Résumé
Les vacuoles de la tête du sperme humain et leur rôle dans l’infertilité masculine sont encore mal compris. L’objectif de cette étude était d’identifier les caractéristiques cliniques et ultrastructurales des vacuoles de tête de spermatozoïdes humains chez les hommes inclus dans le programme de fécondation in vitro: les hommes avec une morphologie normale (normozoospermie) et altérée (tératozoospermie). Les échantillons de spermatozoïdes ont été observés sous un grossissement de 6000 fois à l’aide d’un examen de morphologie des organites de spermatozoïdes mobiles (MSOME). La proportion de spermatozoïdes avec des vacuoles de tête a été évaluée et liée au résultat de la fécondation in vitro. Les spermatozoïdes d’hommes présentant une morphologie des spermatozoïdes altérée étaient caractérisés par une proportion plus élevée de vacuoles de la tête des spermatozoïdes. Les vacuoles de la tête du sperme étaient liées à une altération de la qualité du sperme (concentration du sperme, motilité et morphologie), mais n’étaient pas influencées par des facteurs masculins (volume du sperme, taille, âge, poids ou indice de masse corporelle). De plus, les vacuoles de la tête des spermatozoïdes étaient liées à une altération du taux de fécondation uniquement après la fécondation in vitro classique (FIV), alors qu’il n’y avait aucun lien avec la grossesse. Dans un sous-groupe d’hommes, le sperme a été fixé et observé par microscopie électronique à transmission (MET). L’étude ultrastructurale a révélé que les vacuoles de la tête des spermatozoïdes sont de grandes indentations nucléaires de différentes tailles et positions, remplies de matériel membraneux organisé en verticilles membranaires (MW).
1. Introduction
L’infertilité masculine peut être liée à une morphologie anormale des spermatozoïdes. Au cours des dernières années, il y a eu beaucoup de débats sur un nouveau paramètre potentiel de la qualité du sperme et de la fertilité masculine, les vacuoles de la tête du sperme. Malgré cela, les vacuoles de la tête du sperme humain et leur rôle potentiel dans l’infertilité masculine sont encore mal compris.
En utilisant l’examen de morphologie des organites de spermatozoïdes mobiles (MSOME), où les spermatozoïdes vivants sont visualisés au microscope DIC Nomarski à un grossissement de 6000 fois, certaines structures morphologiques fines sont visibles, ce qui pourrait être utile pour déterminer la qualité des spermatozoïdes. Cette méthode montre des concavités de surface petites et plus grandes appelées vacuoles de sperme, généralement situées dans la tête des spermatozoïdes. La nature et l’origine des vacuoles de la tête du sperme sont encore incertaines et il n’est pas clair si elles proviennent du noyau ou de l’acrosome ou d’autres structures membraneuses. Les vacuoles sont également présentes dans presque tous les échantillons présentant une morphologie de spermatozoïdes normale (> 14% de spermatozoïdes morphologiquement normaux selon les critères stricts de Kruger) et sont principalement situées à l’extrémité ou au milieu des têtes de spermatozoïdes. Les images de déconvolution tridimensionnelle, qui détectent l’ADN, ont montré des vacuoles sous forme de « concavités nucléaires » et la microscopie à force atomique a révélé une membrane plasmique intacte mais légèrement enfoncée dans la zone des vacuoles. De plus, les images au microscope électronique d’échantillons de spermatozoïdes chez des patients présentant une morphologie anormale des spermatozoïdes, une tératozoospermie (< 14% de spermatozoïdes normaux dans l’échantillon selon les critères stricts de Kruger), ont montré des vacuoles exclusivement au niveau du noyau du sperme. L’emplacement antérieur des vacuoles de la tête du sperme a conduit à la question de leur origine possible de l’acrosome. L’induction de la réaction de l’acrosome par l’ionophore A23587, le liquide folliculaire et l’acide hyaluronique a diminué le pourcentage de spermatozoïdes avec des vacuoles de tête, ce qui suggère qu’ils pourraient être liés à l’acrosome. Cependant, des vacuoles sont également présentes dans les échantillons de sperme sans acrosome (globozoospermie), ce qui suggère qu’elles ne proviennent pas de l’acrosome. Il a été montré que les échantillons avec de grandes vacuoles de la tête du sperme (plus de 13% de la surface de la tête) ont un pourcentage plus élevé d’ADN fragmenté par rapport à ceux avec de petites vacuoles ainsi qu’une fréquence plus élevée d’anomalies chromosomiques. Les vacuoles de la tête des spermatozoïdes observées sous le fort grossissement de la microscopie optique ont été décrites comme des concavités nucléaires » en forme de poche » liées à l’échec de la condensation de la chromatine. Au contraire, certains chercheurs n’ont trouvé aucune corrélation entre les grandes vacuoles de la tête du sperme et des dommages à l’ADN ou des anomalies chromosomiques. La modélisation du noyau du spermatozoïde au cours de la spermiogenèse implique des nucléoprotéines, une manchette microtubulaire et du matériel périnucléaire qui est connu pour participer à l’ancrage de l’acrosome sur le noyau et constitue également la thèque périnucléaire. Au cours de la spermiogenèse, le noyau se réduit de manière frappante et les nucléosomes apparaissent généralement distribués de manière non aléatoire dans tout le génome. L’ADN lié au nucléosome peut rester assemblé avec une matrice nucléaire et est considéré comme un « espace vide » dans les images électroniques. Ensemble, ils pourraient jouer un rôle important dans la structure de la chromatine paternelle après la fécondation. Dans les étapes tardives de la spermiogenèse, l’ADN nucléaire devient fortement condensé car les histones des nucléoprotéines sont remplacées par des protamines. Lors du remplacement des nucléoprotéines, de nombreuses protéines temporairement fonctionnelles se forment et se dégradent dans des sites de dégradation spéciaux. Les poches nucléaires à la base de la tête du sperme ont été proposées pour fonctionner comme des centres protéolytiques et le site de sortie d’où les résidus de protéines quittent le noyau et peuvent être reliés fonctionnellement à des vacuoles.
Les vacuoles de la tête du sperme sont un paramètre intéressant mais mal compris de la qualité du sperme et de la fertilité masculine qui semble être lié au résultat de la fécondation in vitro chez les hommes dont la qualité du sperme est altérée. L’origine et la dynamique des vacuoles de la tête du sperme ne sont pas bien comprises et leur rôle dans la fonction du sperme est discutable. Certains auteurs suggèrent que les vacuoles des spermatozoïdes sont des caractéristiques normales de la tête des spermatozoïdes, tandis que d’autres les décrivent comme des structures dégénératives liées à la sous-fécondité masculine. Par conséquent, le but de cette étude était d’évaluer les pourcentages de spermatozoïdes avec des vacuoles de tête dans les échantillons de spermatozoïdes normaux et les échantillons avec une morphologie de spermatozoïdes altérée et de les relier au résultat de la fécondation in vitro. De plus, l’ultrastructure et la fonction des vacuoles de la tête des spermatozoïdes ont été reconsidérées en relation avec la maturation des spermatozoïdes, en utilisant la haute résolution de la microscopie électronique à transmission.
2. Matériaux et méthodes
Dans cette étude, les échantillons de sperme de 81 hommes inclus dans le programme de fécondation in vitro ont été examinés: 40 hommes avec une morphologie de sperme normale et 41 hommes avec une morphologie de sperme anormale (tératozoospermie) selon les critères stricts de Kruger (anormal: < 14% de spermatozoïdes normaux). Les échantillons de sperme ont été préparés et utilisés pour la fécondation in vitro. Chaque échantillon de sperme a été préparé par centrifugation (300 g) pendant 20 min sur un gradient de densité de 100% / 40% de Puresperme (NidaCon, Suède) suivie de la technique de swim-up, où les meilleurs spermatozoïdes ont été extraits de l’échantillon. Tous les échantillons de sperme normaux ont été utilisés pour la fécondation in vitro classique (FIV), tandis que les échantillons présentant une morphologie de sperme anormale ont été utilisés pour l’injection intracytoplasmique de sperme (ICSI) pour féconder les ovocytes de la partenaire féminine. Les échantillons, qui sont restés après la fécondation in vitro, ont été utilisés pour l’examen de morphologie des organites de spermatozoïdes mobiles (MSOME) afin d’évaluer le pourcentage de vacuoles de tête de spermatozoïdes dans chaque échantillon sous un grossissement de 6000 fois. Les pourcentages de spermatozoïdes avec vacuoles de la tête et le résultat de la fécondation in vitro ont été comparés entre les échantillons de spermatozoïdes normaux et anormaux. En utilisant la haute résolution de la microscopie électronique à transmission (MET), l’ultrastructure de 10 échantillons d’hommes normozoospermiques et de 6 échantillons d’hommes tératozoospermiques a été observée. La fonction potentielle et la structure des vacuoles ont été recherchées, également en relation avec le processus de maturation des spermatozoïdes.
Cette recherche a été approuvée par le Comité National d’Éthique Médicale.
2.1. Paramètres classiques de la qualité du sperme
Les paramètres classiques, la concentration du sperme et la motilité et la morphologie de chaque échantillon de sperme, ont été évalués. L’échantillon de sperme était censé être normal à une concentration ≥15 millions de spermatozoïdes par mL et ≥40% de spermatozoïdes mobiles totaux (progressifs et non progressifs) selon les critères de l’OMS et à ≥14% de spermatozoïdes morphologiquement normaux selon les critères stricts de Kruger.
2.2. Examen de morphologie des organites de spermatozoïdes mobiles (MSOME)
Pour l’examen de morphologie des organites de spermatozoïdes mobiles, nous avons utilisé des gouttelettes de milieu de flux de spermatozoïdes (Origio, Danemark) dans un plat à fond de verre (GWSt1000; Will Co, Wells, Amsterdam, Pays-Bas) et des gouttelettes d’échantillon de sperme préparées par la technique swim-up, précédemment décrite par Knez. Les spermatozoïdes de chaque échantillon ont été suivis au microscope inversé avec un étage chauffé équipé d’un contraste d’interférence différentiel (Eclipse TE2000-S; Nikon, Japon). Une fine gouttelette allongée de Spermemoyen faible (Origio, Danemark) a été placée au fond d’un plat en verre. Une plus petite gouttelette de spermatozoïdes préparés a été placée près de la gouttelette de SpermSlow et des spermatozoïdes liés à l’hyaluronate. Toutes les gouttelettes ont été recouvertes d’huile de paraffine pour empêcher le séchage de l’échantillon de sperme. Pour l’observation sous un grossissement de 6000, une gouttelette d’huile d’immersion a été insérée sous la coupelle en verre (sous la gouttelette SpermSlow). Une gouttelette de SpermSlow avec des spermatozoïdes liés a été surveillée par l’objectif d’immersion, le contraste différentiel d’interférence et un appareil photo numérique Nikon Sight DS-Ri1. Dans chaque échantillon, 200 spermatozoïdes liés au hyaluronate ont été choisis et évalués en fonction des vacuoles de tête, à un grossissement de 6000 fois. Le système de notation pour l’évaluation de chaque spermatozoïde était basé sur la classification suivante des Vanderzwalmen. Selon le nombre de vacuoles et leur taille, les spermatozoïdes ont été classés dans les catégories suivantes: Classe I: absence de vacuoles, Classe II: maximum de deux petites vacuoles, Classe III: plus de deux petites vacuoles ou au moins une grande vacuole, et Classe IV: grandes vacuoles associées à des formes anormales de la tête ou à d’autres anomalies. Dans chaque échantillon de sperme, les proportions de spermatozoïdes de classe I, de Classe II, de Classe III et de classe IV ont été évaluées. Pour les statistiques, les proportions de spermatozoïdes de classe I et de classe II ont été combinées en un groupe, « bons spermatozoïdes », et les proportions de spermatozoïdes de classe III et de classe IV en un groupe, « mauvais spermatozoïdes », en 3 termes de vacuoles de tête de sperme.
2.3. Microscopie électronique à transmission (MET)
Pour décrire les caractéristiques ultrastructurales des vacuoles dans le noyau du sperme, des échantillons de sperme choisis ont été centrifugés à 500 g pendant 10 minutes à température ambiante. Les surnageants ont été soigneusement éliminés et les pastilles ont été fixées dans 2,5% de glutaraldéhyde et 1% de paraformaldéhyde en 0.1 M de PB (tampon phosphate de Sörensen), pH 7,0 pendant 24 h à 4°C, postfixé avec 1% d’OsO4 dans 0,1 M de PB pendant 1,5 h, et incorporé dans de la résine Agar 100 (Agar Scientific). Des coupes ultraminces ont été colorées avec une solution aqueuse à 4% d’acétate d’uranyle et de citrate de plomb de Reynolds. Les échantillons ont été examinés au microscope électronique Philips CM 100 (FEI, Pays-Bas), fonctionnant à 80 kV; les images ont été enregistrées avec la caméra Bioscan 792 et Orius 200 (Gatan) à l’aide d’une micrographie numérique, d’un Logiciel (Gatan Inc., Washington, DC, États-Unis) à des grossissements de 1100 à 92000 fois.
2.4. Analyse statistique
La signification statistique des différences dans les pourcentages de spermatozoïdes avec vacuoles de tête de spermatozoïdes et le résultat de la fécondation in vitro (taux de grossesse) entre les échantillons de spermatozoïdes normaux et les échantillons à morphologie anormale (tératozoospermie) ont été évalués par test du chi carré. Les pourcentages de « bons spermatozoïdes » (Classe I et Classe II), de « mauvais spermatozoïdes » (Classe III et Classe IV) et de spermatozoïdes de classe I, Classe II, Classe III et Classe IV en termes de vacuoles de la tête du sperme ont été corrélés avec les paramètres classiques de la qualité du sperme (concentration, motilité et morphologie), les facteurs masculins (volume du sperme, leucocytospermie, âge, taille, poids et indice de masse corporelle) et le résultat de la fécondation in vitro (fécondation, blastocyste et taux de grossesse) en utilisant la corrélation rho de Spearman. Pour les résultats de la fécondation in vitro, les données ont été évaluées pour les cycles totaux de fécondation in vitro et séparément pour la fécondation in vitro classique (FIV) et l’injection intracytoplasmique de sperme (ICSI). La dépendance de la grossesse aux facteurs féminins et masculins (y compris les vacuoles de la tête du sperme) a été évaluée par régression logistique multivariée. La signification statistique a été fixée à.
3. Résultats et discussion
3.1. Examen de Morphologie des Organites Spermatiques Mobiles (MSOME)
3.1.1. Vacuoles de la tête des spermatozoïdes Vues par microscopie optique de MSOME
Dans les échantillons de sperme normaux et anormaux, les vacuoles étaient situées dans différentes parties de la tête des spermatozoïdes. Ils étaient considérés comme des concavités de surface ou des zones translucides plus légères de différentes tailles et nombres. Dans la littérature, les vacuoles de la tête du sperme sont décrites comme des concavités de surface, des concavités nucléaires en forme de poche ou des empreintes nucléaires au microscope optique. Dans notre étude, le MSOME, en utilisant la microscopie Nomarski DIC à un grossissement de 6000 fois, a montré des vacuoles de la tête du sperme sous forme de concavités de surface (Figure 1). Cependant, il faut tenir compte du fait que la microscopie Nomarski DIC donne une image pseudo-3D due à la réfraction de la lumière traversant l’échantillon d’épaisseur et de densité optique différentes. Par conséquent, il est possible que les régions nucléaires de densité optique différente ne soient pas seulement des concavités mais aussi des renflements irréguliers à la surface de la cellule.
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Spermatozoïdes avec vacuoles de tête dans des échantillons normozoospermiques ((a), (c) et (e)) et tératozoospermiques ((b), (d) et (f)) observés avec microscopie DIC (Nomarski) à grossissement de 6000 fois.
3.1.2. Vacuoles de la tête du sperme, Paramètres classiques de la qualité du sperme et Facteurs masculins
Nos données montrent que des vacuoles de la tête du sperme étaient présentes dans les échantillons de sperme normaux et anormaux (Figure 1). Fait intéressant, il y avait une proportion relativement élevée (74,6%) de spermatozoïdes avec des vacuoles de tête de sperme dans les spermatozoïdes de qualité normale, indiquant ainsi que les vacuoles de tête de sperme se trouvent également chez les hommes normospermiques (tableau 1). Bien qu’il y ait eu une proportion plus élevée de spermatozoïdes avec vacuoles de la tête chez les hommes atteints de tératozoospermie que chez les hommes avec une qualité de sperme normale (90,2% contre 74,6%;), comme on peut le voir dans le tableau 1, il n’est pas exclu que les vacuoles de la tête des spermatozoïdes puissent également être liées à la pathologie des spermatozoïdes chez ces hommes. De plus, dans les spermatozoïdes d’hommes atteints de tératozoospermie, il y avait une proportion significativement plus faible de spermatozoïdes optimaux de classe I et une proportion plus élevée de spermatozoïdes de mauvaise qualité des classes III et IV que dans les échantillons de spermatozoïdes normaux (tableau 1)
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| Différence statistiquement significative (). ** Différence statistiquement significative (), telle que révélée par le test du chi carré. |
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Cependant, certaines études antérieures ont rapporté des pourcentages plus élevés de spermatozoïdes vacuolés chez des hommes sous-fertiles avec des paramètres de sperme normaux, allant de 97,7% à 98,4%. Cet écart reflète le fait que les hommes sous-fertiles avec une qualité de sperme normale mais inclus dans le programme de fécondation in vitro représentent une population hétérogène d’hommes, allant des partenaires fertiles de femmes infertiles aux hommes avec des résultats de fécondation in vitro médiocres malgré une qualité de sperme normale. De plus, il existe plusieurs habitudes, modes de vie et conditions de santé différents (par exemple, inflammation et varicocèle) qui peuvent affecter leurs spermatozoïdes en termes de vacuoles de la tête. Il y avait une corrélation positive entre la proportion de « bons spermatozoïdes » (classe I et classe II) en termes de vacuoles de la tête et de concentration des spermatozoïdes et de morphologie des spermatozoïdes (pourcentage de spermatozoïdes normaux) chez les hommes inclus dans cette étude, comme le montre le tableau 2.
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| La corrélation est significative au niveau de 0,05 (à 2 queues). ** La corrélation est significative au niveau de 0,01 (à 2 queues). |
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De plus, il y avait une corrélation positive entre la proportion de spermatozoïdes de classe I et la concentration, la motilité et la morphologie des spermatozoïdes. En revanche, il y avait une corrélation négative entre la proportion de « mauvais spermatozoïdes » (classe III et classe IV) en termes de vacuoles de la tête et de concentration et de morphologie des spermatozoïdes (tableau 2). De plus, les proportions de spermatozoïdes de classe III et de classe IV étaient corrélées négativement avec la morphologie des spermatozoïdes et les proportions de spermatozoïdes de classe IV étaient également corrélées négativement avec la motilité des spermatozoïdes. Toutes ces données indiquent que les vacuoles de la tête du sperme étaient liées à une altération de la qualité du sperme, bien qu’elles soient également présentes dans des échantillons de sperme normaux. Cette constatation est conforme à certaines études antérieures.
Fait intéressant, il y avait une corrélation négative significative entre l’âge masculin et la concentration de sperme, alors que nous n’avons observé aucune corrélation entre les vacuoles de la tête du sperme et des facteurs masculins tels que l’âge, la taille, le poids et l’indice de masse corporelle (tableau 3).
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| La corrélation est significative au niveau de 0,05 (à 2 queues). IMC: indice de masse corporelle. |
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Nous n’avons pas non plus trouvé de corrélation significative entre le volume de sperme ou la leucocytospermie et les vacuoles de la tête du sperme. D’autre part, d’autres études antérieures ont montré que certains de ces facteurs masculins pouvaient avoir un impact sur la qualité du sperme et la formation de vacuoles de la tête. L’une de ces études a montré que l’augmentation de l’âge et de l’indice de masse corporelle des hommes est liée à une augmentation des vacuoles de la tête du sperme, mais cela peut être compensé par une fréquence d’éjaculation plus élevée et une période d’abstinence sexuelle plus courte chez ces hommes. Cela signifie que d’autres facteurs masculins encore inconnus affectent l’apparition des vacuoles de la tête du sperme.
3.1.3. Les vacuoles de la tête des spermatozoïdes et le résultat de la fécondation In Vitro
Les groupes d’hommes inclus dans l’étude ne différaient pas en ce qui concerne l’âge moyen des partenaires féminines et le nombre d’ovocytes par femme, les principaux facteurs féminins pouvant affecter le résultat de la fécondation in vitro (tableau 4). Les taux de grossesse atteints chez les hommes tératozoospermiques et normozoospermiques étaient de 32,5% et 26,8% (voir Tableau 4).
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| La signification statistique a été fixée à. | ||||||||||||||||||||||||||||||
Par une inspection plus poussée, il est devenu clair que la proportion de « bons spermatozoïdes » ou de « mauvais spermatozoïdes » en termes de vacuoles de tête dans les échantillons de sperme était indicative d’une proportion d’ovocytes fécondés (taux de fécondation) après la procédure de fécondation in vitro, mais cela dépendait de la méthode de fécondation in vitro. Après la fécondation in vitro classique (FIV), il y avait une corrélation positive significative entre le pourcentage de « bons spermatozoïdes » dans l’échantillon de sperme et le taux de fécondation (tableau 5). D’autre part, il y avait une corrélation négative entre la proportion de « mauvais spermatozoïdes » et le taux de fécondation, comme on peut le voir dans le tableau 5.
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| Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed). IVF: classical in vitro fertilization; ICSI: intracytoplasmic sperm injection. |
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À partir de la figure 2, on peut voir que, dans des échantillons de sperme contenant plus de ~ 50% de « mauvais spermatozoïdes » en termes de vacuoles de tête de sperme, le taux de fécondation a diminué. Fait intéressant, nous n’avons observé aucune corrélation entre les vacuoles de la tête du sperme et le taux de fécondation après injection intracytoplasmique (ICSI), comme l’ont révélé certaines études précédentes. Cela indique que les vacuoles de la tête des spermatozoïdes peuvent altérer certains processus physiologiques des spermatozoïdes nécessaires à la fécondation in vitro classique par insémination, tels que la capacitation, la réaction de l’acrosome, la liaison des spermatozoïdes à la zona pellucida, ou qu’une sélection plus poussée des spermatozoïdes est effectuée par ICSI.
Relation entre les vacuoles de la tête des spermatozoïdes (proportion de mauvais spermatozoïdes: Classe II plus classe III) dans les échantillons de sperme et le taux de fécondation des ovocytes après fécondation in vitro classique (FIV).
En ce qui concerne le taux de blastocystes, il y avait une corrélation négative () entre le pourcentage de spermatozoïdes de classe III dans les échantillons de sperme et le taux de blastocystes après fécondation in vitro classique, alors que nous n’avons observé aucune autre corrélation. Nous n’avons observé aucune corrélation entre les vacuoles de la tête des spermatozoïdes et le taux de grossesse quelle que soit la méthode de fécondation in vitro. Il y avait une relation positive entre la grossesse et le nombre d’ovocytes récupérés chez la partenaire féminine, comme l’a révélé le test de Mann-Whitney, mais nous n’avons trouvé aucune relation entre la grossesse et les vacuoles de la tête du sperme. Ceci a été confirmé par une régression logistique multivariée concernant les facteurs féminins et masculins, y compris les vacuoles de la tête du sperme.
La plupart des études précédentes ont tenté d’élucider l’effet des vacuoles de tête de sperme sur le résultat de l’ICSI chez les hommes avec une qualité de sperme médiocre et certaines d’entre elles ont en effet confirmé l’effet négatif. L’avantage de notre étude est que nous avons élucidé l’effet des vacuoles de tête de sperme non seulement sur le résultat de l’ICSI dans des échantillons de sperme de mauvaise qualité (tératozoospermie) mais aussi sur le résultat de la FIV classique dans des échantillons de sperme normaux (avec des paramètres classiques normaux de qualité du sperme, y compris la morphologie). Nos données indiquent que les vacuoles de la tête du sperme étaient encore plus nocives pour le résultat de la FIV classique que pour l’ICSI.
3.2. La microscopie électronique à transmission (MET)
De même, comme par MSOME, la microscopie électronique à transmission (MET) a révélé les vacuoles de la tête du sperme dans des échantillons de sperme normaux et anormaux. Les vacuoles dans les têtes de spermatozoïdes étaient considérées comme des zones plus claires à l’intérieur du noyau et étaient présentes dans presque tous les spermatozoïdes dans les deux types d’échantillons de spermatozoïdes (figures 3(a) et 3(b)). Les micrographies électroniques des vacuoles de la tête des spermatozoïdes sont rarement présentées dans la littérature et l’interprétation de leur ultrastructure est rare. La description de la structure fine des spermatozoïdes humains présente généralement de grandes zones lucentes dans les têtes de spermatozoïdes sous forme de vacuoles et des zones claires plus petites sous forme de nucléoplasme ou de taches claires.
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(a)
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(c)
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Micrographies d’électrons en transmission (MET) d’échantillons normozoospermiques avec des vacuoles de tête de différentes tailles et positions. La flèche indique les vacuoles sur (b), (c) et RNE dans (d). A: acrosome, N: noyau, M: mitochondries et RNE: enveloppe nucléaire redondante.
Contrairement aux micrographies légères où les vacuoles sont considérées comme des concavités de surface, dans les micrographies électroniques, les vacuoles ont parfois été observées sous forme de renflements à la surface de la cellule (figure 3 (c)). En raison de la densité optique différente des vacuoles et de la chromatine condensée, les indentations nucléaires remplies de membranes apparaissent sous forme de concavités de surface en microscopie optique.
3.2.1. Les caractéristiques ultrastructurales des vacuoles de la tête des spermatozoïdes
Les micrographies électroniques des vacuoles de la tête des spermatozoïdes ont montré des indentations nucléaires contenant des piles de membranes (Figures 4 (c), 4(d) et 4(f)). Ces membranes étaient organisées sous forme de lamelles disposées concentriquement et sont décrites comme des verticilles membranaires (MW), qui se renflent occasionnellement de la surface cellulaire. Des verticilles membranaires de diverses complexités étaient présents dans différentes zones du noyau du sperme et peuvent occuper une grande surface de noyau chez les spermatozoïdes morphologiquement normaux et anormaux. Dans presque tous les cas, les verticilles membranaires étaient recouverts d’acrosome et de membrane plasmique intacts (figures 4(c) et 4(d)). Ils étaient principalement composés de doubles membranes serrées avec des septa moléculaires denses aux électrons et de membranes plus minces renfermant du matériau floculant (Figures 4 (d) et 4 (f)). Franklin et Fussell ont observé des verticilles membranaires dans l’espace sous-acrosomique apical des spermatides tardives du hamster qui étaient continus avec l’enveloppe nucléaire. Selon les auteurs, les verticilles membranaires semblaient plus gros et étaient présents en plus grand nombre dans la phase finale ou de maturation de la spermiogenèse.
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Micrographies TEM de vacuoles de tête de sperme de normozoospermie ((a), (c), (d), (e) et (f)) et de tératozoospermie (b). a) Empreintes nucléaires avec membranes renfermant des matières floculantes (astérisque). Double membrane avec septa moléculaires (flèche) émergeant de l’enveloppe nucléaire. (b) Noyau avec des taches claires de chromatine non condensée (flèche) et une grande surface avec du matériel floculant (astérisque). c) Verticilles membranaires (MW) constitués de membranes disposées concentriquement. (d) Grossissement élevé des verticilles membranaires de (c). e) Verticilles membranaires (MW) occupant une grande partie du noyau. (f) Grossissement élevé des membranes doubles avec des complexes septaux (flèche) et des membranes minces (tête de flèche). A : acrosome ; N : noyau.
La maturation du sperme entraîne une réorganisation nucléaire et une réduction de sa taille. D’après la littérature, il est connu que la maturation nucléaire implique la réduction de l’enveloppe nucléaire, une double membrane dynamique qui entoure le noyau, sépare les chromosomes et régule le transport nucléaire à travers les pores. De nombreux détails de sa transformation ne sont toujours pas clairs. Nos micrographies de verticilles membranaires ont montré la continuité des membranes avec l’enveloppe nucléaire (Figures 5(a) et 5(c)). Des structures membranaires avec des complexes moléculaires denses en électrons septés sont probablement produites lors de la réorganisation de l’enveloppe nucléaire. Ces structures ont été décrites par plusieurs auteurs comme une enveloppe nucléaire redondante (ENR). Le RNE est visible dans notre micrographie de spermatozoïdes normaux (Figure 3 (d)).
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Coupes transversales de spermatozoïdes dans des échantillons normozoospermiques ((a), (b) et (c)) avec de grandes indentations nucléaires avec des verticilles membranaires (MW). La membrane d’acrosome est reliée à l’enveloppe nucléaire (flèches). (c) Verticilles membranaires (MW) avec membranes supplémentaires entre le noyau et l’acrosome (pointe de flèche). (d) Une grande partie de la chromatine non condensée avec formation granulaire à l’intérieur du noyau (flèche) du spermatozoïde avec une morphologie anormale. A : acrosome, N : noyau et C: cytoplasme.
Différents stades de condensation de la chromatine sont observés dans nos micrographies dans tous les échantillons. Sur la figure 5(d), on peut voir un spermatozoïde à la morphologie anormale dans un processus de condensation de la chromatine qui est encore entouré d’une grande quantité de cytoplasme. À la fin de la spermatogenèse, l’ADN des spermatozoïdes devient serré car les histones sont remplacées par des protamines. Cependant, des défauts de condensation se produisent fréquemment et entraînent des espaces clairs de forme irrégulière de différentes tailles dans le noyau. L’échec de la condensation de la chromatine est connu pour être associé à la présence de petites et grandes vacuoles. Nos micrographies ont révélé des zones plus petites de chromatine non condensée et de vacuoles nucléaires qui diffèrent en taille et contiennent toujours un matériau amorphe ou / et des verticilles membranaires. Ils pourraient être plus exprimés dans les spermatozoïdes d’échantillons tératozoospermiques et peuvent être liés à un processus de maturation anormal des spermatozoïdes et à des vacuoles de la tête des spermatozoïdes. Cependant, des recherches plus ciblées sont nécessaires.
L’acrosome a été entièrement développé dans la plupart des spermatozoïdes avec des vacuoles à tête de spermatozoïdes. Dans certaines cellules, des interconnexions de la membrane acrosomale interne et de l’enveloppe nucléaire ont été observées (Figures 5(a) et 5(b)). La morphogenèse de l’acrosome est un processus dynamique qui implique une interaction étroite entre le complexe de Golgi et l’enveloppe nucléaire des spermatides précoces. Il a été démontré que la thèque périnucléaire (PT) est une structure cytosquelettique qui recouvre le noyau du spermatozoïde chez les mammifères et joue un rôle important dans la formation normale d’acrosomes.
Tel que examiné par Setti et al. , certains auteurs rapportent que les vacuoles de sperme sont d’origine acrosomique et reflètent l’acrosome non réagi. Une relation négative entre la présence de vacuoles et la capacité du sperme à subir la réaction acrosomale est exposée. Nos données montrent que les vacuoles de la tête du sperme sont des structures uniques, généralement recouvertes d’acrosome intact.
Des spermatozoïdes anormaux étaient présents dans les deux types d’échantillons de sperme — normaux et anormaux. Les anomalies ont affecté différents composants des spermatozoïdes, à savoir la chromatine, l’acrosome, la région du cou, les mitochondries et la queue. Nous présentons plusieurs micrographies de spermatozoïdes anormaux provenant d’échantillons normozoospermiques avec une chromatine moins condensée, un cou courbé, un acrosome atypique et une forme de tête anormale (Figure 6).
(a)
(d)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
( a), (b), (c) et (d) Spermatozoïdes provenant d’échantillons de spermatozoïdes normaux présentant une morphologie anormale. La chromatine est granuleuse et moins condensée avec de nombreuses taches claires (flèches blanches). L’acrosome est anormalement formé (a), partiellement formé (d) et parfois relié à des verticilles membranaires (b). c) Région du cou courbée. A : acrosome ; N : noyau.
3.2.2. Fonction des vacuoles de la Tête du sperme
À l’heure actuelle, il est impossible d’indiquer quelle est la fonction réelle des vacuoles de la tête du sperme. Sur la base de nos micrographies de l’ultrastructure des spermatozoïdes, nous suggérons que les vacuoles de la tête des spermatozoïdes peuvent éliminer une substance d’origine inconnue de la chromatine. Parce qu’ils indiquent la relation potentielle avec le processus de maturation des spermatozoïdes d’un côté et la condensation anormale de la chromatine de l’autre, on peut supposer que les vacuoles de la tête des spermatozoïdes peuvent être impliquées dans l’élimination des histones lorsqu’elles sont remplacées par des protamines. Mais il est trop tôt pour une conclusion et des recherches supplémentaires sont nécessaires.
4. Conclusions
Les résultats de cette étude indiquent que les échantillons de sperme d’hommes atteints de tératozoospermie sont caractérisés par un rapport accru de vacuoles de la tête du sperme, bien qu’ils soient également présents dans les échantillons de sperme d’hommes normospermiques. Cela indique qu’ils peuvent être liés à un état pathologique. Nos micrographies sur l’ultrastructure des spermatozoïdes indiquent que les vacuoles de la tête des spermatozoïdes sont composées de verticilles membranaires. Les variations de la condensation de la chromatine ont été principalement observées dans des échantillons de sperme anormaux et il n’est pas exclu qu’elles soient liées à la maturation anormale et aux vacuoles de la tête des spermatozoïdes. D’autres recherches combinant différentes méthodes et la microscopie électronique en transmission sont nécessaires pour mieux élucider ce phénomène.
Conflit d’intérêts
Les auteurs déclarent n’avoir aucun conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.
Remerciements
Les auteurs tiennent à remercier les embryologistes cliniques du Laboratoire de FIV de Ljubljana, Département d’Obstétrique et de Gynécologie, Centre Médical Universitaire de Ljubljana, pour la préparation du sperme et du Laboratoire de Microscopie Électronique du Département de Biologie, Faculté de Biotechnologie, Université de Ljubljana.