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Les difficultés de navigation du spermatozoïde mieux cernées

Le spermatozoïde est placé sur fond noir.

Illustration d'un spermatozoïde

Photo : iStock

Radio-Canada

La modification enzymatique particulière d’une certaine protéine est essentielle pour maintenir la nage des spermatozoïdes en ligne droite, révèlent les travaux de scientifiques européens.

Ce mécanisme, appelé glycylation de la protéine tubuline, pourrait être à l'origine de certaines formes de stérilité masculine, affirment les chercheurs de l'Institut Curie et des collègues européens.

Repères

  • Le spermatozoïde est la cellule reproductrice (gamète) de l'homme;
  • Une éjaculation contient en moyenne entre 2 et 5 ml de sperme et entre 20 et 300 millions de spermatozoïdes par millilitre;
  • Le sperme contient 20 % de spermatozoïdes et 80 % de liquide, et il est fabriqué par les vésicules séminales et la prostate;
  • Le nombre de spermatozoïdes contenus dans le sperme constitue l’une des mesures de base de la fertilité masculine.
Image montrant le trajet de nage circulaire anormal d'un spermatozoïde mutant qui manque de glycylation de la tubuline.

Analyse informatique des données de microscopie optique montrant le trajet de nage circulaire anormal d'un spermatozoïde mutant qui manque de glycylation de la tubuline.

Photo : Science/Gadadhar et autres

Gros plan sur la tubuline

Le spermatozoïde humain se compose de deux structures importantes : la tête et le flagelle, séparés par le collet.

Les cellules sont constituées d’un cytosquelette. Ce squelette est lui-même constitué de microtubules, de tout petits tubes constitués d'une protéine appelée tubuline.

Il faut savoir que les cils et les flagelles – qui sont des structures semblables à des antennes qui sont présentes à la surface de la plupart des cellules de notre corps – contiennent des microtubules.

La mobilité du spermatozoïde est assurée à la fois par sa queue (le flagelle) et par la rotation de sa tête.

Le flagelle doit battre de manière très précise et coordonnée pour permettre une nage progressive du spermatozoïde.

Les scientifiques savaient que la glycylation de la protéine tubuline par des enzymes était essentielle au bon fonctionnement de la queue des spermatozoïdes, mais cette dernière restait peu étudiée.

Les travaux de Sudarshan Gadadhar, de l'Institut Curie, et de ses collègues d’autres institutions européennes ont permis d’établir qu'en l'absence de glycylation sur la tubuline, le battement des flagelles est perturbé, menant les spermatozoïdes à nager en rond.

Le noyau du flagelle du spermatozoïde est composé de microtubules, ainsi que de dizaines de milliers de minuscules moteurs moléculaires, appelés dynéines, qui permettent de courber rythmiquement ces microtubules afin de produire des vagues pour le mouvement et le pilotage, explique dans un communiqué Sudarshan Gadadha, qui est professeur de biologie à l’Institut Curie.

L'activité de ces dynéines doit être étroitement coordonnée. En l'absence de glycylation, elles sont devenues non coordonnées, et en conséquence, nous avons soudainement vu des spermatozoïdes nager en rond.

Sudarshan Gadadha

Nous avons observé des défauts fonctionnels sur le sperme de souris dépourvues de glycylation, ce qui a entraîné une réduction de la fertilité, poursuit le chercheur.

Son collègue Carsten Janke, de l’Université Paris Saclay, estime qu’un défaut similaire chez l'homme pourrait conduire à la stérilité masculine.

Le saviez-vous?

Au moment de la fécondation, le spermatozoïde s'unit à un ovule. Leur combinaison forme une cellule-œuf, qui se développera ensuite en embryon, puis en fœtus, et mènera à naissance d’un bébé.

Mobilité perturbée

Pour arriver à visualiser la structure moléculaire du flagelle et de ses moteurs moléculaires chez des rongeurs, et pour comprendre comment le manque de glycylation conduit à une perturbation de la mobilité des spermatozoïdes, les scientifiques ont eu recours à la cryomicroscopie électronique.

Cette technique permet d’analyser des échantillons biologiques en préservant leur morphologie et leur structure. Elle réduit aussi les dommages d’irradiation causés par le faisceau d’électrons.

Cet examen des flagelles a révélé que la mutation interfère non pas au niveau de l’architecture du flagelle, mais plus subtilement avec la coordination de l'activité des dynéines – les moteurs qui alimentent le battement du flagelle.

Cette réalité explique pourquoi la nage des spermatozoïdes est perturbée.

Le détail de ces travaux est publié dans le magazine Science (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

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