Une broche (en haut, à gauche) est une structure élaborée en forme de ballon de football qui sépare physiquement les chromosomes pendant la division cellulaire, s'assurer que chaque cellule nouvellement divisée obtient la quantité correcte de matériel génétique. Le bleu représente les chromosomes, et deux composants de la broche sont représentés en vert et en rouge ; les verts sont des fibres appelées microtubules qui se fixent aux chromosomes, et la protéine rouge marque les deux extrémités du fuseau. L'image en bas à droite représente un fuseau dans lequel deux protéines - KLP-15 et KLP-16 - ont été éliminées dans les recherches de Sadie Wignall, provoquant l'effondrement de la structure de la broche en une boule ronde désordonnée. Crédit :Université Northwestern
Deux études récentes de la Northwestern University ont jeté un nouvel éclairage sur le mystère de la principale cause de malformations congénitales et de fausses couches, jeter les bases de recherches futures dans un domaine peu étudié mais d'une importance cruciale de l'étude génétique.
Les études examinent ce qui se passe pendant le processus qui produit des ovules (ovocytes), qui deviennent plus tard des embryons lorsqu'ils sont fécondés. Dix à 25 pour cent des embryons humains contiennent le mauvais nombre de chromosomes parce que l'ovule ne s'est pas divisé correctement, qui est un problème unique aux ovules.
Ces erreurs sont la principale cause de fausses couches et de malformations congénitales telles que le syndrome de Down, et l'incidence de ces erreurs augmente considérablement à mesure que les femmes vieillissent. Il est essentiel de comprendre pourquoi les ovules sont plus sujets à cette erreur de division, étant donné que les femmes choisissent de plus en plus de fonder une famille à un âge plus avancé.
La première étude, publié dans le Journal de biologie cellulaire en mars, ont révélé que les ovocytes utilisent une stratégie innovante pour détecter et prévenir les erreurs lors de la division cellulaire, tandis que la deuxième étude, publié le 26 septembre dans PLOS Génétique , identifié de nouvelles protéines essentielles pour le processus de division cellulaire et découvert qu'une protéine de sauvegarde intervient lorsque la division ne parvient pas à garantir que l'embryon reçoit le nombre correct de chromosomes.
"Pris ensemble, ces deux études nous ont révélé à quel point les ovules sont très différents de tous les autres types de cellules, ce qui pourrait jeter un nouvel éclairage important sur les raisons pour lesquelles le processus de reproduction peut être si sujet aux erreurs, " a déclaré l'auteur principal Sadie Wignall, professeur adjoint de biosciences moléculaires au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. "Résoudre ce mystère serait une première étape pour prolonger les années fertiles d'une femme."
Wignall recherche une structure appelée fuseau, une structure élaborée en forme de ballon de football qui sépare physiquement les chromosomes pendant la division cellulaire. Dans la plupart des cellules, des structures appelées centrosomes aident à organiser le fuseau, en veillant à ce qu'il puisse séparer avec précision les chromosomes pour envoyer le nombre correct de chromosomes à chaque cellule nouvellement divisée. Fuseaux dans les ovules, cependant, manque de centrosomes. Ce processus « acentrosomique » est très peu étudié par rapport aux autres types de division cellulaire, conduisant à d'importantes questions sans réponse sur les raisons pour lesquelles il est beaucoup plus sujet aux erreurs lors de la division.
Ce graphique linéaire illustre comment l'incidence des malformations congénitales ou des fausses couches causées par un nombre incorrect de chromosomes augmente à mesure que les femmes vieillissent, et augmente considérablement après 35 ans. Biologie cellulaire moléculaire , huitième édition -- manuel
Dans l'étude publiée en septembre, Wignall et son équipe ont découvert qu'en l'absence de centrosomes, deux protéines - KLP-15 et KLP-16 - étaient essentielles pour diviser les cellules. Les chercheurs ont éliminé ces deux protéines pour découvrir qu'au lieu de former le fuseau normal en forme de ballon de football, la structure du fuseau s'est effondrée en une boule ronde en désordre. A leur grande surprise, malgré ce défaut précoce, une protéine de sauvegarde est alors intervenue et a aidé à séparer les chromosomes aux deux extrémités de la cellule.
"Nous avons été surpris de constater que cette protéine est venue à la rescousse et a fonctionné comme une sauvegarde pour organiser correctement le fuseau, " a déclaré Wignall.
La question reste de savoir pourquoi 10 à 25 pour cent des embryons finissent toujours par ne pas être viables si ce processus de sauvegarde est en place dans les ovocytes. Une théorie, Wignall a dit, est que cette protéine de sauvegarde change ou s'épuise à mesure que les femmes vieillissent.
"Bien que ces mécanismes cellulaires de base puissent être difficiles à saisir, ils impactent directement la reproduction féminine et l'infertilité, " a déclaré Wignall. " Mon laboratoire se concentre sur cela avec l'espoir qu'un jour, nos recherches peuvent aider les personnes ayant des problèmes de fertilité dans les cliniques de fécondation in vitro. »
Wignall effectue ses recherches sur les ovocytes en utilisant de petits vers appelés C. elegans, car ils constituent un puissant organisme de recherche pour les études génétiques. Cependant, son laboratoire s'appuie également sur ces résultats pour effectuer des études parallèles chez la souris en collaboration avec Teresa Woodruff, scientifique en reproduction et directrice du Women's Health Research Institute de la Northwestern University Feinberg School of Medicine. La prochaine étape sera d'étudier ces mécanismes dans les ovocytes humains.
Amanda C. Davis-Roca, un étudiant diplômé du laboratoire de Wignall, était le premier auteur de l'étude publiée en mars, "Les ovocytes de Caenorhabditis elegans détectent les erreurs méiotiques en l'absence d'attachements canoniques de fin de kinétochore." Timothy J. Mullen, un autre étudiant diplômé du laboratoire de Wignall, a été le premier auteur de l'étude publiée en septembre, "L'interaction entre le regroupement des microtubules et les facteurs de tri assure la stabilité du fuseau acentriolaire pendant la méiose des ovocytes de C. elegans."
