La dissection génétique des différentes étapes de la spermatogenèse, cellule par cellule

Pour PrépaBCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thème : gamétogenèse, reproduction, expression génétique

La spermatogenèse est une fonction évidemment importante pour la reproduction des espèces et est très active tout au long de la vie d'un adulte (1.000 spermatozoïdes produits par seconde chez l'homme). Elle est constituée d'une succession d'étapes qui ont lieu dans les tubes séminifères des testicules. Le passage du stade spermatogonie (qui est une cellule souche) au stade spermatozoïde prend 72 à 75 jours chez l'homme. Pendant ce temps, auront lieu notamment les deux divisions méiotiques et la différenciation (spermiogenèse). 

 

Source : http://www.vetopsy.fr/reproduction/male/spermatogenese.php

C'est donc un processus dynamique et de nombreuses régulations génétiques doivent avoir lieu pour que l'enchaînement des étapes se passe correctement.

Des chercheurs ont mis à profit les capacités d'étude du transcriptome à l'échelle d'une cellule pour disséquer très précisément les modifications d'expression génétique au cours de la spermatogenèse. Chaque cellule sur une coupe de testicule est récupérée individuellement par laser. Le principe est qu'un laser infrarouge chauffe une résine qui fond et devient collante et peut ainsi prélever sur une coupe une surface correspondante au diamètre voulu (jusqu'au diamètre correspondant à une seule cellule).

Principe de la microdissection par capture laser (source : http://www.socmucimm.org/laser-capture-microdissection/)

500 cellules correspondantes à une vingtaine d'étapes de la spermatogenèse ont été disséquées. On a extrait de chaque cellule quelques picogrammes d'ARN qu'il a fallu ensuite rétrotranscrire et amplifié avant séquençage. Puis des outils bio-informatiques d'analyse ont été mis en œuvre. Résultats : l'expression d'un peu plus de 4.000 gènes a un profil dynamique au cours des différentes étapes de la spermatogenèse (ce qui constitue une proportion étonnamment importante parmi les 23.000 gènes humains). Sans surprise, les principales modifications ont lieu en entrée et en sortie de méiose. Les auteurs ont pu identifier de nombreux ARN non traduits qui ont des profils très dynamiques et donc sans doute des rôles importants encore insoupçonnés dans la régulation de la spermatogenèse.

Les plus grandes surprises sont venues des spermatogonies : d'abord les spermatogonies expriment déjà certains gènes codant des protéines nécessaires pour la dernière étape de différenciation (même si c'est à des niveaux faibles). La différenciation consiste donc surtout à augmenter l'expression des gènes déjà en partie actifs au préalable plutôt qu'à les activer à partir de 0. Cela peut contribuer à rendre le processus plus rapide.

Ensuite, les spermatogonies qui se divisent symétriquement pour donner deux spermatogonies (appelées Adark parce qu'elles ont un noyau sombre) et les spermatogonies qui sont issus d'une division asymétrique et qui vont s'engager plus tard dans la méïose (appelées Apale) ont des profils d'expression génétique très similaires. Ce qui veut dire que c'est sans doute sur les protéines (leur production par traduction ou leurs phosphorylations...) et non sur la régulation transcriptionnelle que se jouent les différences entre ces deux types de spermatogonies.

Enfin, dans une population morphologiquement homogène de spermatogonies, les chercheurs ont trouvé des profils assez différents ce qui veut dire qu'il y a des catégories de spermatogonies avec des fonctions sans doute distinctes qui n'avaient pas encore été caractérisées au préalable.

En résumé, la diversité morphologique visible en histologie des spermatogonies (les A dark et les A pale) n'est pas forcément la plus pertinente en terme de diversité d'expression génétique.

Bref, tous ces gènes sont autant de nouvelles cibles à étudier et potentiellement à traiter pour les cas d'infertilité masculine ou au contraire pour trouver un contraceptif masculin.

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