Caractérisation d'un ARN impliqué dans la production et la motilité des spermatozoïdes

En vue d’améliorer les capacités reproductives des animaux domestiques, il est important de caractériser les gènes impliqués dans les différentes étapes de la différenciation des gonades. Topaz1 (pour Testis and Ovary-specific PAZ domain gene1) est un gène initialement découvert dans l'ovaire fœtal des brebis lors de la méiose. Par la suite, il a été retrouvé dans des banques de testicules adultes humains et murins et dans des ovaires de souris à la naissance. Il est très conservé au cours de l’évolution chez les vertébrés et son expression est spécifique des cellules germinales. Il est préférentiellement exprimé chez les femelles pendant la vie fœtale chez l’ovin, alors qu’il est majoritairement exprimé dans le testicule chez la souris adulte.

Topaz1, un gène indispensable à la spermatogénèse chez les mammifères

Un modèle murin, dépourvu du gène Topaz1 ((Topaz1^-/-) ou KO ; Luangpraseuth-Prosper et al., 2015) a permis de mettre en évidence l'implication de ce gène dans la fertilité mâle. En comparaison avec des souris normales, le poids des testicules des animaux où Topaz1 est inactivé diminue et ceci dès la fin de première vague de spermatogénèse.

D’un point de vue histologique, les différences entre les testicules des animaux Topaz1^-/- et Topaz1^+/+apparaissent entre 15 et 20 jours après la naissance. L'inactivation de Topaz1 induit une absence de cellules germinales haploïdes et une augmentation de l’apoptose, suggérant un arrêt de la spermatogenèse au cours de la première division de méiose.

L’inactivation de ce gène entraine en effet un blocage des cellules germinales en fin de prophase I de méiose et un défaut d’alignement des chromosomes le long de la plaque métaphasique.

Afin de mieux caractériser le phénotype testiculaire des souris dont le gène Topaz 1 est inactivé, des analyses transcriptomiques à haut débit ont été réalisées. Ces analyses ont permis de mettre en évidence une perturbation de l'expression des gènes impliqués dans la mobilité des microtubules et/ou des cils, qui est un processus biologique nécessaire à la spermatogenèse.

L’absence de Topaz1 modifie l’expression d'ARN non codants longs

Un quart des gènes dérégulés par l’absence de TOPAZ1 sont des ARN non codants longs (lncRNAs), la plupart sont spécifiques des cellules germinales mâles. Les chercheurs de l’unité BREED ont choisi d’étudier plus particulièrement 4930463O16Rik, qui est un des 35 lncRNAs dérégulés à 16 et à 18 jours après la naissance. En effet son expression est quasi-abolie dans les testicules de souris Topaz1^-/-.

4939463O16Rik : un ARN non essentiel pour la fertilité murine mais nécessaire à une production optimale de spermatozoïdes

Bien que certains paramètres spermatiques (motilité, anomalies morphologiques, cinétique) soient modifiés et la concentration des spermatozoïdes diminuée de 57 % chez les souris dont l'expression de 4939463O16Rik est supprimée, la fertilité de ces animaux n'est pas affectée. 

Ce résultat surprenant peut s'expliquer par des effets contrebalancés entre des modifications à impact négatif (telles que la baisse de concentration des spermatozoïdes, certaines anomalies morphologiques et différents paramètres de mesure de la vélocité* des spermatozoïdes) ou positif sur la fertilité mâle (comme certains paramètres de motilité** spermatique). Ces observations pourraient expliquer qu'au final la fertilité des souris n’exprimant pas 4930463O16Rik est normale. De plus, compte tenu du grand nombre de lncRNAs exprimés dans les testicules, il est également possible que les fonctions d'autres lncRNAs testiculaires compensent les effets engendrés dus à l'absence de 4930463O16Rik.

Ce travail identifie donc un lncRNA (4930463O16Rik) dont l'expression est dépendante de Topaz1 et qui est un élément clé, à la fois pour la production et pour la motilité des spermatozoïdes. L’expression de ce lncRNA n'est pas essentielle à la fertilité de la souris mâle mais elle est nécessaire pour atteindre des paramètres optimums de production des gamètes mâles.

*Vélocité : vitesse de déplacement. Cette vélocité est également mesurée avec différents paramètres selon la trajectoire (vitesse entre départ et arrivée; vitesse de progression linéaire, vitesse curvilinéaire, vitesse selon la trajectoire moyenne…).

**Motilité : capacité qu'ont les spermatozoïdes à se déplacer, à produire des mouvements. Cette motilité est mesurée avec différents paramètres (fréquence de battement, amplitude du déplacement de la tête du spermatozoïde…).