Nouveau mécanisme sous-jacent à l'infertilité masculine – ScienceDaily

Un composant essentiel de chaque cellule eucaryote est le cytosquelette. Les microtubules, minuscules tubes constitués d'une protéine appelée tubuline, font partie de ce squelette de cellules. Les cils et les flagelles, qui sont des structures en forme d'antenne qui dépassent de la plupart des cellules de notre corps, contiennent de nombreux microtubules. Un exemple de flagelle est la queue du sperme, qui est essentielle à la fertilité masculine et donc à la reproduction sexuée. Le flagelle doit battre de manière très précise et coordonnée pour permettre une nage progressive du sperme. Le non-respect de cette consigne peut entraîner une infertilité masculine. Des chercheurs de l'Institut Curie de Paris, de l'Institut Max Planck de biologie cellulaire et génétique moléculaire (MPI-CBG) de Dresde, le centre d'études et de recherche européennes avancées (césar) à Bonn avec l'Université de Bonn, l'Institut Cochin de Paris et le Technopole humain de Milan montrent maintenant qu'une modification enzymatique particulière de la protéine tubuline, appelée glycylation, est essentielle pour maintenir le sperme en ligne droite. Ces résultats impliquent qu'une perturbation de cette modification pourrait sous-tendre certaines formes d'infertilité masculine chez l'homme.

Les cellules de notre corps utilisent notre bibliothèque d'ADN pour extraire des plans contenant les instructions pour construire des structures et des machines moléculaires appelées protéines. Mais l'histoire ne s'arrête pas là: les protéines peuvent être modifiées par d'autres protéines, appelées enzymes. Le fait que de telles modifications se produisent est connu depuis longtemps, mais, de manière surprenante, leur fonction est dans de nombreux cas inconnue. Un excellent exemple de notre manque de connaissances approfondies est le rôle des modifications de la tubuline, la protéine qui forme les microtubules. Ce sont de longs filaments qui sont utilisés pour fabriquer des échafaudages dans les cellules. Bien que les microtubules soient très similaires dans toutes les cellules de notre organisme, ils remplissent une grande variété de fonctions. L'une des fonctions les plus spécialisées des microtubules se trouve dans la queue du sperme ou le flagelle. Les flagelles de sperme sont essentiels à la fertilité masculine et donc à la reproduction sexuée. Ils doivent battre de manière très précise et coordonnée pour permettre la nage progressive des spermatozoïdes, et ne pas le faire peut conduire à l'infertilité masculine. Pour que le sperme continue de nager en ligne droite, la modification de la protéine tubuline par des enzymes est essentielle. Une modification est appelée glycylation, et était jusqu'à présent parmi les modifications les moins explorées de la tubuline.

Des scientifiques de l'Institut Curie de Paris, de l'Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (MPI-CBG) de Dresde et du centre d'études et de recherche européennes avancées (césar) de Bonn avec l'Université de Bonn, l'Institut Cochin de Paris et le Technopole Humain de Milan se sont penchés de plus près sur la glycylation. Ils ont constaté qu'en l'absence de cette modification de la tubuline, la façon dont les flagelles battent est perturbée, ce qui donne des spermatozoïdes qui nagent principalement en cercles. Le premier auteur de l'étude, Sudarshan Gadadhar de l'Institut Curie explique: «Le noyau du flagelle du sperme est composé de microtubules, ainsi que de dizaines de milliers de minuscules moteurs moléculaires, appelés dyneins, qui permettent de plier rythmiquement ces microtubules en produisent des ondes pour le mouvement et la direction. L'activité de ces protéines motrices de la dynéine 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 cercles. "

Pour le savoir, les auteurs de l'étude avaient créé une lignée de souris dépourvue de plans génétiques pour les enzymes qui glycylent les microtubules. «Nous avons observé des défauts fonctionnels sur le sperme de souris dépourvues de glycylation, ce qui a entraîné une réduction de la fertilité. Étant donné que les souris en tant que système modèle sont connues pour avoir une fertilité robuste, un défaut similaire chez l'homme pourrait conduire à la stérilité masculine», explique Carsten Janke, CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) chercheur à l'Institut Curie et l'un des coordinateurs de l'étude.Pour découvrir pourquoi le manque de glycylation conduit à une perturbation de la motilité des spermatozoïdes et de la sous-fertilité masculine, l'équipe a utilisé la cryo-microscopie électronique pour visualiser la structure moléculaire du flagelle et de ses moteurs moléculaires. L'analyse des flagelles de spermatozoïdes mutants a révélé que les flagelles étaient correctement construits, mais la mutation a interféré avec l'activité coordonnée des dyneins axonémiques – les moteurs qui alimentent le battement du flagelle. Ceci explique pourquoi la nage des spermatozoïdes est perturbée.

Pourquoi cette découverte est-elle si importante? Les autres auteurs coordinateurs, Gaia Pigino du MPI-CBG et du Technopole humain, et Luis Alvarez de l'institut caesar, résument: "Cette étude, qui montre l'importance de la glycylation pour le contrôle des moteurs à dynéine du flagelle, est un exemple de la façon dont les modifications des microtubules affectent directement la fonction d'autres protéines dans les cellules. Nos résultats fournissent la preuve directe que les microtubules jouent un rôle actif dans la régulation des processus biologiques fondamentaux via un code de modifications de la tubuline. De plus, cette étude met en évidence un nouveau mécanisme sous-jacent à l'infertilité masculine Étant donné que les flagelles de sperme sont l’un des nombreux types de cils dans notre corps, nous nous attendons à ce que des modifications similaires de la tubuline soient importantes dans diverses fonctions liées aux cils. Par conséquent, nos travaux ouvrent la voie à une compréhension plus approfondie de plusieurs maladies, telles que les troubles du développement cancer, maladies rénales ou troubles respiratoires et visuels. "

Source de l'histoire:

Matériaux fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.