Migration spermatique dans les voies génitales femelles : interactions fonctionnelles chez le bovin

Sperm migration in the female genital tract : functional interactions in cattle

• Auteur / Autrice : Coline Mahé
• Direction : Marie Saint-Dizier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie. Biologie de la reproduction
• Date : Soutenance le 23/03/2023
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiologie de la Reproduction et des Comportements (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Moreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Saez, Benoît Guyonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Arnoult, Catherine Labbé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Physiologie

Spermatozoïdes

Interactions protéine-protéine

Phylogénie moléculaire

Cellules épithéliales

Protéomique

Spermoculture

Trompe utérine

Voies spermatiques

Bovins -- Reproduction (biologie)

Spermatozoïdes -- Motilité

Mots clés libres

Spermatozoïde

Interaction

Oviducte

Utérus

Protéomique

Réservoir spermatique

Spermatozoa

Interaction

Oviduct

Uterus

Proteomic

Sperm reservoir

Résumé

Chez le bovin, la réussite de l'insémination artificielle est conditionnée par la migration des spermatozoïdes (spz) dans les voies génitales femelles jusqu'au site de la fécondation. Au cours de cette migration, les spz interagissent avec les fluides issus des cellules épithéliales (CE) luminales et peuvent se lier à ces cellules, notamment dans la première partie de l'oviducte, pour former un « réservoir spermatique ». Le réservoir est impliqué dans la survie des spz avant l'ovulation et leur sélection pour la fécondation. Cependant, la composition moléculaire des milieux successivement traversés par les spz pendant la période péri-conceptionnelle et le rôle de ces interactions pour la fécondation ont été peu étudiés. De plus, les modèles in vitro utilisés pour étudier le réservoir sont éloignés de l'environnement in vivo ou techniquement difficiles à reproduire. Notre hypothèse est que les spz interagissent de manière dynamique avec les protéines luminales des voies génitales femelles, ces interactions modulant à la fois leur liaison au réservoir et l'acquisition de leur fécondance. Nos objectifs sont donc de déterminer (1) la composition protéique des milieux femelles traversés par les spz ; (2) les protéines interagissant avec les spz dans l'oviducte ; (3) les effets de ces interactions sur la physiologie et la liaison des spz aux CE de l'oviducte à l'aide d'un nouveau modèle de réservoir spermatique. Le premier chapitre est consacré à la caractérisation par spectrométrie de masse des protéomes luminaux de l'utérus et l'oviducte bovin et leurs variations en fonction du stade péri-ovulatoire, de la proximité de l'ovaire ovulant et de la région anatomique. Dans les cornes utérines, plus de 1200 protéines ont été identifiées, dont l'albumine, des protéines du complément et la myosine 9 parmi les plus abondantes. Une trentaine de ces protéines seulement varient en abondance entre stades et en fonction de la proximité de l'ovaire ovulant. Dans l'oviducte, plus de 3500 protéines ont été identifiées, dont l'oviductine, des protéines de chocs thermiques et la myosine 9 parmi les plus abondantes. La région (ampoule et isthme), s'est avérée être le facteur ayant le plus d'impact sur l'abondance des protéines, suivi du côté de l'ovulation et du stade. Le second chapitre se focalise sur l'identification des protéines luminales de l'oviducte interagissant avec les spz et de leur variation en fonction de la région et du stade péri-ovulatoire.Par une approche quantitative en spectrométrie de masse, 245 protéines d'interaction ont été identifiées, dont des myosines et l'oviductine parmi les plus abondantes. Au total, 31% de ces protéines diffèrent en fonction de la région et du stade, révélant des interactions très dynamiques au cours de la migration spermatique. De plus, l'abondance de ces protéines sur les spz n'est pas corrélée à leur abondance initiale dans les fluides, suggérant des mécanismes spécifiques d'interaction variant suivant l'état physiologique des spz et la composition du fluide traversé. Enfin, le troisième chapitre présente un nouveau modèle in vitro de réservoir spermatique à partir de sphéroïdes de CE d'isthme et les effets du fluide d'oviducte sur la liaison des spz aux sphéroïdes. Le modèle de sphéroïdes est facilement manipulable, reproductible et présente des interactions entre spz et CE ciliées à l'image de celles décrites in vivo dans l'oviducte. En utilisant ce modèle, nous avons montré que le fluide tubaire sélectionne une sous-population de spz capables de se lier aux CE sans modifier leur mobilité ni leur viabilité. Les mécanismes impliqués dans cet effet seraient médiés par des N-glycanes portées par les glycoprotéines du fluide et certains glycosaminoglycanes comme le sulfate d'héparane. Ces résultats ouvrent le pas vers l'amélioration des milieux utilisés pour conserver, sélectionner et utiliser les spz en insémination animale, pour la fécondation in vitro et la conservation de la biodiversité animale.

In cattle, successful artificial insemination depends on the migration of spermatozoa (spz) through the female genital tract to the site of fertilization. During this migration, the spz interact with fluids from the luminal epithelial cells and can bind to these cells, especially in the first part of the oviduct, to form a ''sperm reservoir''. This reservoir is involved in sperm survival before ovulation and their selection for fertilization. However, the molecular composition of the environments successively crossed by spz during the periconceptional period and the role of these interactions for fertilization have been little studied. Moreover, the in vitro models used to study the reservoir are not like the in vivo environment or technically difficult to reproduce. Our hypothesis is that spz interact dynamically with luminal proteins in the female tract, these interactions modulating both their binding to the reservoir and their acquisition of fertilizing ability. Our objectives are therefore to determine (1) the protein composition of the female environments crossed by spz; (2) the proteins interacting with spz in the oviduct; and (3) the effects of these interactions on the physiology and binding of spz to oviduct epithelial cells using a novel model of sperm reservoir. The first chapter is devoted to the characterization by mass spectrometry of the luminal proteomes of the bovine uterus and oviduct and their variations according to the periovulatory stage, the proximity of the ovulating ovary and the anatomical region (ampulla and isthmus). In the uterine horns, more than 1200 proteins have been identified, with albumin, complement proteins and myosin 9 among the most abundant. Only about thirty of these proteins vary in abundance between stages and according to the proximity of the ovulating ovary. In the oviduct, more than 3500 proteins have been identified, with oviductin, heat shock proteins and myosin 9 among the most abundant. The region was found to be the factor with the greatest impact on protein abundance, followed by the proximity to the ovulating ovary and stage of cycle. The second chapter focuses on the identification of oviduct luminal proteins interacting with spz and their variation according to region and periovulatory stage. Using a quantitative mass spectrometry approach, 245 interacting proteins were identified, with myosins and oviductin among the most abundant. Overall, 31% of these proteins differed according to region and stage, revealing highly dynamic interactions during sperm migration in the oviduct. Moreover, the abundance of these proteins on spz is not correlated with their initial abundance in fluids, suggesting specific mechanisms of interaction varying according to the physiological state of the spz and the composition of the fluid. Finally, the third chapter presents a new in vitro model of sperm reservoir from isthmus epithelial cell spheroids and the effects of oviduct fluid on sperm binding to spheroids. The spheroid model is easily manipulated, reproducible, and exhibits interactions between spz and cilia of epithelial cells that mimic those described in vivo in the oviduct. Using this model, we have shown that the tubal fluid selects a subpopulation of spz able to bind to epithelial cells without modifying their mobility or viability. The mechanisms involved in this effect may be mediated by N-glycans carried by the fluid glycoproteins and some glycosaminoglycans like heparan sulfate. These results open the way to the improvement of media used to conserve, select and use spz in animal insemination, in vitro fertilization and animal biodiversity conservation.