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Transport, Capacitation et Reactionacrosomique
des spermatozoïdes de mammifères
Voies génitales féminines: transport , capacitation et interaction gamétique
VOIES GENITALES FEMININES
108
Mouvement des spermatozoïdes humains éjaculés: analyse microcinématographique
Mouvement de la tête des spermatozoïdes humains
David et al , 1981
La Force propulsive est fonction de: - Vitesse de propagation des ondes- Amplitude de la courbure flagellaire
Mouvement spermatique:
transformation d’un glissement microtubulaire en courbure flagellaire
Tête
Flagelle
Coupe transversale de
pièce principale flagellaire
Shingyoji et al , 1977
Satir et al., 1981
Schéma de l’axonème:
Vue longitudinale
Mouvement dans le mucus cervical
Contrainte du mouvement par la structure fibrillaire du mucus
Mouvement orienté et uniforme
Analyse automatique du mouvement par système CASA ( Computer-Assisted Sperm Analysis )
Exemple de deux dyskinésies flagellaires
Témoin
Absence de bras externes de dynéines
Anomalies des structures périaxonémales: spermatozoïdes glissants
Caractéristiques dynamiques ** = Spermatozoïde glissant
VSL (µm/s) ALH (µm/s) Fr(Hz) Fb( Hz)
Patients 22,7 ± 2,7 1,6 ± 0,2 4,8 ± 1,7 13,5 ± 2,9
Témoins 29,0 ± 4,2 5,2 ± 0,4 7,1 ± 1,8 8,5 ± 2,4
P < NS 0,05 0,01 0,01
C arac té ris tiques d ynam iques **
D ans le liqu ide sém ina l
V S L(µm /s) V A P (µm /s) V C L(µm /s) A LH (µm )
P a tien ts (n=15 ) 17 ,8 ± 5 ,1 25 ,7 ± 5 ,2 34 ,4 ± 7 ,3 2 ,3 ± 0 ,9
tém o ins (n=7) 39 ,8 ± 8 ,9 48 ,0 ± 10 ,1 62 ,7 ± 13 ,0 4 ,0 ± 0 ,9
P < 0 ,001 0 ,001 0 ,001 0 ,001
D ans le m ilieu B 2
P a tien ts 34 ,2 ± 10 ,0 49 ,1 ± 10 ,1 66 ,4 ± 9 ,0 4 ,3 ± 1 ,7
C on trô les 83 ,6 ± 17 ,2 94 ,3 ± 15 ,9 113 ,4 ± 12 ,9 5 ,6 ± 1 ,2
P < 0 ,001 0 ;001 0 ,001 N S
D'après Wolf et al, 1995
(Feneux et al., 1985)
Valeur pronostique
• Des paramètres sont souvent cités: ALH,LIN, VSL.
• Pas de valeur seuil mais une corrélation
• D’après les pathologies connues, on peut proposer que– ALH ne doit pas être < à 2 µm – VSL ne doit pas être < à 25µm Pour qu’un spermatozoïde ait la force propulsive suffisante pour traverser
les barrières (mucus, zone pellucide) le séparant de l’ovocyte.
ACQUISITION DU MOUVEMENT HYPERACTIVE (1)
CAPACITATION: définition
Austin et Chang 1950,1951
Temps pendant lequel le spermatozoïde doit séjourner dans les voies génitales féminines afin d’être fécondant
•Ensemble des modifications membranaires et intra-cellulaires qui rendent le spermatozoïde capable de féconder l’ovocyte
Capacitation: conséquences
Mesure de la capacitation par des tests fonctionnelsÉtude du mouvement: hyperactivationTest de fixation à la zone pellucideInduction de la réaction acrosomiqueTest de pénétration dans des ovocytes dépellucidés de hamster
- Hyperactivation du mouvement
- Exposition des récepteurs spermatiques à la ZP
- Aptitude à faire une réaction acrosomique
- Capacité à fusionner avec la membrane ovocytaire
ZP
ovocyte
CAPACITATION: lieu
• Lieu: voies génitales féminines
CAPACITATION: Durée
Dans l’espèce humaine:
-Variation inter-spermatique
-Variation intra-spermatique
Notion de sous population
( Perreault et Rogers , 1982)
Capacitation: Déstabilisation membranaire
État capacité = fenêtre de déstabilisation (Harrison , 1996)
-Conduit à des modifications internes et éventuellement à la mort cellulaire
-Phénomène réversible
-Intéresse une sous- population
(15 à 20% des spermatozoïdes)
Résulte de:dé-répression (enlèvement de facteurs stabilisants)modulation positive par des agents du tractus génital féminin
facteurs décapacitants
Nature:Protéines ou glycoprotéines CholestérolZinc
Origine: plasma séminal (vésicules séminales prostate
Role:
Éviter capacitation prématurée
Stabiliser la membrane
Localisation :Adsorbée sur la membrane plasmique du spermatozoïde pour les protéines (SBP)Dans le plasma séminal (Zinc, cholestérol….)
Elimination indispensable à la capacitation lors de la traversée du mucus cervical
Capacitation: Modifications membranaires
(1)Réorganisation des phospholipides
PC
PE
Flesch et al., 2001
(2) Redistribution du cholestérol et efflux
Complexe filipin-stérol
Baisse du rapport C/PL augmentation fluidité membranaire
(3) Modifications des protéines (singer et al., 1985; Cross et Overstreet, 1987)enlèvement acide sialiques(role des SABP de l’endomêtre
Modifications des sucres
Réaménagement des protéinesTopfer-Petersen et al., 1990
Fig. 5. Immunolocalization of VCP/p97 in human sperm beforeand after capacitation. Ficarro et al, 2003
Suzuki et Yanagimachi, 1989)
Seminolipid?
Proteine du complexe SNARE migre dans l’acrosome durant la capacitation (de Vries à publier )
VAM6P et SNAP (Brahmaraju et al , 2004)
Capacitation: Modifications ioniques- Influx de calcium (Fraser, 1993)
- Augmentation de [Ca2+]i (Baldi et al., 1981)
Mécanisme?
- Stimulation d’un influx
- échangeur Ca2+/Na+
- Ca2+ ATPases
Capacitation: modifications ioniques (suite) D’après Darzon et al., 2001)
De 6,9 à7,1(Cross et Razy, 1997 Hyperpolarisation :
-40mv à – 60mv (Zeng et al., 1995
-50mv à -80mv (Arnoult et al., 1999)
Canaux sensibles aux baryum
(Munoz-G&ray et al., 2001
Inactivation de canaux dépendant du voltage de type T (bas seuil)
phosphorylations de protéinesPendant la capacitation: augmentation de AC (Monks et al, 1986) et diminution de phosphodiestérase ( Monks et Fraser, 1987)
Augmentation de l’AMPc (White et Aitken, 1989)
Stimulation de PKA Phosphorylation sur Tyr (Urner et al ; Tyrosine kinaseMAP kinase
(Ficarro et al., 2003)
• Voltage-dependent anion select channel 2• Keratins• Phospholipid hydroperoxide gluthathione peroxidase• Ubiquinol cytochrome c, Reductase 1• Glutamate ammonia ligase• Pyruvate dehydrogenase• F-actin capping protein• A kinase anchor protein 3• A kinase anchor protein 4• TRAP-1 (tumor necrosis factor type 1 receptor-associated protein)• N-Acyl-aminoacylpeptide hydrolase• Valosin-containing protein (VCP or p97)• HSP 70• HSP 90 • Proacrosin-binding protein (sp 32)• Glutathion s-transferase M3• Outer dense fiber 1 (ODF 1)• -Tubulin
Phosphorylation sur Ser/Treo
(Harrison 2004)
Protéines de Divers PM :
- 96 -59 kDa (membre des ODF dans le flagelle)
-64 kDa (dans la tête)
-- 44 kDa (tête et flagelle )
O’ Flaherty et al 2004
P 105 et P 80
HSP90 (Ecroyd et al., 2003)
FSP 95 ( Mandal et al., 1999)
CABYR (Naaby Hansen et al 2002)Naz 1999
phosphorylations de protéines
Régulation par le calcium
Régulation par les ROS(Baker et Aitken, 2004)
Production d’O2 et d’H2O2 pendant capacitationROS: accélèrent capacitation et stimulent certaines activités enzymatiques (AC, PLA2, PKC)
Mouvement hyperactivé
Facteurs capacitants
Capacitation in vivo
Réservoir spermatique
Isthme de l’oviducte chez le hamster
Interaction spermatozoïdes – épithélium isthmique
le calcium intraspermatique est maintenu bas (Dobinski et al., 1996 et 1997)
ATP intracellulaire augmenterait (Baker et al 2004)
La phosphorylation de protéines membranaires est réduite (Petrunkina , 2001)
(Dobrinski et al 1996)
Conséquences:
- Empêchement d’une capacitation prématurée
- Maintien de la vitalité des spermatozoïdes
Détachement des spermatozoïdes de l’épithélium
Changement des conditions environnementales:
- stimulation du mouvement hyperactivé? (ATP élevé)- modification membranaire du spermatozoïde ?
role des glycoconjugués sulfatés (héparine) (Talveri et giraltieri 2001)
Existence d’un signal lors de l’arrivée de l’ovocyte?
Chimiotactisme?
INTERACTION AVEC LE COMPLEXE CUMULO-OVOCYTAIRE
FIXATION PRIMAIRE
REACTION ACROSOMIQUE
FIXATION SECONDAIRE
TRAVERSEE DE LA ZP
Structure de la zone pellucide
Trois glycoprotéines chez la souris:
(Schéma selon Wassarman)
ZP2 ZP3ZP1
Quatre glycoprotéines chez l’homme: (HARRIS, 1994)H ZP1 code pour la glycoprotéine ZP1
hZPA code pour la glycoprotéine appelée ZPA ou ZP2,
hZPC code pour la glycoprotéine appelée ZPC ou ZP3, hZPB code pour la glycoprotéine appelée ZPB, équivalent de la glycoprotéine ZP3α chez le porc et rc55 chez le lapin
.
hZPA et mZP2 : 57 %
hZPC et mZP3 : 67 %
hZP1 et mZP1 : 67 %
Caractérisation biochimique de la ZP humaine
PM kDa ZP1est un dimère de 140kDa chez la souris
ZPA:: 90/110 kDa
ZPB: 65/75 kDa
ZPC: 55/60 kDa
Après la fécondation :
ZPC et ZPB ne se modifie pas en PM
ZPA se clive en 70 kDa et 30kDa environ
ZPA ZPB ZPCWesternblot des ZP natives révélées avecles anticorps anti ZP recombinantes
Travail F PETIT
Role des glycoprotéines pellucidaires
ZPC et ZPB récepteur primaire au spermatozoïde
et induction de la réaction acrosomique
ZPA récepteur secondaire au spermatozoïde
ZP1 élément pontant des chaînes
ovocyteovocyteZPA
ovocyteZPC
Fixation et Fusion Fixation secondaireFixation primaire
Acrosome intact Reactionacrosomique
Acrosome réagi
Récepteurs spermatiques à la zone pellucideEspèce Récepteurs spermatiques Références
galactosyltransférase Shur, 1991sp 56 Bleil and Wassarman, 1988p95 Leyton and Saling, 1989mannosidase Cornwall et al. , 1991protéine de 15kDa Richardson et al. , 1987enzyme trypsine-like Benau and Storey, 1988
Bovin SP-10 Coonrod et al. , 1996Hamster P26h Sullivan et Bleau, 1985Cobaye PH-20 Hunnicutt et al. , 1996
proacrosine Jones and Brown, 1987Sp38 Mori et al. , 1993
Souris
Porc
Chez l’hommze
Récepteurs spermatiques Références RemarquesFA-1 Naz et al. , 1992 auto-anticorps anti spermatozoïde (ZPA)p95 Burks et al. , 1995 homologue humain de m-p95 (ZPC)FA-2 Naz et al. , 1993 anticorps de souris anti spermatozoïde humain (ZPC)SP-10 Wright et al. , 1990 clonage et production d'anticorps anti SP-10 (ZPA)
mannosidase Tulsiani et al. , 1990 activité enzymatique spermatiqueenzyme trypsine-like Llanos et al. , 1993 activité d'inhibiteurs de trypsineprotéine de 20 kDa Boettger-Tong et al. , 1993 induction de la RA par des inhibiteurs de protéasesmannose-lectine Benoff, 1997 induction de la RA par des groupements sucrésfucose-lectine Mahony et al. , 1993 inhibition de binding
protéines de 17 et 18 kDa O'Rand et al. , 1985 immunoblotting de ZP (ZPC)protéines de 16, 18, 19, 35 et 60 kDA
Shabanowitz et al. , 1988 immunoblotting de ZP radiomarquée
DESCRIPTION DE LA REACTION ACROSOMIQUE- Fusion membranes plasmique et membrane acrosomique externe- Exocytose du contenu acrosomique
membrane plasmiquemembrane acrosomique externeacrosomemembrane acrosomique interneMembrane nucléaire
noyau
Méthode d’étude de la réaction acrosomique
Microscopie optique: sans coloration impossible dans l’espèce humaine
Emploi de fluorochrome
RA+
RA -
Marquage avec anti CD46 FITC
Coloration négative lectine PSA
Coloration positive CD46
Microscopie électronique
Réaction acrosomique: Modifications ioniques
Chez le bovin Florman et al;1989
ZP
Chez l’homme Patrat et al 2000
Il existe une double entrée de calcium 1pic transitoire élevé par des CCVD type T (Arnoult 1999)1 entrée progressive par des SOC (canaux activés par la déplétion de stocks interne )(0 Toole et al 2000)
Reaction acrosomique
Effet de la toxine pertussis (PT) Lee et al, 1992
Implication de protéine G i Implication de l’AC
Reaction acrosomique induite par la zone pellucide
Patrat et al., 2000
Contenu de l’acrosome
Conséquences de la réaction acrosomiqueLyse de la zone pellucide pénétration de la ZP
Fixation et fusionModifications de protéines des régions équatoriale et post acrosomique