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Caractérisation des acteurs de la reprogrammation épigénétique dans les cellules germinales foetales du rat mâle et de l’influence d'un xénoestrogène pur, l'éthinylestradiol

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Rwigemera, Arlette (2020). Caractérisation des acteurs de la reprogrammation épigénétique dans les cellules germinales foetales du rat mâle et de l’influence d'un xénoestrogène pur, l'éthinylestradiol Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 276 p.

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Résumé

La reprogrammation épigénétique est une étape essentielle du développement des cellules germinales caractérisée par une perte suivie d’un regain de la méthylation de l’ADN (5mC) permettant d’établir l’empreinte génomique et d’assurer la différenciation cellulaire. Il a été suggéré que cette reprogrammation serait la cible de perturbateurs endocriniens à caractère oestrogénique mais leurs effets immédiats sur cette reprogrammation sont peu connus. Nous avons utilisé le rat qui est l’espèce de choix pour des études toxicologiques et caractérisé les événements de la reprogrammation épigénétique très peu décrit dans cette espèce. Notre analyse de la cinétique de 5mC indique que la méthylation de novo du génome, incluant le gène à empreinte H19, débute à 20.5 jours post-coïtum (jpc) in vivo. L’étude des dynamiques d’expression de 165 enzymes modulant la 5mC et les modifications post-traductionnelles des histones (méthylation, acétylation et ubiquitination) pendant le développement périnatal des gonocytes montre un remodelage de la chromatine médiée par des variations de modifications post-traductionnelles d’histones lors de la reméthylation de l’ADN. L’analyse comparative des dynamiques de 6 modifications d’histones dans les gonocytes et ovogonies à différents stades de développement couvrant la phase de méthylation de novo chez le mâle identifie trois modifications d’histones (H3K4me3, H3K27me3 et H2AK119Ub) variant spécifiquement dans les gonocytes mâles suggérant qu’elles jouent un rôle dans la méthylation de novo. Nous montrons que la culture organotypique des testicules foetaux de rat reproduit la cinétique in vivo de trois marques épigénétiques (5mC, H3K4me2 et H3K4me3) sans besoin de facteurs exogènes validant ainsi son utilisation pour investiguer l’action d’un xénoestrogène sur la reprogrammation épigénétique. Le traitement de trois jours avec un agoniste pur des récepteurs aux oestrogènes, l’éthinylestradiol (EE2), sur des testicules explantés avant la reméthylation de l’ADN (18.5 jpc + 3 jours) n’affecte pas le niveau global de 5mC, H3K4me2 et H3K4me3 mais altère la méthylation de 433 régions dans les gonocytes traités comparativement aux témoins. Ces données suggèrent que l’éthinylestradiol n’a pas des effets globaux sur les trois marques épigénétiques étudiées mais induit des altérations spécifiques du méthylome des gonocytes. L’étude transcriptomique des gonocytes et des cellules somatiques révèle que 72 et 177 gènes sont différentiellement exprimés après traitement. Ceci suggère que les gonocytes ne seraient pas la première cible de l’éthinylestradiol. Toutefois, l’EE2 altère l’expression des ARNs non-codants et des récepteurs olfactifs qui sont transcriptionnellement régulés par des mécanismes épigénétiques suggèrant que l’éthinylestradiol peut affecter des mécanismes épigénétiques autres que la méthylation de l’ADN.

Epigenetic reprogramming is an essential step of germ cells development, characterized by a loss followed by regain of DNA methylation (5mC), which allows the establishment of genomic imprint and ensure cell differentiation. It has been suggested that this reprogramming may be the target of estrogenic endocrine disruptors, but little is known about their direct effects on this reprogramming. We used the rat which is the species of choice for toxicological studies and characterized the events of epigenetic reprogramming that are not well studied in rat gonocytes. Our analysis of the kinetics of 5mC indicates that de novo methylation of the genome, including the imprinted gene H19, begins at gestational day 20.5 (GD) in vivo. Study of the expression dynamics of 165 enzymes modulating DNA methylation and post-translational histone modifications (methylation, acetylation and ubiquitination) during gonocytes perinatal development shows a remodeling of the chromatin mediated by variations in post-translational histone modifications at the time of DNA remethylation. Comparative analysis of the dynamics of 6 histone modifications in gonocytes and oogonia at different developmental stages covering de novo methylation has allowed the identification of three histone modifications (H3K4me3, H3K27me3 and H2AK119Ub) varying specifically in male gonocytes suggesting that they play a role in de novo methylation. We showed that rat fetal testes organ culture reproduces in vivo kinetics of three epigenetic marks (5mC, H3K4me2 and H3K4me3) without the need for exogenous factors thereby validating its use to investigate the actions of a xenoestrogens on epigenetic reprogramming. The three-day treatment with a pure estrogen receptor agonist, ethinylestradiol, on testes explanted before DNA remethylation (GD18.5 + 3 days) does not affect the overall level of 5mC, H3K4me2 and H3K4me3 but alters the methylation of 433 regions in the treated gonocytes compared to the controls. These data suggest that ethinylestradiol does not disrupt the onset of DNA remethylation. The transcriptomic analysis revealed that 72 and 177 genes were differentially expressed in gonocytes and somatic cells, respectively, suggesting that gonocytes would not be the primary target of ethinylestradiol. Nonetheless, EE2-induced alterations in transcription of non-coding RNAs and olfactory receptors which are transcriptionally regulated by epigenetic mechanisms which suggests that ethinylestradiol may affect epigenetic mechanisms other than DNA methylation.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Delbès, Géraldine
Mots-clés libres: reprogrammation épigénétique; méthylation de l’ADN; modifications post-traductionnelles d’histones; gonocytes; xénoestrogènes; éthinylestradiol; culture organotypique; epigenetic reprogramming; DNA methylation; post-translational histone modifications; xenoestrogens; ethinylestradiol; organ culture
Centre: Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt: 15 juill. 2021 14:48
Dernière modification: 02 mars 2022 13:18
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/11199

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