DNA methylation is an epigenetic modification that is essential for germline and embryo development. DNA methylation establishment occurs in the germline in a gender and site specific manner through the action of DNA cytosine-5-methyltransferase (DNMT) enzymes. Spermatozoa have been shown to have a unique configuration of DNA methylation as compared to somatic cells. Germline DNA methylation may also depend on the availability of methyl donors provided by the folate pathway through the action of 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR). Absence of MTHFR has been associated with methylation loss in mature sperm as well as decreased male fertility. This thesis presents new data exploring the dynamics of DNA methylation at nonpromoter intergenic sites during the perinatal period in normal conditions and in the setting of perturbed expression of Dnmt3L and Mthfr. The key phase of DNA methylation acquisition in male germ cells was determined to occur during prenatal development of the germline suggesting that DNA methylation may be particularly vulnerable to in utero insults. DNA methylation acquisition was found to be a dynamic process at individual sites including loci that demonstrated incomplete erasure suggesting a potential for transgenerational inheritance of DNA methylation errors. Perturbation of the expression of Dnmt3L, a DNMT with no endogenous methylation activity, revealed that it may be responsible for not only directing DNA methylation to specific loci but also for controlling the timing of DNA methylation acquisition. Spermatogonial stem cell (SSC) cultures were developed as a model for examining DNA methylation in the male germline. While DNA methylation was stable in normal culture conditions, it could be perturbed by haploinsufficiency of either Dnmt3L or Mthfr. Further modification of culture conditions through changes of methionine concentration in Mthfr+/- SSC cultures resulted in increased variability of DNA methylation indicating a generalized effect of MTHFR on DNA methylation and possibly its interaction with other methyl group dependent processes such as histone methylation. This thesis presents a number of novel findings that begin to unravel the mechanisms of DNA methylation and epigenetic modification of the male germline. / La méthylation de l'ADN est une modification épigénétique essentielle au développement germinal et embryonnaire. Elle est établie en une région et un genre spécifiques sous l'action des ADN cytosine-5-méthyltransférases (DNMT). Il a précédemment été démontré que les spermatozoïdes se distinguent des cellules somatiques au niveau de la méthylation de leur ADN. Celle-ci dépend entre autres de la disponibilité des groupes méthyles fournis par l'action de la 5,10-méthylènetétrahydrofolate réductase (MTHFR), une enzyme impliquée dans le cycle des folates. L'absence de cette enzyme a été associée à une perte de la méthylation de l'ADN spermatique ainsi qu'à une baisse de la fertilité masculine. De nouvelles données sur la méthylation de régions intergéniques en période périnatale, impliquant ou non une altération de l'expression des gènes Dnmt3L et Mthfr, sont exposées dans la présente thèse. Une méthode d'analyse chromosomique a d'abord confirmé que l'acquisition de la méthylation sur l'ADN des cellules germinales mâles a lieu durant l'embryogénèse. Cette assimilation de la méthylation s'est avérée être un processus dynamique en lien à des loci démontrant un effacement incomplet de l'empreinte génomique. Ces données suggèrent non seulement une vulnérabilité de la méthylation de l'ADN aux perturbations in utero, mais également un possible héritage transgénérationnel des erreurs de méthylation. L'altération de l'expression de Dnmt3L a révélé que cette enzyme joue probablement un rôle dans l'emplacement et la synchronisation de la méthylation de l'ADN. Afin d'étudier cette modification épigénétique dans l'ADN spermatique, des cellules souches spermatogoniales (CSS) ont été cultivées. Les cellules développées dans des conditions normales ont présenté une régulière méthylation de leur ADN, alors que les cellules haploinsuffisantes des gènes Dnmt3L ou Mthfr ont révélé une méthylation variable. Des modifications apportées aux concentrations de méthionine des cultures de CSS Mthfr+/- ont également exercé un effet perturbateur sur la méthylation. Ces résultats indiquent que MTHFR influence la méthylation de l'ADN et intervient possiblement dans d'autres processus impliquant des groupes méthyles, tels que la méthylation des histones. Les conclusions présentées dans cette thèse permettent une meilleure compréhension des mécanismes de méthylation de l'ADN et de modification épigénétique de la lignée germinale masculine.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107573 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Niles, Kirsten Marijke |
| Contributors | Jacquetta M Trasler (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Human Genetics) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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