Dynamique membranaire et liens moléculaires dans l’interaction gamétique – DYNAGAME

L’infertilité représente un défi majeur du monde occidental et des pays en voie de développement puisqu’aujourd’hui, 16% de couples consultent pour des problèmes d’infertilité et 10% d’entre eux recourent à un programme d’aide à la procréation. Dans le processus de fécondation, la fusion du spermatozoïde et de l’ovocyte constitue un évènement majeur dont les mécanismes moléculaires et membranaires restent à ce jour mal compris. Jusqu’à récemment, la recherche dans ce domaine se limitait à des approches classiques et très peu d’équipes s’étaient saisies du sujet faute de pouvoir obtenir facilement les ovocytes de mammifères en quantité suffisante, et de pouvoir imager avec des bonnes résolutions temporelle et spatiale la zone de contact des gamètes au fil de leur adhésion et fusion. Les questions clefs résident dans ce qui se passe durant le contact entre un spermatozoïde et un ovocyte pour ce qui est des protéines nécessaires à la fécondation, de l’organisation de la membrane de l’ovocyte, de ses liaisons avec le cytosquelette, et de sa dynamique. Le présent projet aborde ces questions grâce à la complémentarité de 3 équipes spécialisées en médecine de la reproduction, en biologie/biochimie, et en biophysique. L’objectif est d’étudier le contact spermatozoïde-ovocyte par un panel de techniques innovantes, parmi lesquelles le « biomembrane force probe » permettant une mesure de forces intercellulaires sensible à une liaison moléculaire individuelle et un nouveau dispositif microfluidique permettant de réaliser une fécondation guidée dans l’espace et dans le temps sous microscope confocal, et donc d’imager avec une haute résolution spatiale et temporelle l’aire de contact spermatozoïde-ovocyte. Ces approches seront combinées à la production et l’utilisation de constructions moléculaires et de gamètes modifiées génétiquement.
Nous avons démontré qu’une protéine de la membrane ovocytaire, la tétraspanine CD9, nécessaire à la fusion, organisait à la membrane de l’ovocyte, des sites d’adhésion pro-fusionnels fortement liés au cytosquelette tandis que le reste de la membrane produisait seulement des liens faibles. Du côté du spermatozoïde, une protéine, Izumo1, a été démontrée comme nécessaire à la fusion.
Dans ce projet, la protéine recombinante Izumo, générée par les partenaires 2 et 3 et des cellules trasfectées avec izumo 1 seront utilisées pour étudier l’action spécifique de cette proétine essentielle dans les processus d’adhesion et fusion des gamètes, mais également pour déterminer les éventuels partenaires d’Izumo et identifier un possible récepteur sur la membrane ovocytaire.
Des résultats récents suggèrent que la membrane de l’ovocyte est attachée au cytosquelette via les protéines EWI and ERM. On s’attend à ce que l’inhibition de ces molécules s’accompagne de la disparition des domaines d’adhésion pro-fusionnels similairement à ce qui se passe en l’absence de CD9. On sait qu’une réorganisation membranaire se produit au cours de l’adhésion-fusion mais son rôle reste à définir. Cette réorganisation sera observée grâce à un montage original permettant une fécondation guidée : un système microfluidique guide le spermatozoïde vers un endroit prédéfini de la membrane ovocytaire imagé en continu avec une haute résolution. Un marquage approprié de l’ovocyte permettra de suivre la diffusion de protéines, leur association, la réorganisation membranaire dans la zone de contact au fil de l’adhésion fusion des gamètes. Le partenaire 1 a d’ores et déjà obtenu une preuve de concept d’une telle fécondation guidée. La plupart des étapes bloquantes de ce projet ont déjà reçu la preuve de leur faisabilité. L’ensemble du projet reste néanmoins difficile et ambitieux, mais les expériences approfondies et complémentaires des trois partenaires, chacun dans sa discipline, donnent au projet toutes les chances de réussite.