Génome de la mitochondrie

L‟ADN mitochondrial (ADNmt) représente le génome extra-nucléaire. L‟ADN a été observé dans les mitochondries (ADNmt) et chloroplastes de cellules de plantes depuis longtemps (Wagner et al. 1972). Les mitochondries sont les seules organelles retrouvées dans les cellules eucaryotes qui possèdent de l‟ADN. Ceci probablement en raison de leur origine procaryote lié à α-probacteria phyla (Cummins, 1998; May-Panloup et al., 2007). Ce type bactérien ancien est capable de métaboliser l‟oxygène ce qui supporte le principe voulant que la mitochondrie origine d‟une coopération cellulaire unique entre une bactérie

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et une cellule eucaryote qui ont co-évolué en endosymbiose de façon à devenir dépendants et intégrés l‟un à l‟autre. Cette capacité à métaboliser l‟oxygène permet de survivre à des conditions qui offrent des concentrations croissantes de cet élément hautement réactif et potentiellement toxique dans l‟environnement (Cummins, 1998).

Le génome mitochondrial des humains, support de l‟hérédité cytoplasmique, est une molécule d‟ADN circulaire double brin de 16 569 paires de bases et est similaire à celle des bovins. L‟ADNmt encode 37 gènes : 13 gènes reliés aux protéines de la membrane intérieure mitochondriale, 22 gènes pour l‟ARN de transfert (ARNt) et 2 gènes pour l‟ARNr (sous-unités 12S et 16S). Les 13 polypeptides incluent : 7 protéines de la sous-unité du complexe I; 1 protéine de la sous-unité du complexe III; 3 protéines du complexe IV et 2 protéines de l‟ATP synthétase ou complexe V (Anderson et al., 1981) (Figure 9).

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Figure 9.Organisation du génome mitochondrial. Les gènes qui le composent sont 2 gènes d‟ARN

ribosomiques (12S et 16S), 22 gènes d‟ARN de transfert nécessaires à l‟expression de l‟ADNmt (représentés par les points) et 13 gènes codant pour des protéines de la chaîne respiratoire. ND: NADH-déshydrogénase; Cytb: cytochrome b (ubiquinone-cytochrome c-réductase); CO: cytochrome c-oxydase; ATPase: ATP-synthase. La boucle D est une région de contrôle de la réplication et de la transcription qui comporte deux promoteurs de transcription (HSP et LSP) et une origine de réplication (OH). (Tirée de May-Panloup et al., 2004).

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La plupart des cellules somatiques ont entre 103 et 104 copies d‟ADNmt qui sont organisées en 2 à 10 copies par organelle (Shoubridge, 2000). May-Panloup et al. (2005) ont rapporté que les ovocytes en métaphase II chez les bovins contiennent 373 000 copies d‟ADNmt. Ils ont observé la cinétique du contenu d‟ADNmt qui est constante pendant la maturation, mais il y a une déplétion d‟environ 60 % d‟ADNmt dans l‟embryogenèse pendant le période de 2 à 4-8 cellules (May-Panloup et al., 2005; St John et al., 2010). Malgré cette perte en copies d‟ADNmt, les ovocytes compétents ont une capacité intrinsèque pour augmenter le nombre d‟ADNmt pendant l‟étape de blastocyste par rapport aux ovocytes non-compétents (Chiarrati et al., 2010). St John et al. (2010) ont observé que l‟augmentation de la réplication de l‟ADNmt au stade de blastocyste est plus active dans les cellules du trophectoderme comparativement aux cellules de masse cellulaire interne, ce qui suggère que la compétence des embryons est corrélée avec le nombre de cellules du trophectoderme.

Il a été établi comme un dogme essentiel que l‟ADNmt provient uniquement du génome maternel. Ainsi, la recombinaison des génomes mitochondriaux paternels et maternels est strictement impossible (Cummins, 1998; May-Panloup et al., 2004; Shoubridge , 2000). Malgré que le spermatozoïde transfère ses mitochondries au cytoplasme de l‟ovocyte au moment de la fécondation, ces mitochondries paternelles sont éliminés au cours des premières divisions cellulaires du jeune embryon (Cummins, 2000; May-Panloup et al., 2005). Ainsi, la mitochondrie paternelle est normalement éliminée par une destruction protéolytique suite à un marquage spécifique par ubiquitination (Stuvosky et al., 2000). Cependant, malgré toutes ces évidences, Stuvosky et al. (2000) ont conclu que dans certaines conditions, une mitochondrie d‟un spermatozoïde peut échapper à la mort protéolytique et peut ainsi se combiner avec la mitochondrie d‟un ovule. Un mécanisme possible qui permettrait à la mitochondrie paternelle d‟échapper à la destruction serait d‟échapper à l‟ubiquitination lors d‟une vague de fusions et de redistribution mitochondriales dans le cytoplasme de l'ovocyte (Cummins, 2000). Par contre, ce mélange de génomes mitochondriaux pourrait engendrer des embryons ayant un développement anormal (Cummins, 2000). De plus, il y a des évidences qui supportent que l‟hétéroplasmie

67 (présence de plusieurs types d‟ADNmt dans une cellule par intégration de différents types de mitochondries ou encore issue de mutations à l‟ADNmt) peut se produire lors de l‟application de nouvelles technologies de reproduction assistée. Par exemple, l‟injection intra-cytoplasmique de spermatozoïde (ICSI) a forcé la réévaluation de la contribution potentielle de l‟ADNmt masculin au zygote (Shoubridge et al., 2000).

Cependant, la recherche a démontré que la ségrégation de l‟ADNmt qui porte des mutations pathogéniques se produit lors des premières divisions mitotiques des cellules germinales et elles sont transmises rapidement aux générations futures. Le seul facteur qui peut faire varier la présence de l‟ADN mutant est la distribution anormale de l'organite au début de l'embryogenèse. De cette façon, non seulement les mitochondries sont importantes pour le métabolisme des ovocytes, mais leur nombre est aussi un facteur prédictif de la compétence fonctionnelle (Shoubridge, 2000).

Des études suggèrent fortement qu‟il existe un lien entre la richesse en ADNmt d‟un ovocyte et sa fécondabilité. Ainsi, le contenu d‟ADNmt reflète la masse mitochondriale qui pourrait être un outil de la qualité des ovocytes (May-Panloup et al., 2007). May-Panloup et

al. (2005) et Jeong et al. (2009) ont justifié l‟hypothèse que la réduction du nombre de

copies et la qualité de l‟ADNmt diminuent l‟activité mitochondriale pouvant ainsi affecter leur capacité à produire de l‟ATP et la compétence des ovocytes chez les bovins. Cependant, tel qu‟il a été décrit avant, le nombre de copies d‟ADNmt montrent une très grande variabilité entre les ovocytes. De cette façon, Wai et al. (2010) ont résolu que le nombre de copies d‟ADNmt peut diminuer mais doit rester à une quantité minimum (entre 40 000 et 50 000 copies) pour maintenir un développement normal. Dans la même veine, le nombre de copies d‟ADNmt a aussi été utilisé comme paramètre de compétence développementale pour comparer des ovocytes de différentes sources. Kameyama et al. (2007) et Zeng et al. (2009) ont aussi observé que les ovocytes en culture in vitro chez le rat ont un potentiel réduit pour le développement comparé aux ovocytes de follicules pré- ovulatoires in vivo. Ce résultat est dû à la réduction significative du nombre de copies d'ADNmt, laquelle affecte la quantité d'ATP.

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