Healthy gametes are essential for the survival of the species. Epigenetic marks, including DNA methylation, are crucial components of proper germ cell development and have been shown to be important for fertility and embryo development. DNA methylation patterns in male germ cells are initially acquired during prenatal development and continue to be acquired, maintained and remodeled in postnatal life during spermatogenesis. Altered genomic methylation patterns have been linked to developmental abnormalities, cancer and, in the case of an abnormal sperm epigenome, infertility. The overall objective of the work presented was to determine the susceptibility of the male germ cell epigenome to perturbations occurring during key periods of DNA methylation programming, in the prenatal and postnatal testis, using animal and human models. Firstly, early neonatal germ cells and mature sperm were analyzed in two strains of mice carrying an ablation of 5,10-methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR), a key enzyme involved in supplying methyl groups for methylation reactions. Results demonstrated important strain-specific differences in early germ cell development and the appearance of an altered sperm epigenome affecting both genic and intergenic regions. Secondly, an inbred rat model was used in order to identify the types of loci with DNA methylation defects following exposures of postnatal male germ cells to bleomycin, etoposide and cis-platinum (BEP), at doses equivalent to those used in chemotherapy regimens for human testicular cancer. The findings indicated the presence of susceptible regions in the sperm epigenome that differed from those affected by MTHFR deficiency and showed that damage may originate in different populations of maturing male germ cells. Finally, DNA methylation was examined in the sperm from men with testicular cancer prior to, and at several intervals following, the administration of BEP chemotherapy regimens. As a basis of comparison, the sperm of community controls and Hodgkin's disease patients were examined at several points over time. In addition to finding large inter-individual variations in sperm DNA methylation, low intra-individual variability was notable in community control subjects. In contrast, patients demonstrated increased intra-individual variation post-treatment that persisted up to two years following chemotherapy. Collectively, these studies have revealed that, across species, the male germ cell genome can carry epigenetic defects following prenatal and postnatal perturbations and exposures. Such epigenetic defects have the potential to alter fertility and the health of the progeny. / Des gamètes saines sont essentielles pour la survie d'une espèce. Les marques épigénétiques, comme la méthylation de l'ADN, sont des éléments cruciaux pour un développement approprié des cellules germinales et jouent de plus un rôle important dans le maintien de la fertilité et le développement embryonnaire. Les patrons de méthylation d'ADN des cellules germinales mâles sont partiellement acquis durant le développement embryonnaire et continuent d'être établis, maintenus et remodelés durant toute la vie lors de la spermatogénèse. Des altérations dans le patron de méthylation du génome ont été associées à un développement embryonnaire anormal, des cancers et, dans le cas d'altération de l'épigénome du spermatozoïde, à l'infertilité. Le but principal des travaux présentés dans cette thèse était de déterminer chez l'animal et chez l'humain, la susceptibilité de l'épigénome des lignées germinales mâles aux perturbations lors de la programmation de la méthylation de l'ADN, survenant lors des périodes pré- et postnatales dans les testicules. Dans un premier temps, les cellules germinales de nouveau-né et les spermatozoïdes matures provenant de deux souches de souris déficientes en 5,10-méthylènetétrahydrofolate réductase (MTHFR), un enzyme fournissant le groupe méthyle nécessaire aux réactions de méthylation, ont été analysés. Les résultats ont démontré d'importantes différences dans le développement fétal des cellules germinales entre les deux souches et l'altération des régions géniques et inter-géniques de l'épigénome du spermatozoïde. Dans un deuxième temps, les locus comportant des défauts de méthylation de l'ADN dans les cellules germinales ont été identifiés, suivant l'exposition de rats mâles à des doses de bléomycine, etoposide et cis-platine (BEP) comparables à celles utilisées pour le traitement du cancer testiculaire chez l'humain. Les résultats obtenus ont identifié des régions altérées de l'épigénome qui différaient de celles affectées par la déficience en MTHFR, suggérant que différentes populations de cellules germinales en maturation peuvent être à l'origine des dommages observés. Finalement, la méthylation de l'ADN de spermatozoïdes prélevés à différentes périodes chez des hommes atteints de cancer testiculaire subissant un traitement de chimiothérapie au BEP a été comparée à celle de contrôles de la communauté et des patients atteints avec la maladie Hodgkin. De larges variations inter-individuelles ont été observées chez les sujets contrôles au niveau de la méthylation de l'ADN des spermatozoïdes alors que les variations intra-individuelles étaient minimes. A l'opposé, les patients affichaient une grande variation intra-individuelle des niveaux de méthylation, et ce, jusqu'à deux ans après le traitement de chimiothérapie. L'ensemble des résultats présentés révèlent que, chez différentes espèces, le génome de la lignée germinale mâle peut conserver des altérations épigénétiques à la suite de perturbations survenues avant ou après la naissance. De tels défauts épigénétiques auront le potentiel d'altérer la fertilité et la santé de la descendance.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.107681 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Chan, Donovan |
| 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 Pharmacology & Therapeutics) |
| 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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