Une analyse multi-échelle révèle l’hypométhylation massive, tissu-spécifique et espèce-spécifique de l’ADN spermatique bovin
Résumé
Alors que la semence bovine est un produit largement diffusé sur le marché de l’insémination artificielle, il existe peu de données sur la méthylation de l’ADN dans le spermatozoïde bovin. Le méthylome spermatique est pourtant le fruit d’une reprogrammation ayant démarré dès la vie fœtale, et joue un rôle essentiel dans la compaction de la chromatine et la protection du patrimoine génétique paternel. Nous avons donc mené une étude multi-échelle de la méthylation de l’ADN dans le spermatozoïde bovin comparativement à d’autres tissus et espèces.
Une analyse globale par LUMA (LUminometric Methylation Assay, voir Prézelin et al.) a d’abord révélé un taux de méthylation extrêmement faible dans les spermatozoïdes bovins (autour de 45%, contre 60-80% pour les tissus somatiques examinés). L’analyse des spermatozoïdes d’autres espèces (béliers, boucs, étalons, verrats, souris mâles et Homme) a montré que cette hypométhylation était une spécificité du spermatozoïde bovin, et qu’elle était indépendante de la race et de l’état frais ou congelé de la semence. Les sites ciblés par LUMA ont été annotés par rapport à différents éléments géniques, aux îlots CpG et aux éléments répétés dans les espèces étudiées, ne révélant aucune particularité du génome bovin qui pourrait fournir des éléments de compréhension. Pour déterminer les séquences hypométhylées, nous avons ensuite comparé le méthylome spermatique avec celui d’autres tissus bovins (fibroblastes, foie, monocytes) en utilisant deux approches pan-génomiques couvrant des régions différentes du génome : RRBS (Reduced Representation Bisulfite Sequencing, voir Perrier et al.) et MeDIP-chip (immunoprécipitation de l’ADN méthylé et hybridation sur une puce de promoteur). Dans les deux cas, un nombre important de régions différenciellement méthylées (DMR, MeDIP) ou de CpG différenciellement méthylés (DMC, RRBS) ont été mis en évidence, dont la grande majorité se trouve être hypométhylée spécifiquement dans les spermatozoïdes (1144 sur 1678 DMR et 137861 sur 174103 DMC). Ces DMR/DMC hypométhylés sont enrichis en gènes de la spermatogenèse et du spliceosome ainsi qu’en séquences répétées de type satellite. Les résultats obtenus ont été validés par pyroséquençage. Si l’hypométhylation du spermatozoïde a occasionnellement été décrite chez l’Homme ou la souris, ou même chez le bovin pour les séquences satellites, l’originalité de ce travail est de montrer que cette hypométhylation est largement plus importante chez le bovin, et d’identifier les séquences hypométhylées en utilisant des approches complémentaires. Ces résultats suggèrent que des mécanismes spécifiques à l’espèce bovine sont à l’œuvre pour la reprogrammation ou le maintien de la méthylation dans la lignée germinale mâle.