Les chercheurs ont découvert un nouveau phénomène dans lequel les spermatozoïdes de souris peuvent induire la fusion de cellules non reproductrices de hamsters et former un syncytia, une cellule à plusieurs noyaux.
L’étude, publié aujourd’hui dans eLife, constate que le degré de cette multinucléation dépend du potentiel fécondant du sperme. Avec une validation plus approfondie, les résultats pourraient être utilisés dans le développement de nouveaux outils de diagnostic de l’infertilité masculine.
Selon l’Organisation mondiale de la santé, l’infertilité toucherait environ 15 % de la population mondiale. Les solutions possibles incluent les techniques de procréation assistée, telles que la fécondation in vitro (FIV). Auparavant, le test de pénétration des ovocytes de hamster était utilisé pour quantifier la capacité d’un spermatozoïde à féconder un ovule, c’est-à-dire son potentiel fusogène. Cependant, ce test est désormais considéré comme obsolète et il n’existe donc actuellement aucun moyen standardisé d’analyser spécifiquement le potentiel fusogène du sperme d’un patient.
« Chez les mammifères, la fusion du sperme à la membrane plasmique de l’ovule est médiée par l’interaction entre deux protéines : IZUMO1 sur le sperme et JUNO sur l’ovule ou l’ovocyte », explique la co-auteure Clari Valansi, responsable du laboratoire. au Département de biologie, Technion – Institut israélien de technologie, Haïfa, Israël.
« Dans nos travaux précédents, nous avons montré que les spermatozoïdes de souris peuvent fusionner avec un type de cellule conjonctive appelée fibroblastes qui ont été modifiés pour exprimer JUNO », ajoute le co-auteur Nicolas Brukman, chercheur postdoctoral au Département de biologie du Technion – Institut israélien. de la Technologie. « Dans cette étude, nous avons cherché à approfondir les mécanismes de fusion spermatozoïdes-ovocytes de mammifères. »
L’équipe a commencé par incuber le sperme de souris adultes avec des cellules de rein de bébé hamster (BHK) génétiquement modifiées pour exprimer JUNO. L’équipe a été surprise de découvrir que les spermatozoïdes incitaient les cellules BHK à fusionner et à former une seule cellule avec plusieurs noyaux, ou syncytia. Cet effet a également été observé lors de l’utilisation de cellules rénales embryonnaires humaines.
Ils ont déterminé que cette multinucléation dépendait de la présence de JUNO. Cependant, cela ne suffisait pas à lui seul à déclencher le processus. Au contraire, seules les cellules avec des spermatozoïdes fusionnés formaient des syncytia, et le niveau de multinucléation s’est avéré dépendre de la quantité de spermatozoïdes ajoutés aux cellules. Ceci suggère que la fusion des spermatozoïdes avec les cellules BHK exprimant JUNO est nécessaire pour induire la multinucléation ultérieure des cellules BHK.
Ensuite, l’équipe a demandé si la multinucléation nécessitait que JUNO soit présent sur les deux cellules BHK en fusion. Ils ont utilisé une expérience de mélange de contenu dans laquelle deux populations de cellules exprimant différents marqueurs fluorescents ont été mélangées et exposées au sperme de souris. Il n’y avait pas de fusion BHK-BHK lorsqu’une seule ou aucune des populations cellulaires exprimait JUNO, ce qui suggère que la multinucléation induite par les spermatozoïdes dépendait effectivement de toutes les cellules BHK exprimant JUNO. L’équipe a baptisé ce processus SPICER (SPerm-Induced CEll-cell fusion Requiring JUNO).
Enfin, l’équipe a évalué le potentiel de SPICER pour déterminer le potentiel fusogène des spermatozoïdes. Ils ont incubé les spermatozoïdes de souris dans des milieux qui empêchent la capacitation (le processus par lequel les spermatozoïdes acquièrent leur capacité fusogène) et ont découvert qu’ils étaient par la suite incapables de fusionner avec les cellules BHK et d’induire la formation de syncytia. De plus, les spermatozoïdes pleinement activés incubés avec un anticorps bloquant IZUMO1 n’ont pas non plus réussi à former des cellules multinucléées.
Pour examiner si l’étendue de la fusion cellule-cellule est liée à la capacité fécondante du sperme, l’équipe a évalué les niveaux de multinucléation parallèlement à la performance du sperme pendant la FIV. Ils ont détecté une corrélation positive significative entre la formation de syncytia et les niveaux de fécondation. Pris ensemble, ces résultats suggèrent que SPICER s’appuie sur des spermatozoïdes pleinement capables, ainsi que sur leur potentiel fécondant, ce qui conforte son utilisation potentielle comme outil de diagnostic de l’infertilité masculine.
Les auteurs appellent à davantage de recherches dans ce domaine pour valider leurs résultats. De futures expériences utilisant du sperme humain seraient nécessaires pour réaliser pleinement le potentiel de SPICER dans les contextes de diagnostic.
« Nous avons décrit un nouveau phénomène dans lequel les spermatozoïdes peuvent induire la fusion de cellules exprimant JUNO en culture, ressemblant à la fusion de cellules de type viral lors d’une infection », conclut le co-auteur Benjamin Podbilewicz, professeur de biologie au Département de biologie, Technion—Institut israélien de technologie.
« Comme l’étendue de la multinucléation était corrélée au potentiel fécondant des spermatozoïdes, SPICER pourrait constituer une étape vers le développement d’une méthode fiable, rapide et simple pour prédire la fonction des spermatozoïdes lors du diagnostic de l’infertilité masculine. Elle pourrait également être utilisée pour prédire la fonction des spermatozoïdes. succès des techniques de procréation assistée comme la FIV, ou dans le monde agricole pour évaluer la fertilité des étalons. »
Nicolas Brukman, Clari Valansi et Benjamin Podbilewicz sont les inventeurs d’une demande de brevet déposée par l’Institut de technologie Technion-Israël, sur la base de ces travaux.
Plus d’information:
Nicolas G Brukman et al, L’induction spermatique de la fusion cellule-cellule somatique comme nouveau test fonctionnel, eLife (2024). DOI : 10.7554/eLife.94228