Le rôle de l'O-GlcNAc dans le développement des premiers embryons

Après la fertilisation, un embryon dépend des matériaux qu'il reçoit de l'œuf. Ces matériaux incluent l'ARN et des protéines. Au fur et à mesure que l'embryon se développe, il subit un grand changement où son matériel génétique est réinitialisé. Ce processus implique aussi des changements dans l'expression des gènes, ce qui signifie que certains messages génétiques de la mère sont décomposés, et l'information génétique propre de l'embryon commence à fonctionner. En même temps, il y a un autre changement important lié aux protéines, connu sous le nom de modifications post-traductionnelles (PTM). Une forme de PTM qui n'a pas encore été complètement étudiée dans les Embryons précoces s'appelle l'O-GlcNAcylation.

#Qu'est-ce que l'O-GlcNAcylation ?

L'O-GlcNAcylation est un moyen par lequel un sucre appelé N-acétylglucosamine O-liée (O-GlcNAc) est attaché à des parties spécifiques des protéines. Ce processus est réversible, ce qui signifie qu'il peut être ajouté et retiré au besoin. L'ajout de ce sucre est réalisé par une enzyme connue sous le nom de transférase O-GlcNAc (OGT), et son retrait est effectué par une autre enzyme appelée hydrolase O-GlcNAc (OGA). À l'exception des poissons-zèbres, les deux enzymes sont produites par un seul gène.

Chez les mouches à fruits, lorsque l'OGT ne fonctionne pas bien, il y a des Développements clairs où certains gènes sont activés en dehors de leurs schémas habituels. Chez les mammifères, si l'OGT est supprimé, cela cause de graves problèmes, entraînant la mort de l'embryon au stade où il commence à s'implanter. Cela suggère que l'OGT ou l'O-GlcNAc est crucial pour le développement de l'œuf ou les processus qui se produisent avant l'implantation. Cependant, comme les embryons meurent tôt si l'OGT ne fonctionne pas, enquêter sur ce que fait l'O-GlcNAc chez les mammifères a été compliqué.

#L'importance de l'O-GlcNAc dans le développement

L'O-GlcNAc est connu pour avoir un impact sur de nombreux processus dans les cellules. On le trouve sur de nombreuses protéines et il joue des rôles dans divers chemins comme la synthèse des protéines, l'utilisation de l'énergie et la division cellulaire. Dans le noyau, l'O-GlcNAc affecte de nombreuses protéines importantes qui aident à contrôler l'expression des gènes, y compris celles essentielles pour maintenir les cellules souches indifférenciées. Par exemple, OCT4 est important pour maintenir l'état des cellules souches dans la partie interne du blastocyste, tandis que SOX2 est l'une des premières protéines qui aident à gérer les décisions cellulaires précoces. Il a été montré que l'O-GlcNAcylation affecte la fonction de l'OCT4 dans des études en laboratoire.

Un autre cible significative du processus O-GlcNAc est une partie de l'ARN polymérase II, l'enzyme qui aide à produire de l'ARN à partir de l'ADN. Malgré la présence d'O-GlcNAc sur des régulateurs de gènes importants, il reste encore flou sur la manière dont cette modification affecte l'activité des gènes dans les embryons. La mort précoce des embryons manquant d'OGT a soulevé des questions sur le rôle que l'O-GlcNAc joue pendant l'activation précoce des gènes chez les mammifères, qui reste également indéfini.

#Fonction métabolique de l'O-GlcNAc

Le sucre qui contribue à l'O-GlcNAc provient d'un processus cellulaire qui utilise du glucose et quelques autres nutriments. Cette information relie l'O-GlcNAc à la manière dont les cellules perçoivent leur disponibilité nutritionnelle et s'adaptent en conséquence.

Dans les embryons mammifères précoces, les niveaux d'énergie sont dynamiques. Dans les premiers jours après la fertilisation, la quantité de glucose absorbée est faible, et ils dépendent d'une autre méthode, la phosphorylation oxydative, pour l'énergie. À mesure que l'embryon se développe, surtout autour du moment de l'implantation, il passe d'une utilisation de la phosphorylation oxydative à une utilisation plus active du glucose.

Étant donné ces points, il semble que le développement précoce pourrait être influencé par la manière dont l'O-GlcNAc réagit aux changements des niveaux de nutriments.

#Aperçu de l'étude

Des études précédentes ont suggéré que l'O-GlcNAc joue des rôles importants dans le développement précoce, mais ces idées étaient principalement issues d'expériences en laboratoire et non testées sur des animaux vivants. Un des grands défis est que le gène OGT de la mère doit fonctionner correctement, ce qui complique les choses.

Cette étude a visé à examiner comment l'O-GlcNAc change durant les étapes clés avant l'implantation. Les chercheurs ont découvert qu'il était plus abondant dans le noyau à partir du stade de 2 cellules. Ils ont développé une méthode pour supprimer spécifiquement l'O-GlcNAc des noyaux des embryons précoces et ont étudié les changements qui en résultaient dans leur développement.

Pour cela, ils ont utilisé une méthode qui cible à la fois l'O-GlcNAc de l'embryon et l'O-GlcNAc hérité de l'œuf. Ils ont découvert que retirer l'O-GlcNAc n'affectait pas l'activation du génome de l'embryon, ni n'impactait les réseaux de gènes essentiels pour former les différentes parties de l'embryon, mais cela ralentissait la croissance.

#Dynamique de l'O-GlcNAc dans les embryons de souris

Le premier objectif était de voir comment les niveaux d'O-GlcNAc changeaient dans les embryons de souris durant le développement précoce. Les chercheurs ont créé des embryons par fécondation in vitro et les ont étudiés à divers stades : juste après la fécondation, durant le stade tardif de 2 cellules, le stade de morula, et le stade tardif de blastocyste. Ils ont examiné de près les protéines pour voir où se trouvaient l'OGT et l'O-GlcNAc.

Ils ont découvert que la protéine OGT était nettement plus élevée dans le matériel génétique paternel par rapport au côté maternel. Cependant, le signal O-GlcNAc était égal des deux côtés. Cela a suggéré que l'OGT pourrait avoir un rôle spécial du côté paternel durant le développement précoce.

Au fur et à mesure que ces embryons commençaient à se développer davantage, la quantité d'O-GlcNAc dans le noyau augmentait. Cela a soulevé des questions sur le rôle que jouerait l'O-GlcNAc spécifiquement dans la formation de l'embryon.

#Retrait enzymatique de l'O-GlcNAc

Avec une meilleure compréhension de la façon dont l'O-GlcNAc fonctionne, les chercheurs ont voulu le retirer des embryons grâce à une technique conçue pour couper spécifiquement l'O-GlcNAc. Ils ont injecté une enzyme modifiée dans les œufs fécondés peu après leur formation, qui ciblerait l'O-GlcNAc à l'intérieur du noyau et le décomposerait.

Cette approche a réussi car ils ont constaté que les niveaux d'O-GlcNAc chutaient rapidement après le traitement, restant faibles jusqu'au stade de blastocyste. Ainsi, ils ont pu étudier comment le retrait de l'O-GlcNAc affectait le développement sans impacter la fécondation et les premières étapes de l'activité génique.

#Effets du retrait de l'O-GlcNAc sur le développement

Une fois qu'ils ont confirmé qu'ils pouvaient retirer efficacement l'O-GlcNAc, ils ont voulu voir comment cela affectait la croissance de l'embryon. Étonnamment, ils n'ont observé aucun problème significatif durant les premières étapes du développement ni dans la formation des parties nécessaires de l'embryon. Cependant, les embryons dépourvus d'O-GlcNAc étaient légèrement plus petits au moment où ils atteignaient le stade ultérieur.

Ils ont également examiné l'expression des gènes dans des embryons individuels pour voir s'il y avait des changements dans l'expression de gènes spécifiques une fois l'O-GlcNAc retiré. Ils ont découvert que certains gènes liés à la croissance et à la division cellulaire montraient une expression modifiée, suggérant un ralentissement du développement.

Cela a suggéré que, bien que les gènes nécessaires à la formation de l'embryon étaient toujours activés, le taux de croissance global était affecté par le retrait de l'O-GlcNAc.

#Conclusion

L'étude fournit des insights sur la façon dont l'O-GlcNAc interagit avec le développement précoce des embryons de souris. Bien que l'O-GlcNAc semble jouer un rôle important, son retrait n'a pas arrêté les processus initiaux d'activation des gènes ou de formation de l'embryon. Au lieu de cela, cela a surtout affecté la vitesse à laquelle ces processus se produisaient.

Les résultats suggèrent que, même si l'O-GlcNAc n'est pas essentiel pour les étapes fondamentales du développement précoce, il est significatif pour des taux de croissance appropriés durant des étapes critiques. Cela soulève d'autres questions sur le rôle de l'O-GlcNAc et comment il pourrait fonctionner avec d'autres voies cellulaires, notamment en ce qui concerne la disponibilité des nutriments et le timing du développement.

De futures recherches pourraient encore examiner comment l'O-GlcNAc impacte l'équilibre délicat des fonctions cellulaires et comment ces modifications coordonnent la croissance et le développement embryonnaires.