acétylation ou la méthylation – sont également déterminantes dans ce processus, ainsi qu'à étendre les études aux modèles mammifères.

Les découvertes de ce facteur d'initiation de la vie ont été initialement observées dans des embryons de poisson zèbre, puis corroborées chez des poissons de l'espèce medaka, démontrant qu'il s'agit d'un mécanisme conservé chez les vertébrés.

Comprendre la régulation du début de la vie a d'innombrables implications directes, non seulement dans le domaine de la fertilité, mais aussi dans d'autres processus biologiques où les cellules retrouvent un état similaire à l'état embryonnaire, appelé pluripotence, ce qui se produit dans le cas de la régénération tissulaire et/ou du cancer. Continuer la lecture sur ECOticias.com