Où en est la génétique de l`infertilité masculine

Mini-revue
mt Médecine de la Reproduction, Gynécologie Endocrinologie 2015 ; 17 (4) : 281-9
Où en est la génétique de l’infertilité
masculine ?
What’s new about the genetics of male infertility?
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Jean-Pierre Siffroi
Département de génétique médicale,
hôpital d’Enfants Armand Trousseau
26 avenue du Dr Arnold Netter,
75012, Paris
<[email protected]>
Résumé. L’injection intracytoplasmique de spermatozoïdes (ICSI) a profondément modifié
le pronostic de l’infertilité masculine, en permettant à des individus auparavant considérés
comme stériles de concevoir, créant ainsi le paradoxe d’une éventuelle transmission à sa descendance de facteurs génétiques d’infertilité. Les hommes atteints de syndrome de Klinefelter,
autrefois synonyme de stérilité absolue et de recours obligatoire au don de spermatozoïdes,
bénéficient maintenant de la possibilité d’utiliser en ICSI des gamètes prélevés par biopsie
testiculaire. Le pourcentage important de biopsies positives suggère que nombre d’entre eux
sont en réalité en mosaïque avec une lignée cellulaire normale qui explique pourquoi les spermatozoïdes extraits ont le plus souvent un caryotype équilibré sur le plan chromosomique.
Chez les hommes porteurs d’une anomalie chromosomique de structure comme une translocation, il est maintenant possible de repérer les spermatozoïdes dont le caryotype a toutes
les chances d’être équilibré. Ces techniques, compatibles avec une utilisation des gamètes en
fécondation in vitro, permettent d’améliorer considérablement le rendement des techniques
d’ICSI avec ou sans diagnostic préimplantatoire chez les couples concernés. Bénéficiant des
nouvelles techniques d’analyse du génome comme la puce d’hybridation génomique comparative (CGH-array), ou le séquençage de nouvelle génération, la recherche des causes géniques
d’infertilité masculine progresse également, malgré le grand nombre de gènes impliqués.
Mots clés : syndrome de Klinefelter, translocations chromosomiques, spermatogenèse
Abstract. By allowing oligozoospermic and even azoospermic men to conceive, ICSI has
completely changed the prognosis of male infertility, leading eventually to the paradoxical
hereditary transmission of genetic infertility factors. Patients with Klinefelter’s syndrome, who
were previously considered as sterile and eligible only for gamete donation, can now father
by using sperm retrieved after testicular biopsy and ICSI. The high percentage of successful
biopsies in these patients suggests a 47,XXY/46,XY mosaicism in many of them, thus explaining why most of their spermatozoa have a chromosomally balanced content. In men carrying
a structural chromosome rearrangement like a translocation, it is now feasible to determine
which sort of sperm cells have the highest probability to contain a balanced karyotype. Such
a selection process is compatible with further assisted reproductive techniques and their use
will certainly lead to a significant increase in successful ICSI attempts, with or without PGD,
in affected couples. Despite the large number of genes involved in spermatogenesis, determination of the genic causes of male infertility is in progress thanks to the new techniques of
genome analysis like array-CGH or NGS.
Key words: Klinefelter’s syndrome, chromosomal translocations, spermatogenesis
A
doi:10.1684/mte.2015.0573
médecine thérapeutique
Médecine
de la Reproduction
Gynécologie
Endocrinologie
Tirés à part : J.-P. Siffroi
vec le progrès considérable que
l’injection intracytoplasmique de
spermatozoïdes (ICSI) a permis dans
le domaine de la prise en charge
de l’infertilité masculine, il est rapidement apparu que certains patients
infertiles pour une raison génétique,
connue ou fortement supposée, pouvaient concevoir. Se posait dès lors
la question de la transmission d’une
anomalie génétique responsable de
l’infertilité chez un homme à sa
descendance. Le fait de rendre héréditaires des facteurs d’infertilité apparaît
comme une « hérésie » pour un généticien, puisque, dans sa logique, ces
facteurs devraient normalement disparaître de la population en raison
justement de leur impossibilité à être
transmis à la descendance. Permettre
artificiellement la transmission de ces
facteurs pose à la fois le problème
de leur diffusion dans la population,
accroissant ainsi leur fréquence et ce
qu’on appelle le fardeau génétique,
et celui du risque potentiellement
encourus par les enfants qui naîtront
grâce aux techniques utilisées.
Pour citer cet article : Siffroi JP. Où en est la génétique de l’infertilité masculine ? mt Médecine de la Reproduction, Gynécologie Endocrinologie 2015 ; 17 (4) :
281-9 doi:10.1684/mte.2015.0573
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Mini-revue
Quoi qu’il en soit, la découverte d’une anomalie génétique, qu’elle soit chromosomique ou génique, présente
un double intérêt pour un patient infertile. D’une part,
elle apporte un élément diagnostique qui permet d’éviter
tout retard dans la prise en charge du couple, notamment
en ce qui concerne l’accès au diagnostic préimplantatoire. D’autre part, elle représente un facteur pronostique
important, puisque, grâce à cette découverte, le risque de
voir naître un enfant malade pourra être mesuré. Indirectement, elle peut aussi avoir un intérêt pour les apparentés
car, depuis 2014, une circulaire impose un devoir
d’information de la parentèle en cas d’anomalie génétique
susceptible de faire courir un risque à la descendance [1].
La formation du gamète mâle chez les mammifères
peut être considérée à juste titre comme un modèle
de multiplication et de différenciation cellulaires : partant d’une cellule souche sans caractéristique cytologique
notable, la spermatogonie, la spermatogenèse aboutit, au
bout de soixante-quatorze jours chez l’homme, à une cellule hautement différenciée, mobile, et dont le stock de
chromosome a été divisé par deux : le spermatozoïde.
La complexité de la spermatogenèse humaine suppose
l’implication d’un grand nombre de gènes. En comparant
les tailles respectives des génomes chez l’homme et chez
la drosophile, et en observant les mutations qui conduisent
à une infertilité chez les mâles de cette espèce, il est possible d’estimer à plusieurs milliers le nombre des gènes
dont le dysfonctionnement peut entraîner une atteinte de
la spermatogenèse chez l’homme [2]. S’agissant d’un phénomène séquentiel, toute anomalie d’un de ces gènes
peut potentiellement conduire à un phénotype d’infertilité
par diminution importante ou arrêt de la production des
spermatozoïdes. Il y a donc une discordance entre le
caractère peu spécifique de l’anomalie phénotypique,
comme une simple oligozoospermie, même sévère, et la
multiplicité des causes génétiques possibles. Cette discordance fait toute la difficulté du diagnostic génétique
dans l’infertilité masculine et nécessite un phénotypage
aussi précis que possible des patients, phénotypage dont
l’élément le plus important sera certainement l’analyse de
leur spermatogenèse sur coupes histologiques en cas de
biopsie testiculaire.
L’objectif du présent article n’est certainement pas
de dresser une liste actualisée des gènes impliqués dans
l’infertilité chez l’homme, liste qui serait de toute façon
incomplète, mais plutôt de dégager un certain nombre de
situations « à risque » pour la descendance en détaillant
des données récentes les concernant.
Les hommes Klinefelter ne sont plus
forcément stériles
Le syndrome de Klinefelter fut décrit cliniquement en
1942 [3], mais ne fut attribué à la présence d’un chro-
282
mosome X surnuméraire qu’en 1959 [4]. Ce syndrome,
et ses variants liés à l’existence de mosaïques diverses,
représente la cause génétique d’infertilité la plus fréquente
puisqu’il touche jusqu’à 10 % des patients présentant une
azoospermie alors que sa fréquence dans la population à
la naissance est d’environ 1/600 [5]. Jusqu’à une période
très récente, les hommes XXY étaient considérés comme
stériles et les couples étaient systématiquement adressés à
un centre d’étude et de conservation des œufs et du sperme
humains (Cecos) pour un don de gamètes. Cependant,
dès la fin des années quatre-vingt-dix, commencèrent à
être publiées des séries de patients Klinefelter à caryotype XXY homogène dans le sang à qui étaient proposées
des biopsies testiculaires (Tese : testicular sperm extraction) – lesquelles, très curieusement, se révélaient positives
dans environ la moitié des cas [6-8]. Des enfants naissaient régulièrement lorsque les spermatozoïdes de ces
hommes étaient utilisés en ICSI. De façon encore plus
inattendue, le taux de succès de ces biopsies semblait
dépendre beaucoup plus de l’âge des patients Klinefelter à
qui elles étaient proposées que des résultats de leurs bilans
cliniques ou biologiques ou encore de l’existence éventuelle d’un caryotype en mosaïque dans leur sang [9-11].
Ces résultats surprenants furent même améliorés grâce à
la technique dite de micro-Tese, qui consiste à microdisséquer sous loupe les tubes séminifères de façon à repérer
ceux dont certaines portions ont un diamètre plus large
et qui sont censés contenir des foyers de spermatogenèse
[12]. Les taux de biopsies positives chez les hommes Klinefelter atteignirent alors 60 %, voire plus [13-15], sans,
là encore, que des données cliniques ou biologiques en
dehors de l’âge permettent de discriminer les patients chez
qui la micro-Tese sera positive et ceux chez qui elle ne
ramènera aucun spermatozoïde [16, 17].
La prise en charge thérapeutique des hommes Klinefelter a bien sûr posé la question de l’éventuelle transmission
du chromosome X surnuméraire et de la naissance de
garçons eux-mêmes XXY ou de filles XXX. En réalité, il
est maintenant acquis qu’il est très difficile, voire impossible pour les cellules XXY de passer la méiose, et que
les spermatozoïdes des sujets Klinefelter sont très certainement produits à partir de spermatogonies à caryotype
normal, XY. Ces derniers seraient donc des mosaïques, au
moins au niveau testiculaire.
Cette idée avait été déjà suggérée par l’observation
des modèles murins XXY, dans lesquels les souris XXY
homogènes ont une absence totale de cellules germinales
dans leurs testicules [18, 19]. De nombreuses études en
hybridation in situ fluorescente (FISH) chez l’Homme sont
ensuite venues confirmer cette hypothèse [20] : par rapport
au taux théorique de 50 % de spermatozoïdes normaux (X
ou Y) et de 50 % de spermatozoïdes disomiques pour l’un
ou l’autre des gonosomes (XY ou XX), les fréquences relatives observées sont très largement en faveur des gamètes
normaux (tableau 1). De la même façon, les études en
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Tableau 1. Études en FISH sur le contenu chromosomique des spermatozoïdes des hommes Klinefelter
(nombre de spermatozoïdes > 1 000). Dans la plupart des séries, le pourcentage de gamètes hyperhaploïdes est très faible,
traduisant le fait qu’ils sont formés à partir de spermatogonies XY (d’après Maiburg 2012 [20]).
Nombre de
patients
Nombre de
spermatozoïdes
Guttenbach 1997
1
Foresta 1998
2
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Etude
Spermatozoïdes normaux (%)
Spermatozoïdes hyperhaploïdes (%)
X
Y
XY
XX
YY
2 206
43,4
48,8
1,4
1,2
0,1
10 000
51,9
24,6
14,6
6,9
0,2
10 000
56
28,6
10
3,3
0,1
Morel 2003
1
5 097
49,9
45
1
0,6
0,4
Rives 2000
1
10 123
49,6
48,3
0,5
0,5
0,4
Yamamoto 2002
12
2 400 (Total)
52
41,6
2,8
1
0,4
FISH sur des cellules préméiotiques issues de la dilacération de biopsies testiculaires chez des sujets XXY ont
montré que très souvent ces cellules avaient un caryotype
XY [21, 22]. La spermatogenèse des hommes Klinefelter,
quand elle existe, est donc initiée à partir de foyers de
cellules XY en rapport avec les mosaïques tissulaires qui
caractérisent ces patients [22].
Non seulement beaucoup de sujets XXY arrivent
à produire des gamètes mais, en plus, ceux-ci sont
souvent normaux d’un point de vue chromosomique.
Le conseil génétique donné à ces hommes a donc
radicalement changé en quelques années et se veut
maintenant optimiste et rassurant, à l’image des nombreux enfants qui naissent maintenant de pères Klinefelter
[23, 24]. Néanmoins, l’information doit être donnée que
la spermatogenèse chez eux ne se déroule pas dans un
environnement hormonal ou paracrine favorable et que
cela peut favoriser des erreurs de ségrégation méiotique
pouvant frapper tous les chromosomes [19, 25, 26]. Le
recours à un éventuel diagnostic prénatal doit donc être
décidé après concertation avec le couple, soucieux de ne
pas mettre en danger une grossesse des plus difficiles à
obtenir.
Choisir le « bon » spermatozoïde chez
les hommes porteurs d’une
translocation chromosomique
Avec une fréquence de 1/500 environ dans la population générale, mais surtout de 2 à 3 % chez les hommes
infertiles, présentant plus souvent une oligozoospermie
qu’une azoospermie, les translocations chromosomiques
représentent un élément pronostique important du bilan
réalisé chez ces derniers par le risque qu’elles font courir aux enfants qui naîtront des techniques d’assistance
médicale à la procréation (AMP) mises en œuvre. En effet,
l’appariement particulier des chromosomes transloqués à
la méiose, sous la forme d’un quadrivalent, suivi de leur
ségrégation dans les gamètes, génèrent automatiquement
un certain pourcentage de ceux-ci qui seront porteurs de
la translocation parentale à l’état déséquilibré, c’est-à-dire
porteurs des segments chromosomiques échangés en trisomie ou en monosomie selon les cas (figure 1). En général,
la plus courante de ces ségrégations anormales est celle
dite « adjacente 1 », qui conduit à la transmission d’un
seul des deux chromosomes transloqués et de l’autre normal, conduisant ainsi à des trisomies et à des monosomies
partielles, synonymes d’arrêt du développement embryonnaire et de fausses couches, le plus souvent, mais aussi
de naissances possibles d’enfants porteurs d’un déséquilibre chromosomique si ces trisomies/monosomies sont
viables.
Le seul moyen existant à l’heure actuelle pour éviter
ces naissances est de proposer un diagnostic prénatal ou,
mieux encore, de réaliser un diagnostic préimplantatoire
(DPI), même si celui-ci doit s’adresser à des couples qui ne
sont pas forcément infertiles. Cependant, ces techniques
aboutissent soit à la perte d’un certain nombre de grossesses, donc à des retards conséquents dans la possibilité
pour les couples concernés d’avoir un enfant en bonne
santé, soit au « gâchis » d’ovocytes qui seront fécondés par
un spermatozoïde porteur d’un caryotype déséquilibré,
gâchis qui peut même aller jusqu’à la possibilité qu’aucun
embryon sain ne soit identifié en DPI. L’idéal serait de
pouvoir utiliser en ICSI un spermatozoïde dont on sait que
le génome est équilibré. Ce dernier point est facilement
réalisable grâce à la technique de FISH, mais les spermatozoïdes étudiés ne sont alors bien sûr plus utilisables en
fécondation in vitro.
Trouver des critères morphologiques spermatiques
compatibles avec une ICSI ultérieure représenterait donc
un bénéfice majeur pour les couples où l’homme est
porteur d’une translocation chromosomique. La technique d’observation des spermatozoïdes à très fort
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A
C
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Ségrégation alterne
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Adjacent
Adjacent
Ségrégation
adjacente 2
Ségrégation alterne
Ségrégation alterne
B
Ségrégation 3:0
Ségrégation
adjacente 2
D
Ségrégation 3:1
Figure 1. Méthode de diagnostic en FISH de la ségrégation des translocations dans les spermatozoïdes. A) Translocation Robertsonienne
ou fusion centrique entre deux chromosomes acrocentriques. Deux sondes situées aux extrémités de chaque paire chromosomique
suffisent à différencier les ségrégations alterne (équilibrée), adjacente et 3:0 (B). Une sonde d’un autre autosome est rajoutée (bleu)
pour distinguer une ségrégation 3:0 d’une cellule diploïde. C) Translocation réciproque. Trois sondes dont deux situées sur les segments
transloqués suffisent à faire la différence entre tous les modes de ségrégation alterne (équilibrée), adjacente 1, adjacente 2 et 3:1 (D).
grossissement, ou MSOME (pour motile sperm organelle
morphology examination), ne permet malheureusement
pas un tel tri [27]. En revanche, la constatation que les
spermatozoïdes à contenu chromosomique déséquilibré
ont plus souvent un ADN fragmenté a ouvert la possibilité
d’utiliser la centrifugation en gradient de densité comme
moyen efficace d’améliorer le taux de gamètes équilibrés
chez des hommes porteurs d’une translocation robertsonienne ou d’une translocation réciproque (tableau 2)
[28, 29]. Utilisé de façon systématique en fécondation in
vitro, ce test présente surtout un intérêt pour les couples
fertiles dont l’homme porte une translocation, couples qui
ont donc intérêt à concevoir par insémination intra-utérine
après préparation du sperme plutôt que naturellement
avec tous les aléas que cela comporte.
Basée sur la constatation que les noyaux des spermatozoïdes à contenu chromosomique déséquilibré sont
légèrement plus volumineux que ceux à caryotype équilibré, la centrifugation en gradient de densité ne permet
cependant qu’une sélection partielle [30]. Il en va autrement de la sélection effectuée grâce à un autre test
utilisé couramment en AMP, le test hypo-osmotique ou
HOST (hypo-osmotic swelling test). Mis au point pour
différencier les spermatozoïdes morts des vivants en cas
d’akinétozoospermie, ce test induit des modifications flagellaires qui font l’objet d’une classification précise par
l’OMS [31]. Il est donc parfaitement compatible avec
une utilisation des gamètes en ICSI. L’étude très récente
de quatorze hommes porteurs d’un remaniement chromosomique (translocation robertsonienne, réciproque ou
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Tableau 2. Exemple d’amélioration du pourcentage de spermatozoïdes à contenu chromosomique équilibré en utilisant des tests
compatibles avec les techniques d’AMP. La centrifugation en gradient de densité (DGC) a été la première méthode utilisée (Rouen
et al. 2013) mais ne permet qu’une sélection partielle. L’utilisation du test hypo-osmotique ou swelling test augmente de façon
considérable les possibilités de tri des spermatozoïdes (Données en cours de publication).
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Patients
Réarrangement
chromosomique
% de gamètes déséquilibrés
avant DGC
% de gamètes déséquilibrés
après DGC
p
P1
trob(13;14)
16,6 %
8,8 %
p = 0 001
47 %
P2
trob(13;14)
42,2 %
21 %
p<0,001
51 %
P3
trob(13;14)
12 %
7,7 %
p = 0,019
36 %
P4
trob(13;14)
16 %
11 %
p = 0,043
32 %
P5
trob(13;14)
15,8 %
5,4 %
p<0,001
66 %
P6
trob(13;14)
27,9 %
26,4 %
NS
6%
P7
trob(13;14)
17,4 %
9%
p = 0,001
52 %
P8
trob(13;15)
18,2 %
11,6 %
p = 0,012
36 %
P9
trob(14;21)
10,9 %
8,5 %
p = 0,02
22 %
P10
t(6;17)(q21.3;q21)
66 %
51 %
p = 0,027
23 %
P11
t(5;12)(q13;q13)
69 %
52,6 %
p = 0,043
24 %
P12
t(2;10)(p10;q10)
65,5 %
52,7 %
p = 0,037
20 %
P13
t(8;16)(q11.2;q12)
75,8 %
48,6 %
p = 0,02
36 %
P14
t(17;22)(q25.1;q13.33)
57,1 %
48,2 %
p = 0,033
8%
P15
t(1;16)(q31.2;q23)
58,6 %
43,2 %
p = 0,005
27 %
P16
t(3;10)(q25;p13)
63,6 %
52,3 %
p = 0,017
18 %
P17
t(7;13)(q11.2;q12)
61,8 %
47 %
p = 0,011
24 %
P18
t(4;9)(q31;q22)
61,6 %
44,4 %
p = 0,001
28 %
P19
t(1;13)(q42;q22)
62,7 %
51,3 %
p = 0,038
18 %
P20
t(4;7;14)(q12;p15;q22)
88,6 %
70,4 %
p = 0,016
21 %
P21
inv(4)(p15.1q13.3)
2,1 %
1,3 %
p = 0,003
38 %
inversion) a révélé qu’une classe particulière de spermatozoïdes réagissant au milieu hypo-osmotique, dénommée
B+ (figure 2), présentait un taux très important de gamètes
à caryotype équilibré, taux qui, chez certains patients,
atteignait 100 % (données en cours de publication). Bien
que la physiologie exacte de cette sélection soit difficile à
expliquer, le fait est que cette technique offre la possibilité
de choisir le « bon » spermatozoïde à injecter en ICSI et
qu’elle est appelée à améliorer considérablement la prise
en charge, avec ou sans DPI, des couples où l’homme
porte un remaniement de structure chromosomique.
Anomalies géniques et spermatogenèse
Les causes géniques responsables d’une diminution
ou d’un arrêt de la production de spermatozoïdes sont
difficiles à mettre en évidence du fait de la pauvreté
Amélioration
du phénotype observé, oligozoospermie ou azoospermie
sans autre indication, de la rareté des familles dans lesquelles des mutations peuvent être détectées en raison
de l’infertilité même qu’elles entraînent et enfin des problèmes techniques et éthiques pour obtenir du matériel
testiculaire nécessaire à la validation du caractère pathogène de ces mutations.
Les délétions du bras long du chromosome Y ne font
pas partie des « nouveautés » en matière de génétique de
l’infertilité masculine, tant leur recherche fait maintenant
partie du bilan habituel des azoospermies non obstructives et des oligozoospermies sévères. De plus, elles sont
à classer dans la catégorie des anomalies chromosomiques responsables d’infertilité plutôt que dans celle des
anomalies géniques. Il s’agit en effet de pathologies délétionnelles, et non mutationnelles, avec une exception pour
le gène USP9Y situé dans la région AZFa [32]. Néanmoins,
les mutations ou les délétions intragéniques d’USP9Y sont
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a
286
b
b+
c
d
e
f
g
Figure 2. Conformation des spermatozoïdes lorsqu’ils sont plongés dans une solution hypo-osmotique (Classification OMS). Une
classe de spermatozoïdes, dénommée B+, a été rajoutée à cette
classification et contient ceux qui ont les plus grandes chances
d’avoir un caryotype équilibré, jusqu’à 100 % pour 3/14 patients
avec une moyenne aux alentours de 70 % dans une étude en cours
de publication.
très rares et il a été montré qu’elles pouvaient même être
transmises naturellement par des hommes oligozoospermiques [33]. Les gènes situés dans les autres régions AZF
sont donc délétés et non mutés chez les hommes infertiles,
avec toute l’incertitude que cela implique quant à la responsabilité de tel ou tel gène, quand plusieurs sont délétés
en même temps. La relative pauvreté en gènes de ces
régions fait cependant que ceux qui sont impliqués dans
le phénotype d’infertilité sont bien connus – RBMY pour
AZFb et DAZ pour AZFc – et que leur délétion représente
la cause génique d’azoospermie ou d’oligozoospermie la
plus fréquente dans l’espèce humaine.
Les gènes de spermatogenèse situés sur les autres
chromosomes sont beaucoup moins bien définis, pour
les raisons décrites précédemment, mais le fait que ces
gènes ne soient pas distribués de façon aléatoire dans le
génome peut aider à leur identification, en particulier pour
ceux particulièrement nombreux qui sont portés par le
chromosome X [34]. En utilisant une technique particulièrement puissante d’analyse du génome, l’hybridation
génomique comparative sur puce ADN, ou CGH-Array
(pour comparative genomic hybridization), qui permet de
détecter des gains et des pertes de matériel chromosomique de quelques dizaines de milliers de paires de bases
(contre 5 millions pour le caryotype classique), Yatsenko
et al. ont mis en évidence une délétion de 99 kb sur le
bras long du chromosome X chez deux patients azoospermiques non apparentés [35]. Ces délétions, quasiment
identiques, emportaient trois exons du gène TEX11 (pour
testis expressed 11), gène dont l’expression testiculaire
est limitée aux spermatocytes tardifs et aux spermatides.
Pour conforter l’association entre la délétion de ce gène
et l’azoospermie, les auteurs ont criblé le gène TEX11
par séquençage dans une cohorte de 289 hommes azoo-
spermiques et identifié sept mutations (2,4 %), toutes
absentes d’une population contrôle de 384 hommes normospermiques. Fait intéressant, cinq de ces patients mutés
présentaient une azoospermie par arrêt en méiose, ce qui
faisait parfaitement correspondre leur phénotype testiculaire à celui des souris déficientes Tex11- [36]. Très peu de
temps après cette publication, une autre équipe confirmait
l’importance du gène TEX11 en retrouvant des mutations
dans une cohorte de 246 patients azoospermiques, mutations dont au moins deux (1 %) étaient pathogènes [37].
Une de ces mutations était aussi associée à un blocage en
méiose, confirmant ainsi le rôle important de la protéine
TEX11 dans cette phase cruciale de la gamétogenèse.
Par la fréquence des mutations, comprise entre 1 et
2,5 % en cas d’azoospermie mais qui devra être affinée
dans des études ultérieures, les anomalies touchant le gène
TEX11 apparaissent comme une cause particulièrement
fréquente d’infertilité masculine si on se rappelle que le
nombre de gènes intervenant dans la spermatogenèse se
compte par centaines, si ce n’est par milliers. De plus,
ces mutations affectant TEX11, et par extension toutes les
mutations touchant des gènes liés à l’X, ont la particularité
d’être transmissibles et donc potentiellement familiales.
En effet, contrairement aux mutations touchant des gènes
autosomiques qui ne concernent que certains individus
issus d’un couple hétérozygote et qui ont la particularité
de se « dissoudre » rapidement dans la population générale quant à leur effet phénotypique, les mutations liées
à l’X peuvent être portées par des femmes dites conductrices généralement asymptomatiques. Ainsi, pour le gène
TEX11, les mères des sujets mutés sont conductrices ce
qui veut dire que la moitié de leurs filles le sont également
et que celles-ci ont donc un risque sur deux, à chaque
naissance d’un garçon, que ce dernier soit infertile à l’âge
adulte. La prise en charge des hommes infertiles par mutation de TEX11 ne comprend donc pas que l’AMP mais
nécessite aussi un conseil génétique adapté.
D’autres études sur des séries d’hommes infertiles ont
permis de diagnostiquer des mutations dans des gènes
incriminés dans l’azoospermie et l’oligozoospermie avec
une fréquence à peu près équivalente à celle de TEX11.
Par exemple, le gène NR5A1, codant le facteur de stéroïdogenèse SF1, déjà connu pour être impliqué dans
l’insuffisance surrénalienne, l’insuffisance ovarienne prématurée ou encore les anomalies du développement
sexuel, est trouvé muté chez 1 à 4 % des hommes présentant une azoospermie ou une oligozoospermie sévère
[38, 39]. Le gène SOHLH1, codant un facteur de transcription essentiel à la différenciation des spermatogonies, ou
encore le gène WT1, exprimé dans les cellules de Sertoli,
semblent eux aussi mutés dans un nombre non négligeable
de cas, autour de 1 % [40, 41]. Avec quelques pour cent,
tous ces gènes représentent la partie émergée de l’iceberg
des causes géniques d’infertilité masculine : les très nombreux autres gènes impliqués dans la spermatogenèse sont
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sans doute également mutés chez certains patients mais
ces mutations n’ont pour le moment été décrites que de
façon sporadique, dans quelques familles consanguines
[42-44].
Autant les anomalies géniques responsables d’un
défaut de production de spermatozoïdes sont difficiles à
détecter, principalement en raison du manque de phénotype caractéristique associé, autant il a été possible de
mettre en relation des mutations dans des gènes particuliers avec certaines tératozoospermies, lorsque celles-ci
étaient homogènes. Ainsi, l’absence d’acrosome entraînant la formation de spermatozoïdes globocéphales a
pu être assignée à des délétions ou à des mutations du
gène DPY19L2 qui expliquent près de 85 % des cas [4547]. Des mutations dans d’autres gènes, comme SPATA16
ou PICK1, ont été décrites chez des patients avec globozoocéphalie, mais à un moindre degré en termes de
fréquence [48, 49]. Un autre exemple frappant de relation directe entre une anomalie génétique et une forme de
tératozoospermie bien particulière est donné par la macrozoospermie. Ce type de malformation spermatique est lié à
une quantité anormale de matériel chromosomique dans
le noyau des spermatozoïdes en rapport avec des anomalies de la ségrégation des chromosomes à la méiose.
Comme pour la globozoospermie, l’origine génétique de
la macrozoospermie est très homogène, consistant en
des mutations dans le gène AURKC (aurora kinase C)
[50, 51].
L’apport des nouvelles techniques
moléculaires : puces SNP
et séquençage à haut débit
Comme pour les autres domaines de la génétique, la
génétique de l’infertilité bénéficie d’avancées techniques
considérables depuis quelques années. Leur intérêt réside
principalement dans leur caractère pangénomique, c’està-dire dans le fait qu’elles sont capables de détecter une
anomalie génétique située à peu près n’importe où dans
le génome et ce avec une très grande précision.
La technique de CGH-Array permet de diagnostiquer des déséquilibres chromosomiques de quelques
milliers de paires de bases et donc de mettre en évidence des gènes dont la présence en trois exemplaires
ou au contraire en un seul exemplaire, peut être responsable du phénotype observé. Une variante de cette
technique consiste à utiliser des puces qui correspondent
à des SNP (pour single nucleotide polymorphisms) connus
qui, chez un individu donné, sont soit homozygotes, AA
ou BB, soit hétérozygotes AB. Une délétion chromosomique se manifestera ainsi par une perte d’hétérozygotie,
puisqu’il n’y a plus qu’un seul jeu chromosomique à cet
endroit. Chaque SNP sera homozygote AA ou BB. De la
même manière, dans une famille consanguine, les indi-
vidus apparentés présenteront de nombreuses régions de
perte d’hétérozygotie, régions d’autant plus nombreuses et
larges qu’ils sont génétiquement proches. En considérant
les régions d’homozygotie communes à tous les individus atteints dans une famille, patients azoospermiques
par exemple, et en excluant celles partagées avec des
individus normospermiques, il est possible de déterminer quelques régions du génome dans lesquelles on peut
espérer repérer un gène impliqué dans la spermatogenèse, gène qui sera ensuite séquencé pour trouver une
mutation à l’état homozygote. Secondairement, ce gène
pourra être séquencé dans des cohortes de patients non
consanguins et son implication dans le phénotype être
ainsi validée. L’utilisation des puces SNP peut aussi être
couplée d’emblée à des techniques de séquençage de
l’ADN à haut débit, ou NGS (pour next generation sequencing), comme celle consistant à séquencer tous les exomes
(WES, pour whole exome sequencing).
Le problème de ces techniques moléculaires extrêmement sensibles est qu’elles mettent souvent en évidence
des mutations faux-sens (remplacement d’une paire de
bases par une autre avec changement éventuel de l’acide
aminé dans la protéine), dont il importe ensuite de déterminer le caractère pathogène. Certains critères existent,
comme le fait de ne jamais retrouver la mutation chez des
individus sains dans les bases de données, ou d’utiliser
des logiciels conçus pour prédire le caractère fonctionnel
ou non d’une protéine mutée, mais le seul test vraiment
valable consiste à réaliser un modèle in vivo, cellulaire ou
animal (souris, poisson zèbre, etc.). Ce type de modèle est
particulièrement difficile à créer pour la spermatogenèse,
mais nul doute que des techniques nouvelles, comme
celles utilisant le système CRISPR-Cas9 détaillé ailleurs
dans ce numéro, viendront les remplacer et permettront
des avancées significatives dans la recherche des causes
génétiques d’infertilité chez l’homme.
Conflits d’intérêt : Aucun.
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