Influence du battement du flagelle et de la composition lipidique du spermatozoïde sur l’étape de fusion des gamètes chez le mammifère
Benjamin Ravaux (LPS)

La fécondation est la rencontre de deux gamètes. Bien que centrale chez
les espèces sexuées, la chronologie des mécanismes membranaires et
moléculaires n’est pas établie de façon précise. Par ailleurs, la
communauté scientifique bute toujours sur la question centrale : Comment
le spermatozoïde fusionne-t-il avec l’ovule ?
Ces 30 dernières années, les efforts ont essentiellement porté sur la
détermination d’un couple ligand-récepteur responsable de la fusion des
gamètes. Si des études récentes ont permis d’identifier trois protéines
essentielles à la fusion : Izumo1 sur le spermatozoïde, Juno (son
récepteur) et CD9 sur la membrane de l’ovocyte, elles montrent également
que ces protéines ne sont pas suffisantes et que d’autres facteurs sont
impliqués. Notre étude avait pour but d’identifier et caractériser des
paramètres autres que protéiques impliqués dans la machinerie de fusion
gamétique. Nous nous sommes focalisés sur la contribution des lipides
spermatiques et sur celle du battement du flagelle lors de l’interaction
du spermatozoïde avec l’ovocyte.
Pour cette étude, nous avons développé deux méthodes expérimentales
originales, opposées dans leurs approches mais parfaitement
complémentaires. Avec la première, qualifiée de « Bottom-up », nous avons
tenté d’identifier la machinerie spermatique minimale pour induire la
fusion avec l’ovocyte. L’idée était de reconstituer pas à pas la membrane
de la tête du spermatozoïde sous forme d’une membrane biomimétique
composée d’abord des lipides spermatiques identifiés lors des analyses
lipidiques des têtes spermatiques, puis en y incorporant la protéine
Izumo1. Nous avons analysé les propriétés physico-chimiques des membranes
obtenues à chacune de ces étapes et testé leur capacité fusogène en
mesurant les énergies d’activation de la fusion de ces systèmes
biomimétiques et en étudiant leurs interactions avec des ovocytes. Pour la
seconde approche, appelée « Top-down », nous avons développé un outil
microfluidique permettant de guider le spermatozoïde à un endroit
prédéfini de l’ovocyte et de suivre la rencontre des gamètes avec le « 
meilleur » point de vue dans des conditions aussi physiologiques que
possible. Nous avons ainsi découvert que contrairement à ce qu’on pensait
du battement du flagelle, celui-ci ne sert pas seulement à amener le
spermatozoïde jusqu’à l’ovocyte, mais il sert aussi à déclencher la
fécondation après l’entrée en contact des gamètes, et encore... seulement
s’il bat selon un mode bien précis que nous avons caractérisé. Les
contraintes mécaniques générées par ce battement déclenchent une
réorganisation de la membrane de l’ovocyte incluant la protéine CD9, dont
on a établi la cinétique de recrutement dans la zone de contact des
gamètes menant à la fusion. Enfin le timing précis de la cascade
d’événements aboutissant au mélange des ADN des deux gamètes a été obtenu
avec une résolution temporelle inégalée de l’ordre de la minute.