During the haploid phase of spermatogenesis, spermatids undergo a complex remodeling of the paternal genome involving the finely orchestrated replacement of histones by the highly-basic protamines. The associated striking change in DNA topology is characterized by a transient surge of both single- and double-stranded DNA breaks in the whole population of spermatids which are repaired before spermiation. These transient DNA breaks are now considered part of the normal differentiation program of these cells. Despite an increasing interest in the study of spermiogenesis in the last decade and the potential threat to the haploid genome, the origin of these DNA breaks still remains elusive. This review briefly outlines the current hypotheses regarding possible mechanisms that may lead to such transient DNA fragmentation including torsional stress, enzyme-induced breaks, apoptosis-like processes or oxidative stress. A better understanding of the origin of these DNA breaks will lead to further investigations on the genetic instability and mutagenic potential induced by the chromatin remodeling.
Lors de la phase haploïde de la spermatogenèse, les spermatides subissent un remodelage complexe du génome paternel impliquant un remplacement finement orchestré des histones par des protamines hautement basiques. Le changement topologique de l’ADN associé est caractérisé par une augmentation transitoire de cassures simple et double brins de l’ADN dans l’entière population des spermatides qui sont réparées avant la spermiation. Ces cassures transitoires de l’ADN sont maintenant considérées comme faisant partie du processus normal de différenciation de ces cellules. Malgré un intérêt croissant dans l’étude de la spermiogenèse ces 10 dernières années et la menace potentielle pour le génome haploïde, l’origine de ces cassures d’ADN reste encore incertaine. Cette revue décrit brièvement les hypothèses actuelles concernant les mécanismes possibles qui pourraient mener à cette fragmentation transitoire de l’ADN incluant le stress torsionnel, les cassures enzymatiques, des processus semblables à l’apoptose et le stress oxidatif. Une meilleure compréhension de l’origine de ces cassures d’ADN mènerait à des études approfondies concernant l’instabilité génétique et le potentiel mutagène induit par le remodelage de la chromatine.
Keywords: Apoptosis; Chromatin remodeling; DNA break; Oxidative stress; Spermiogenesis; Topoisomerase; Torsional stress.