Impact of assisted reproductive technologies on the regulation of imprinted genes and transposable elements in Human blood cord and placenta
Etude de l'impact des procédés d'assistance médicale à la procréation sur la régulation des gènes soumis à l'empreinte et des séquences répétées dans le placenta et le sang de cordon chez l'homme
Résumé
It is estimated that more than five million children have been born by Assisted Reproductive Technologies (ART) worldwide, representing up to 4% of all births. As around 10% of reproductive-aged couples are currently infertile, providing them with treatment options is a public health issue. However, the safety of these techniques has not been fully demonstrated. Notably, the rate of placenta-related adverse pregnancy outcomes could be increased after ART. Moreover, adverse perinatal outcomes, a higher risk of major malformations and imprinting disorders have also been reported in children born following ART. These issues combined raise the question of a potential ART-induced epigenetic vulnerability.The aim of this thesis was to investigate the epigenetic regulation of imprinted genes (IGs) and transposable elements (TEs) in the placenta and cord blood of children conceived by ART and to compare them to children conceived naturally.By way of introduction, we wrote a comprehensive review about phenotypic and epigenetic modifications induced by ART in embryos, placenta and cord blood either in human or animal models.Then, an extensive cohort of almost 250 patients was prospectively included, resulting in 4 groups of ART techniques and 4 groups of controls stratified on the time to pregnancy.From this cohort, the first question we investigated was the effect of in vitro fertilization (IVF) on DNA methylation and/or transcription of TEs and IGs in cord blood and placenta collected at birth. For this purpose, we selected 51 pregnant women after IVF with fresh embryo transfer at day -2 and compared them with 48 controls pregnant within 1 year of stopping contraception. We studied the DNA methylation and expression of 3 imprinted DMRs and 4 TEs. DNA methylation levels for H19/IGF2 and KCNQ1OT1 DMRs, LINE-1 and ERVFRD-1 in the placenta were lower in the IVF/ICSI group than in the control group. The expression level of ERVFRD-1 in the placenta was also lower in the IVF/ICSI group than in the control group. These modifications in epigenetic regulation may influence some compensation mechanisms developed throughout pregnancy after ART, as discussed in our review.We then intended to determine if these DNA methylation changes in IGs were associated with histone modifications. From the previously mentioned cohort, we selected the 16 patients from the IVF/ICSI group who presented with below the 5th percentile of percentage placenta DNA methylation for at least one of the previously studied DMRs. These patients were compared with 16 controls matched for parity, new-born sex, and gestational age at delivery. Permissive (H3K4me2 and me3 and H3K9ac) and repressive (H3K9me2 and me3) histone marks were studied. The results revealed a significantly higher quantity of H3K4me2 in the IVF/ICSI group than in the natural conception group for H19/IGF2 and KCNQ1OT1 DMRs. The quantity of both repressive marks at H19/IGF2 and SNURF DMRs was significantly lower in the IVF/ICSI group than in the natural conception group.These data demonstrate that DNA hypomethylation at imprinted DMRs may be associated with an increase in permissive histone marks and a decrease in repressive histone marks. This is consistent with a more “active” chromatin conformation on the normally repressed allele.Our findings, together with the literature data, reinforce the hypothesis that some mechanisms are established in the placenta after ART, probably to mediate placental plasticity and compensate primary disorders in trophoblastic invasion, and written through epigenetic changes such as DNA methylation but also histone modifications.Although some questions remain unanswered, this thesis paves the way for further original studies, notably to assess the impact of frozen-thawed embryo transfer and to decipher the role of infertility per se.
Le nombre d’enfants nés par Assistance Médicale à la Procréation (AMP) dans le monde est estimé à plus de 5 millions, représentant jusqu’à 4% des naissances. Environ 10% des couples en âge de procréer sont actuellement infertiles, et leur apporter des techniques pour devenir parents est devenu un problème de santé publique. Cependant, l’innocuité de ces techniques n’a pas été totalement démontrée. Notamment, le risque de pathologies d’origine placentaire pourrait être augmenté. De plus, des issues périnatales défavorables, un risque majoré de malformations majeures et de pathologies liées à l’empreinte ont été rapportés chez ces enfants. Ceci soulève la question d’une éventuelle vulnérabilité épigénétique induite par l’AMP. L’objectif de ce travail de thèse était d’étudier la régulation épigénétique des gènes soumis à empreinte (GSE) et des éléments transposables (TE) dans le placenta et le sang de cordon d’enfants conçus par AMP comparés à des enfants conçus naturellement. En guise d’introduction, nous avons rédigé une revue détaillée des modifications phénotypiques et épigénétiques induites par l’AMP dans les embryons, le placenta et le sang de cordon chez l’Homme et sur les modèles animaux.Au cours de cette thèse, une cohorte de presque 250 patientes a été incluse prospectivement, répartie en 4 groupes de patientes selon la technique d’AMP et 4 groupes de témoins selon la durée d’infertilité.A partir de cette cohorte, la première question posée a été l’effet de la Fécondation in vitro (FIV) sur la méthylation de l’ADN et/ou la transcription des GSE et TE dans le sang de cordon et le placenta à la naissance. Pour cela, nous avons sélectionné 51 patientes enceintes après FIV avec ou sans ICSI avec transfert d’embryon frais à J2 et les avons comparées à 48 témoins enceintes dans l’année après l’arrêt de la contraception. Nous avons étudié la méthylation de l’ADN et l’expression de 3 GSE et 4 TE. Les niveaux de méthylation de l’ADN placentaire pour H19/IGF2, KCNQ1OT1, LINE-1 et ERVFRD-1 et le niveau d’expression placentaire d’ERVFRD-1 étaient plus bas dans le groupe FIV/ICSI que dans le groupe contrôle. Ces modifications épigénétiques pourraient faire partie des mécanismes de compensation développés pendant la grossesse après AMP, comme discuté dans notre revue.Ensuite, nous avons voulu déterminer si ces changements de méthylation de l’ADN des GSE pouvaient être associés à des modifications des histones. A partir de la cohorte précédente, nous avons sélectionné 16 patientes du groupe FIV/ICSI avec des niveaux de méthylation dans le placenta inférieurs au 5ème percentile pour au moins un des GSE étudiés. Elles ont été appariées à 16 témoins sur la parité, le sexe du nouveau-né et l’âge gestationnel à l’accouchement. Des marques permissives (H3K4me2 et me3 et H3K9ac) et répressives (H3K9me2 et me3) ont été étudiées. Les résultats ont révélé une quantité significativement augmentée de H3K4me2 dans le groupe FIV/ICSI pour H19/IGF2 et KCNQ1OT1. La quantité des deux marques répressives pour H19/IGF2 et SNURF était significativement abaissée dans le groupe FIV/ICSI.Ces données montrent que l’hypométhylation de l’ADN au niveau des GSE pourrait être associée à une augmentation des marques permissives et une diminution des marques répressives des histones, ce qui permettrait de favoriser un état « actif » de la chromatine au niveau de l’allèle normalement réprimé.Nos résultats, ainsi que les données de la littérature, renforcent l’hypothèse de potentiels mécanismes mis en place dans le placenta après AMP, utiles pour compenser des anomalies précoces de la placentation, qui seraient écrits à travers des modifications épigénétiques comme la méthylation de l’ADN mais aussi les modifications des histones.Bien que certaines questions restent en suspens, cette thèse a permis de bâtir les fondations de travaux futurs, notamment pour étudier l’impact de la congélation/décongélation des embryons et le rôle joué par l’infertilité en elle-même.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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