Genetic and epigenetic factors associated with human male infertility

par Marie-Charlotte Dumargne

Thèse de doctorat en Génétique et Epigénétique

Sous la direction de Kennneth McElreavey.

Soutenue le 19-02-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale physiologie, physiopathologie et thérapeutique .

Le jury était composé de Jean-Pierre Siffroi, Brigitte Benzacken, Pierre Ray, Célia Ravel, Frédéric Chalmel.

  • Titre traduit

    Facteurs génétiques et épigénétiques associés à l'infertilité masculine


  • Résumé

    La spermatogenèse est un processus complexe qui dépend de la coopération de nombreux gènes. Son produit final le spermatozoïde, est un sujet d’étude idéal car il renferme à la fois des indices d’événements passés ainsi que des informations qui seront transmises à l'ovocyte lors de la fécondation. L'identification de nouveaux acteurs de la spermatogenèse, des modifications spécifiques de l'ADN du sperme ou la présence de transcrits spécifiques pourraient servir comme biomarqueurs dans le diagnostic de l’infertilité. Cette thèse avait pour but d’analyser le génome, le transcriptome et l’épigénome de spermatozoïdes dans le contexte de l'infertilité masculine. Nous avons identifié de nouvelles causes génétiques et confirmé la présence d'anomalies de méthylation dans le sperme d'hommes infertiles. Nous avons découvert 20 mutations dans le gène SOX8, chez des patients atteints de trouble du développement sexuel ou d'infertilité masculine ou féminine, qui apparaît comme un régulateur du développement et de la fonction gonadique. Par séquençage d’exome, une mutation dans le gène ATAD2 modeleur de la chromatine spécifique de la lignée germinale mâle fut également identifiée. Par RNA-seq et MeDIP-chIP du sperme d’hommes fertiles et infertiles, nous avons caractérisé la signature transcriptionnelle du sperme. La majorité des ARNs spermatiques humain est remarquablement conservée chez les mammifères placentaires suggérant des fonctions ancestrales importantes. Enfin, nos données transcriptomiques et épigénétiques tendent à indiquer qu’une expression et une régulation adéquates des gènes impliqués dans le remodelage de la chromatine constituent un facteur clé pour la fertilité masculine.


  • Résumé

    Spermatogenesis is a complex process which depends on the cooperation of many genes. The end-product, the spermatozoon, is an ideal subject for study since it carries both clues of the past events and information which will be transmitted to the oocyte at fertilization. The identification of main actors of spermatogenesis, specific modifications of sperm DNAs or sperm specific isoforms could improve our understanding of a such complex mechanism and could serve as a determination of biomarkers or diagnostic tools for fertility. The aim of the project was to go further three omes: genome, epigenome and transcriptome of mature human sperm in the context of male infertility. We identified new genetic causes of male infertility and confirmed the presence of methylation abnormalities in sperm cells of infertile men. Firstly, SOX8 gene was found mutated in a cohort of 20 patients with disorder of sex development and male or female infertility. Similarly, to NR5A1, SOX8 appears to be a novel regulator of gonadal development and function. Then by exome-sequencing, we identified a homozygous nonsense mutation in the male germline-specific chromatin modeler ATAD2. Furthermore, RNA-seq and MeDIP-chIP of sperm from fertile and infertile men along with bioinformatics analyzes of the generated data, enabled us to characterize more deeply the normal sperm transcriptional signature. We also found that the majority of human sperm RNAs are remarkably preserved in placental mammals suggesting crucial ancestral functions. Finally, proper expression and regulation of chromatin remodelers seem to be critical for male fertility, as revealed by both the transcriptomic and the epigenetic data.

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