Impact of maternal methyl donor intake on phenotypic severity of a preimplantation alcohol exposure mouse model

Abstract

Many habits and environmental factors can affect the health of pregnant women and developing embryos. Such is the case with prenatal alcohol exposure (PAE), which can lead to Fetal Alcohol Spectrum Disorder (FASD), affecting over 630,000 births worldwide each year. Presenting an extremely variable clinical phenotype, FASD is characterized by intellectual disability, learning and mental health disorders and, in more severe cases, facial dysmorphia and congenital malformations. Considering that over 40% of pregnancies worldwide are unplanned, the risk of PAE is even greater in the early stages of pregnancy, which includes preimplantation. PAE is harmful to the embryo, notably through its impact on DNA methylation, an epigenetic marker important for regulating gene expression and central to the embryo's proper development. The preimplantation period, although brief, is crucial to this biological process. The almost complete suppression of DNA methylation profiles during the first days after fertilization is followed by a wave of remethylation following implantation. Maternal nutrition is also crucial to the health of the embryo, which requires large quantities of nutrients and energy during its development. Methyl donor nutrients such as folate, vitamin B12 and choline are essential to the DNA methylation process. However, many pregnant women do not obtain the recommended doses of these nutrients. To assess the cumulative impact of maternal diet and preimplantation PAE, 4- to 6-week-old mice were assigned to diets either enriched or depleted in methyl donors for 4 weeks prior to conception, followed by an acute alcohol exposure (5 g/kg) at the 8-cell stage of the embryo. These embryos were harvested at mid-gestation to study the morphology and development of GABAergic interneurons. Embryonic morphology was not significantly affected between the different conditions, but we observed a significant delay in the migration of GABAergic interneurons in the alcohol-exposed groups. The present analyses do not allow us to assert that the methyl donor-depleted diet accentuates the delay in interneuron migration, but RNA sequencing and DNA methylation studies of interneurons are underway to assess the impacts of PAE coupled to maternal diets at the molecular level of these cells. These studies will enable us to elucidate the mechanisms associated with delayed interneuron migration, crucial information for establishing therapeutic avenues. Plusieurs habitudes et facteurs environnementaux peuvent affecter la santé de la femme enceinte et de l’embryon en développement. C’est le cas de l’exposition prénatale à l’alcool (EPA) qui peut mener au trouble du spectre de l’alcoolisation fœtale (TSAF), touchant plus de 630 000 naissances chaque année dans le monde. Présentant un phénotype clinique extrêmement variable, le TSAF se caractérise par une déficience intellectuelle, des troubles de l’apprentissage et de la santé mentale et, dans les cas plus sévères, des dysmorphies faciales et des malformations congénitales. Considérant que plus de 40% des grossesses dans le monde sont non-planifiées, le risque d’EPA est d’autant plus élevé dans les premières phases de la grossesse, incluant la préimplantation. L’EPA est néfaste pour l’embryon notamment via son impact sur la méthylation de l’ADN, une marque épigénétique importante pour la régulation de l’expression des gènes et centrale au bon développement de l’embryon. La période préimplantatoire, bien que brève, est primordiale pour ce processus biologique. La suppression quasi complète des profils de méthylation de l’ADN durant les premiers jours après la fécondation est suivie d’une vague de reméthylation à la suite de l’implantation. L’alimentation maternelle est elle aussi déterminante pour la santé de l’embryon, qui requiert une grande quantité de nutriments et d’énergie lors de son développement. Les nutriments donneurs de méthyle tels que le folate, la vitamine B12 et la choline sont indispensables au processus de méthylation de l’ADN. Toutefois, de nombreuses femmes enceintes n’obtiennent pas les doses recommandées de ces nutriments. Dans le but d’évaluer l’impact cumulatif de la diète maternelle et d’une EPA en période préimplantatoire, des souris de 4 à 6 semaines ont été assignées à des diètes enrichies ou appauvries en donneurs de méthyle pour une période de 4 semaines précédant la conception, puis à une exposition à l’alcool aigue (5 g/kg) lors du stade 8-cellules de l’embryon. Ces embryons ont été récoltés à la mi-gestation pour étudier la morphologie et le développement des interneurones GABAergiques. La morphologie embryonnaire n’a pas été significativement impactée entre les différentes conditions, mais nous avons observé un retard dans la migration des interneurones GABAergiques dans les groupes exposés à l’alcool. Les présentes analyses ne permettent pas d’affirmer que la diète appauvrie en donneurs de méthyle accentue le retard de migration des interneurones, mais des études de séquençage de l’ARN et de la méthylation de l’ADN des interneurones sont en cours pour évaluer les impacts de l’EPA couplé aux diètes maternelles au niveau moléculaire de ces cellules. Ces études nous permettront d’élucider les mécanismes associés au retard de migration des interneurones, soient des informations cruciales pour établir des avenues thérapeutiques.