Epigénétique et aquaculture

Epigénétique et Aquaculture
Catherine Labbé, Stéphane Panserat
INRA, Physiologie et Génomique des Poissons, Rennes
INRA, Nutrition Metabolisme et Aquaculture, Saint-Pée-sur-Nivelle
Le profil épigénétique des gamètes peut-il influencer la
qualité du développement : la vision du spermatozoïde
Comment la programmation nutritionnelle permet
l’évolution de la nutrition ?
Epigénétique et élevage, AGENAE, 3 avril 2014, Paris
Développement précoce et régulation épigénétique chez les
poissons
Pendant les 10 premières mitoses, l’embryon de poisson
se développe grâce aux transcrits maternels
Pendant cette période, les gènes de l’embryon sont
globalement silencieux
L’expression du génome embryonnaire se met
progressivement en place autour du stade mid-blastula
(1000 cellules) : séquence précise d’activation/inactivation
de l’expression des gènes du développement
La régulation épigénétique est un composant important
de cette régulation fine lors du développement (Lindeman,
2011, Developmental Cell)
 De nombreuses marques épigénétiques sont
présentes au moment de l’activation du génome
Focus sur une régulation épigénétique de l’expression des
gènes: la méthylation de l’ADN
CH3
5’-----CG--------CG-----3’
3’-----GC--------GC-----5’
CH3
Methyl cytosine (la « 5ème base ») : une modification
épigénétique située sur une des bases de l’ADN.
Certains gènes sont sensibles à la présence des ces
groupements méthyls dans leurs régions promotrices
(régions contrôlant l’expression du gène)
-
 Procure un verrou stable contre l’expression du gène
concerné.
 Pour ces gènes, l’élimination des groupements methyl
induit un état permissif de leur expression
 Plusieurs gènes exprimés pendant le développement
précoce sont différentiellement méthylés
+
Importance du profil de méthylation de l’ADN pour la qualité de
l’embryon
Developmental Biology 206, 189–205 (1999)
A Role for DNA Methylation in Gastrulation
and Somite Patterning
C. Cristofre Martin,* Lynda Laforest,† Marie-Andre´e Akimenko,*,†
and Marc Ekker*,†
Contrôle
+ 50 µM Aza from 0 to 24hpf
Embryons de poisson zèbre à 48h de développement
après perturbation de la méthylation de l’ADN
Role du profil épigénétique du sperme dans la régulation des
gènes du développement précoce
Spermatozoïde : uniquement un sac à gènes ???
Genome Res. 2011 21: 578-589
Genes for embryo development are packaged in blocks
of multivalent chromatin in zebrafish sperm
Shan-Fu Wu, Haiying Zhang, and Bradley R. Cairns1
(MeDIP= chromatin
immuno precipitation et
µarray study)
Des régions du génome hypométhylées dans le sperme
correspondent à des gènes qui doivent être exprimés
précocément dans l’embryon (puis inhibition)
Role du profil épigénétique du sperme dans la régulation des
gènes du développement précoce
Ovocytes
Sperm
128cells
75% ep
Spermatozoïde : uniquement un sac à gènes ???
Fin
Hatching
48hpf
75% epiboly
49
66
128cells
10
Sperm
- 53
Ovocytes
+1
3
Do not put all teleosts in one net: Focus on the sox2 and pou2 genes
Lucie Marandel , Catherine Labbe , Julien Bobe , Hélène Jammes ,Jean-Jaques Lareyre , Pierre-Yves Le Bail⁎
a
a
a
b
a
#
#
#
48h
48hpf
hatching
hatching
finfin
24hpf24h
epiboly
75%epiboly
75%
a
epiboly
30%
epiboly
30%
cells
1000cells
1,000
cells
512cells
512
cells
256cells
256
cells
6464cells
Comparative Biochemistry and Physiology, Part B 164 (2013) 69–79
cells
128cells
128
cells
3232cells
cells
cells
1616
cells
88
cells
4 cells
4 cells
1
b
b
a/b a/b
1 cell
1 cell
2
a
2 cells
2 cells
3
B
b
oocytes
MII
Oocytes
+1
ATG
abundance
mRNAabundance
relativemRNA
relative
212
178
181
96
113
10
- 53
49
66
Fin
1
(candidate gene
promoter study
after bisulfite
conversion)
A
160
160
140
140
120
120
100
100
80
80
60
60
40
40
20
20
0
0
2
Role du profil épigénétique du sperme dans la régulation des
gènes du développement précoce
Cell 153, 773–784, May 9, 2013
Sperm, but Not Oocyte, DNA Methylome Is Inherited by
Zebrafish Early Embryos
Lan Jiang,1,3,7 Jing Zhang,1,7 Jing-Jing Wang,1,3,7 Lu Wang,1,3 Li Zhang,1 Guoqiang Li,1,3 Xiaodan Yang,2 Xin Ma,1,3 Xin
Sun,1 Jun Cai,1 Jun Zhang,4 Xingxu Huang,4 Miao Yu,5 Xuegeng Wang,6 Feng Liu,2 Chung-I Wu,1 Chuan He,5 Bo
Zhang,6 Weimin Ci,1,* and Jiang Liu1,*
 L’étude site par site indique que pour de nombreuses régions, le profil de
méthylation de l’embryon rejoint celui initialement présent dans le sperme
(reprogrammation de la chromatine d’origine maternelle)
Spermatozoïde: n’est donc pas seulement un sac à gènes
constituerait un “patron” pour l’établissement de la
méthylation de l’ADN de l’embryon ???
Face à un rôle important de la méthylation de l’ADN du sperme,
quel impact de biotechnologies telles que la cryoconservation ?
1.6
1.4
1.2
1.0
C/F
0.8
(Restriction enzyme assay)
0.6
HpaII nd
0.4
0.2
0.90
0.91
0.92
0.92
0.96
1.01
1.01
1.02
1.08
1.22
1.24
1.24
1.25
1.25
1.44
0.0
Variations aléatoires de la méthylation globale du sperme chez le
poisson rouge
Grande stabilité chez l’anguille, le poisson zèbre
 Quelles conséquences au niveau des régions importantes du
génome ?
MspI HpaII nd
En résumé …
- Le profil de méthylation de l’ADN du sperme semble un paramètre important
pour le développement précoce chez les poissons (ou coïncidence ?)
- La manipulation du sperme est une étape nécessaire chez beaucoup
d’espèces aquacoles (conservation au frais, cryoconservation) : Quel impact
sur la méthylation de l’ADN ?
- Des études à développer pour identifier si des modifications au hasard du
profil des spermatozoïdes affectent la qualité du développement




Quelle stabilité des régions importantes du génome ?
Une stabilité différente selon les espèces ?
Lien avec l’organisation de la chromatine (approche générique)
IMPACT DES BIOTECHNOLOGIES DE LA REPRODUCTION
Pierre Milon
Merci à …
Alexandra Depincé
Nathalie Chênais
Lucie Marandel
Pierre-Yves
Le Bail
Vers une nouvelle stratégie pour
adapter les poissons aux nouveaux
aliments piscicoles :
la programmation nutritionnelle
Stephane Panserat, Lucie Marandel et Inge Geurden
UR1067, Nutrition, Métabolisme et Aquaculture (NuMeA)
Aquapôle INRA, F-64310 St Pée sur Nivelle
Journée « Epigénétique et élevage »
3 avril, 2014
Contexte : nouveaux aliments en aquaculture
Aliment: Farine de poisson
Et huile de poisson
(protéines / lipides)
« Nouveaux » aliments: à
base de plantes, algues,
insectes….
Programmation: vue schématique
Jeunes stades
Adultes
Via –entre autres – des Mécanismes épigénétiques ?
Programmation Nutritionnelle en Aquaculture
Jeunes stades
Nutrition des géniteurs
Modification vitellus
1er repas
Stimulus nutritionnel
précoce
Adultes
Adaptation des poissons adultes aux
nouveaux aliments aquacoles?
(aliments sans farine et huile de poisson)
Principales questions liées au stress
nutritionnel :
Quel type?
A quel moment?
Durée ?
Programmation Nutritionnelle en Aquaculture
Stade développement : Premier
repas
Niveau de plasticité d’expression du
génome élevé
06/08/2014
06/08/2014
Presentation Title-Edit in View>Header
Footer
La programmation nutritionnelle: cible = 1 nutriment
LC = 0% dextrine
VHC = 65% dextrine
« Alt Commercial »
« 2 mois »
First feeding: 3 jours
HC = 25% dextrine
1 semaine
16.00
Weights
14.00
12.00
Stress
10.00
8.00
6.00
Controls
4.00
2.00
0.00
0
20
40
60
Days
80
100
La programmation nutritionnelle: cible = 1 nutriment
LC = 0% glucides
VHC = 30% amidon+ 30% glucose « Alt Commercial »
« 2 mois »
First feeding: 5 jours
HC = 30% amidon
12 semaines
Glycémies postprandiales
Glut4
LC
VHC
HK1
LC
PK
VHC
LC
VHC
Baisse du transport et de la glycolyse musculaires
Chez les alevins ayant subis le stress précoce
(liés au stress hypo-protéique?)
La programmation nutritionnelle : aliment végétal
Effet du passé nutritionnel V (végétal) vs M (marin) sur
l’acceptation et l’utilisation des aliments ‘végétaux’
~200 mg
3 semaines
~35 g
7 mois
4 semaines
Premier
repas (M)
Aliment M
Challenge
V
Premier
repas (V)
Aliment M
Challenge
V
Pas d’effet du passé
nutritionnel au début
du Challenge V
Effet du passé nutrittionnel V
vs M ?
Effet du passé nutritionnel V (végétal) vs M (marin) sur
l’acceptation et l’utilisation des aliments ‘végétaux’
3 semaines
7 mois
4 semaines
Premier
repas (M)
Aliment M
Challenge V
Premier
repas (V)
Aliment M
Challenge V
Ingestion
Les meilleures
sur l’alim V chez l’adulte
suggèrent
Croissance performances
Efficacité alimentaire
(g/kgmetBW/d)
(gain/ingéré)
(%/d)
un effet ‘long-terme‘ du passé nutritionnel
!
Geurden et al., Plos ONE (2013)
Résultats clone A22
Ex: Effet du passé nutritionnel V (végétal) vs M (marin)
sur l’ingestion des aliments ‘végétaux’
Relation mean daily feed intake nutr hist V to nutr his M
(corrected for met BW)
FI nutr hist V / FI nutr hist M (%)
350%
V>>>>M
A22V/A22M
300%
AB1V/AB1M
R23V/R23M
250%
V>M
200%
150%
100%
50%
0%
0
5
10
Day
15
20
25
30
Effet du passé nutritionnel V (végétal) vs M (marin) sur
l’ingestion et l’utilisation des aliments ‘végétaux’
“Nutritional history“
Intermediate
V
M
V
M
M
V
V-challenge
ST1S3
ST1S3
M
MV
V
CCK-T
M
VV
CCK-T
V
Cerveau : analyse marray :
1414 probes # !!!
M-
V-
Effet du passé nutritionnel V (végétal) vs M (marin) sur
l’acceptation et l’utilisation des aliments ‘végétaux’
3 semaines
7 mois
4 semaines
Premier
repas (M)
Aliment M
Challenge V
Premier
repas (V)
Aliment M
Challenge V
poids x ~200
Conclusions – perspectives
Stimulation nutritionnelle précoce et
adaptation chez le poisson
(testé sur d’autres Espèces de poisson comme le bar, le poisson zèbre…)
1- Importance de l’alimentation précoce
2- Existence d’effet ‘adaptation’ à long terme
3- « Orientation (pilotage) » des effets chez l’adulte :
encore beaucoup de questions et de recherches nécessaires
(en particulier sur les mécanismes (épigénétiques) mis en route)
4- Transmissions intergénérationnelles?
Merci pour votre attention
[email protected]; [email protected]; [email protected]

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