Identification de dérèglements épigénétiques embryonnaires associés à une exposition prénatale à l’alcool pendant la période préimplantatoire

Abstract

Il est connu qu’une exposition prénatale à l’alcool (EPA) peut entrainer des dérégulations épigénétiques dans les cellules du cerveau en développement et être responsable de certains phénotypes du Trouble du Spectre de l’Alcoolémie Fœtale (TSAF) comme les troubles neurodéveloppementaux (TND). Les conséquences d’une EPA très tôt dans le développement sur le paysage épigénétique embryonnaire et extra-embryonnaire sont toutefois peu connues. Notre hypothèse est qu’une EPA durant la période préimplantatoire va initier des dérèglements des profils de méthylation d’ADN qui seront amplifiés et perpétués au cours du développement. Ces dérèglements seront visibles dans le cerveau et le placenta des embryons plus tard dans la gestation. Nous avons développé un modèle murin d’EPA en injectant avec de l’éthanol (EtOH) ou de la saline (Ctrl) des femelles souris gestantes au jour embryonnaire 2.5 (E2.5) soit au stade 8-cellules. Des embryons et placentas furent récoltés aux jours E10.5 et E18.5. Un système d’évaluation morphologique a permis de montrer une augmentation significative des anomalies visibles des embryons EtOH. Les profils de méthylation d’ADN ont par la suite été établis par Reduced Representation Bisulfite Sequencing sur 8 échantillons contrôles et 12 échantillons EtOH de cerveaux antérieurs et de placentas au stade E10.5. Des analyses bio-informatiques ont démontré 686 et 2942 régions différentiellement méthylées (DMTs) respectivement dans le cerveau antérieur et le placenta. Nous avons aussi trouvé 21 DMTs communément affectés dans chacun des tissus. Étonnamment, nous avons aussi observé des différences spécifiques aux sexes dans la dérégulation de profils de méthylation en réponse à l’EPA. Notre étude montre, pour la première fois, qu’une EPA très tôt dans le développement embryonnaire entraine des dérégulations de la méthylation d’ADN perceptibles plus tard dans le développement. Ces résultats nous en apprennent davantage sur comment les perturbations épigénétiques peuvent altérer le fonctionnement normal du cerveau et mener à des TNDs chez les enfants atteints du TSAF.

Prenatal alcohol exposure (PAE) is known to altered epigenetic profiles in cells during brain development and be part of the molecular basis underpinning Fetal Alcohol Spectrum Disorders (FASD) etiology. However, the consequences of a PAE during very early embryonic life on the future epigenetic landscape of embryonic and extraembryonic tissues remain unknown. Our research hypothesis is that a PAE during preimplantation will initiate DNA methylation dysregulation that will later be observable in the developing conceptus. We believe that these original epigenetic alterations will be perpetuated and amplified in the developing brain as well as in the placental tissue. To test this, we instigated FASD in mouse 8-cell embryos by injecting ethanol at 2.5 days of pregnancy (E2.5). We collected FASD (ethanol) and control (saline) E10.5 and E18.5 embryos and placentas. Dissection scoring showed an increase in morphological abnormalities in EtOH embryos of both stages. We then established genome-wide quantitative DNA methylation profiles of forebrains and placentas of E10.5 embryos by Reduced Representation Bisulfite Sequencing. Bioinformatic analyses of FASD samples (n=12) vs controls samples (n=8) revealed 686 and 2942 differentially methylated tiles (DMTs) in forebrain and placenta samples respectively. Unexpectedly, we highlighted sex-specific DNA methylation perturbations and gene expression pattern in response to ethanol exposure. Interestingly, we also uncovered 21 specific regions abnormally methylated in both FASD forebrain and placenta samples. Our study establishes for the first time that early embryonic PAE can cause epigenetic dysregulations that leads to permanent alteration in the future epigenetic program of brain and placenta cells and that some of these dysregulations are sex-specific. Altogether, our results allow us to have a better understanding of how epigenetic perturbations can alter the normal function of the brain and lead to neurodevelopmental disorders present in children with FASD.