Influence du battement du flagelle et de la composition lipidique du spermatozoïde sur l'étape de fusion des gamètes chez le mammifère

Effect of the flagellum beating and of the spermatozoon lipids composition on the fusion step during mammalian gametes interaction

• Auteur / Autrice : Benjamin Ravaux
• Direction : Christine Gourier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 28/10/2016
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique statistique de l'École normale supérieure (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Martine Ben Amar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Rubinstein, David Tareste
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillaume Drin, Isabelle Tardieux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flagelles (biologie)

Microfluidique

Fécondation

Mots clés libres

Fécondation

Lipides

Izumo1

Cd9

Flagelle

Microfluidique

Fertilization

Flagellum

Microfluidic

Résumé

La fécondation est la rencontre de deux gamètes. Bien que centrale chez les espèces sexuées, les mécanismes membranaires et moléculaires ne sont pas encore établis. La communauté scientifique bute toujours sur la question centrale : Comment le spermatozoïde fusionne-t-il avec l’ovule ? Si des études ont identifié trois protéines essentielles : Izumo1, Juno et CD9, elles montrent aussi que ces acteurs ne sont pas suffisants. Notre étude a eu pour but d’identifier d’autres paramètres potentiels impliqués dans cette machinerie de fusion. Nous nous sommes donc focalisés sur la contribution des lipides spermatiques et sur celle du battement du flagelle. Nous avons développé deux méthodes expérimentales originales. Avec la première, qualifiée de « Bottom-up », nous avons tenté de déterminer la machinerie spermatique minimale pour induire la fusion avec l’ovocyte. L’idée a été de reconstituer pas à pas la membrane de la tête du spermatozoïde, d’abord avec les lipides identifiés lors d’analyses, puis en y incorporant Izumo1. Pour la seconde approche, appelée « Top-down », nous avons développé un outil microfluidique pour guider le spermatozoïde jusqu’à l’ovocyte afin de suivre la rencontre avec le « meilleur » point de vue, dans des conditions in-vitro aussi physiologiques que possible. Nous avons découvert que contrairement à ce que nous pensions, le battement du flagelle ne sert pas uniquement à atteindre l'ovocyte, mais aussi à déclencher la fécondation. En effet, les contraintes mécaniques induisent une réorganisation de la membrane ovocytaire incluant la protéine CD9. Ainsi, la chronologie des événements a pu être obtenue avec une résolution temporelle inégalée.

Fertilization is the encounter of two gametes. Although this process is crucial for sexual organisms, the timeline of the molecular events is not yet established. The researchers cannot explain: how the spermatozoon fuses with the oocyte? One of the reasons is the lack of experimental methods available. Indeed, the gametes need a specific environment to fertilize. Nevertheless, the scientific community identified three essential proteins: Izumo1 on the spermatozoon, Juno (its receptor) and CD9 on the oocyte membrane. For our part, we tried to determine if the none-proteins environment of Izumo1 and CD9 could influence the gametic interaction. To do so, we were focused on the role of the lipids composition of the sperm membranes and on the influence of the forces developed by the flagellum beating on the oocyte. We designed two original experimental methods to offer a better understanding of the mechanisms inside the gamete contact area. With the first one, we tried to identify the minimal machinery to induce fusion. We started to reconstitute step by step the membrane of the spermatozoon head. We tested first the identified lipids alone, and then we coupled these molecules with Izumo1. With the second one, we developed a microfluidic tool to observe the gametic encounter with the “best” viewpoint in the most physiological in-vitro conditions. We observed that the flagellum beating is not only involved in the crossing of the female genital tract but also in the initiation of the fusion step. Indeed, the mechanical constraints induce membrane reorganization with CD9 recruitment. So we succeed to establish the kinetic of the events with an unequaled resolution.