Caractérisation du protéome du spermatozoïde humain

Caracterization of human sperm proteome

• Auteur / Autrice : Fanny Jumeau
• Direction : Valérie Mitchell, Nicolas Sergeant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et médecine du développement et de la reproduction
• Date : Soutenance le 16/09/2013
• Etablissement(s) : Lille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche Jean-Pierre Aubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Sergeant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules germinales

Marqueurs biologiques

Protéome

Spermatozoïdes

Gamètes

Marqueurs biologiques

Spermatozoïdes

Mots clés libres

Protéome

Spermatozoïde

Marqueurs biologiques

Qualité des gamettes

Cellules germinales

Genome

Spermatozoon

Biomarkers

Résumé

La spermatogenèse est un processus complexe qui se déroule dans le tube séminifère du testicule. Au cours de ce processus, la cellule germinale entre en méiose puis réalise de profondes transformations cytologiques comme la compaction de la chromatine, la formation de l’acrosome et du flagelle. Les organites cytoplasmiques comme l’appareil de Golgi et le reticulum endoplasmique sont éliminés. Le spermatozoïde est alors une cellule organisée qui ne réalise pas ou peu de synthèse protéique. De plus, à la sortie du testicule, le spermatozoïde n’est pas mobile et incapable de féconder l’ovocyte. C’est par des interactions avec son environnement, l’épididyme et les voies génitales féminines, qu’il acquiert pleinement ces fonctions. Ces interactions se traduisent par des modifications du protéome comme le clivage des protéines ou des modifications post-traductionnelles. Ainsi, l’approche protéomique représente une méthode pertinente pour appréhender la physiologie spermatique. Toutefois, le protéome spermatique a fait l’objet de peu d’études et reste mal connu. Dans cette étude, le protéome du spermatozoïde humain a été réalisé selon deux approches. L’électrophorèse bidimensionnelle est particulièrement adaptée pour l’étude des modifications post-traductionnelles tandis que le shotgun constitue une technologie puissante en terme de sensibilité et d’identification des protéines. Les analyses bioinformatiques ont permis d’identifier les familles de protéines surexprimées de façon significative au sein du protéome spermatique. Parmi celles-ci, les protéines d’associations aux microtubules ont été sélectionnées en raison de leur rôle fondamental dans la dynamique du réseau microtubulaire et par conséquent, la mobilité spermatique. Le profil d’expression de la DCDC2C, une protéine de la famille des domaines à doublecortines, a été caractérisé dans le testicule et le spermatozoïde humain. De plus amples investigations sont nécessaires afin de préciser son rôle dans la physiologie spermatique.Outre la compréhension de processus physiologiques, les outils protéomiques permettent l’identification de nouveaux marqueurs de qualité du spermatozoïde. La caractérisation de la qualité spermatique repose actuellement sur un examen descriptif, le spermogramme-spermocytogramme, qui ne permet pas toujours d’expliquer l’infertilité du couple. Ainsi, l’amélioration des outils diagnostics et de la prise en charge de la fertilité sont les enjeux de la Procréation Médicalement Assistée. Dans ce contexte, nous avons observé le protéome de 161 échantillons de spermes normaux (OMS 2010). L’analyse de ce protéome a permis de définir un nouvel index de qualité protéique (SPQI) Les études statistiques ont montré que le SPQI est significativement associé à la mobilité progressive du spermatozoïde. Ainsi, le SPQI pourrait être un nouveau marqueur de qualité du spermatozoïde. Un kit permettant d’établir le SPQI en routine diagnostique est en cours de développement.

Spermatogenesis is a complex process located in seminiferous tubules of the testis. Germ cell underwent meiosis during the process following many cytological modifications such as chromatin compaction, biogenesis of both acrosome and flagellum. Subcellular components like the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum were eliminated. Spermatozoa is then a highly organized cell which realized no or little de novo protein synthesis. Spermatozoa is furthermore unable to move and fertilize an oocyte outside of the testis, as it fully becomes functional by interacting with its environment, the epididymis and the female genital tracts. These interactions are translated by modifications of the proteome as proteins cleavage or post-translational modifications. The proteomic approach represents then a relevant method to understand sperm physiology. Nevertheless, few studies are related to sperm proteome which remains poorly known. This study has been conducted using two different approaches. 2D-electrophoresis is especially adapted to post-translational studies while the shotgun approach is a powerful and sensible tool for protein identification. Bioinformatic analyses helped identifying protein families overexpressed in a meaningful way inside the sperm proteome. Microtubules-associated proteins were among those that have been selected due to their role in the dynamic of microtubule network, thus in the sperm motility. The DCDC2C expression profile, a protein belonging to the doublecortin containing domain family, has been characterized in the testis and in the human spermatozoa. Further investigations are necessary in order to define its role in the sperm physiology.Besides the understanding of physiological processes, proteomic tools allow the identification of new markers of sperm quality. The characterization of sperm quality currently relies on a descriptive test that is not yet capable of explaining the infertility of a couple. Improving the diagnostic tool and management of fertility are the main objectives of reproductive studies. We have therefore observed the proteome of 161 normal sperm samples (WHO 2010). The proteome analysis defined a new sperm protein quality index (SPQI). Statistic studies show that this SPQI is significantly related to the progressive motility of the sperm. SPQI could then be used as a new quality marker of the spermatozoa. A kit that could help establishing SPQI routinely is currently in process.