Fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes

L’acide désoxyribonucléique (ADN) est une molécule qui contient l’information génétique utilisée dans le développement et le fonctionnement des organismes. Il est présent dans toutes les cellules humaines, à l’exception des globules rouges.

Dans le cas du spermatozoïde humain, l’information génétique est stockée dans la tête, et pour la faire tenir dans un si petit espace, il faut des mécanismes sophistiqués qui nécessitent le remplacement de certaines molécules par d’autres (en particulier, les histones sont remplacées par des protamines). Il en résulte un ADN très condensé, facile à protéger et à transporter.

Ces dernières années, l’intégrité de l’ADN des spermatozoïdes et son rôle dans les cas d’infertilité qui répondent souvent aux valeurs de qualité établies comme normales ont suscité un intérêt croissant. En fait, des tentatives ont été faites pour postuler ce paramètre comme un nouvel outil pour prédire la capacité de reproduction masculine et, avec le spermogramme conventionnel, pour approfondir l’étude du facteur masculin.

Comment la fragmentation de l’ADN du sperme est-elle générée ?

Au cours de la formation des spermatozoïdes – la spermatogenèse – des ruptures de brins d’ADN peuvent être induites. Les spermatozoïdes peuvent également accumuler des dommages dans leur ADN pendant leur maturation et leur stockage dans l’épididyme avant l’éjaculation. Il a été décrit que l’âge avancé chez l’homme, certaines pathologies de l’appareil reproducteur (varicocèle, cancer des testicules, leucospermie, etc.), ainsi que des habitudes toxiques, pourraient entraîner une augmentation des dommages de l’ADN en raison d’une production excessive d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) ou d’une diminution des antioxydants séminaux.

Quelles techniques permettent de diagnostiquer la fragmentation des spermatozoïdes ?

Il existe une multitude de techniques capables d’évaluer la fragmentation de l’ADN dans les spermatozoïdes, bien qu’elles diffèrent fondamentalement en termes de sensibilité et du type de dommages qu’elles peuvent détecter. Les principales techniques utilisées dans la pratique clinique sont les suivantes :

• Test des comètes (COMET) : en cas de petites portions d’ADN fragmenté, l’échantillon présente une image similaire à la queue d’une comète. Il s’agit d’un test très sensible, capable de détecter de faibles niveaux d’ADN endommagé et ne nécessitant pas un grand nombre de cellules, bien qu’il soit incapable de faire la distinction entre les cassures simple brin et double brin.

• SCSA séminal : L’ADN endommagé est plus vulnérable à la chaleur et à la dénaturation acide que les spermatozoïdes intacts. Son principal avantage est de pouvoir évaluer un grand nombre de cellules par cytométrie en flux. Ce test a pour limite de ne détecter que les dommages à simple brin et constitue une méthode d’analyse indirecte, car il requiert une exposition préalable à des conditions acides.

• TUNEL du sperme : la technique TUNEL est basée sur la détection effective de fragments d’ADN de simple ou double brin, où le signal augmente avec le degré de fragmentation. L’analyse peut être effectuée de manière subjective avec un microscope à fluorescence ou de manière objective par cytométrie de flux.

• SCD : Le test Sperm Chromatin Dispersion (dispersion de la chromatine du sperme) (SCD) estime indirectement le niveau de fragmentation de l’ADN en quantifiant la dispersion nucléaire présente dans l’échantillon. C’est un kit commercial rapide, mais avec un haut degré de subjectivité.

Dans quels cas est-il conseillé d’effectuer une étude de fragmentation du sperme ?

L’intégrité du matériel génétique des spermatozoïdes est considérée comme vitale pour une fécondation normale, un développement correct de l’embryon, une implantation réussie et une grossesse, tant dans le cadre de la procréation naturelle que de la procréation assistée. En fait, les lésions simple brin impliquent de multiples points de rupture dans toutes les régions du génome, étant liées au stress oxydatif, où dans le cadre de la reproduction, elles compliqueraient la grossesse clinique et, par conséquent, augmenteraient le délai de conception. En revanche, les cassures de l’ADN double brin seraient liées à l’absence de réparation de l’ADN lors de la méiose cellulaire, favorisant un risque accru de fausse couche, de mauvaise qualité de l’embryon et d’échec de l’implantation lors des traitements [1].

Par conséquent, le degré et la nature des lésions de l’ADN pourraient avoir une incidence négative sur les résultats de la reproduction, comme le montrent les études qui indiquent que les échantillons provenant d’hommes infertiles présentent des lésions de l’ADN beaucoup plus importantes que ceux provenant d’hommes fertiles [2].

Quelles sont les valeurs normales pour la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes ?

Actuellement, aucun consensus mondial n’a été atteint quant à la valeur seuil de référence pour le niveau de fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes comme indication du potentiel de fertilité d’un homme. En effet, plusieurs valeurs discriminantes ont été proposées en fonction des différents tests qui étudient l’intégrité de ce matériel génétique. Par exemple, TUNEL exige des valeurs inférieures à 20 % dans le sperme frais et inférieures à 15 % dans le sperme capacitaire pour considérer un échantillon de sperme comme étant dans la normalité, tandis que la technique SCSA exige une valeur inférieure à 30 %.

La fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes peut-elle être améliorée ?

Un traitement thérapeutique visant à réduire la fragmentation de l’ADN en cas d’infertilité masculine nécessiterait la prise d’antioxydants par voie orale, l’élimination des habitudes toxiques (tabac, alcool, drogues, etc.) ainsi que des facteurs environnementaux (exposition aux pesticides, pollution, etc.) qui augmentent les ROS.

Dans le cas d’un traitement par FIV, il serait essentiel d’effectuer une sélection des spermatozoïdes la plus précise et la plus efficace possible afin de n’utiliser que les spermatozoïdes dont le matériel génétique n’est pas endommagé au moyen de : colonnes d’annexine V (MACS), puces microfluidiques, etc. En outre, certaines études soutiennent la possibilité d’obtenir des spermatozoïdes directement depuis le testicule (TESA) présentant moins de dommages dans l’ADN que ceux qui sont éjaculés.

R&D&I de l’Instituto Bernabeu : études sur la fragmentation de l’ADN

Ce paramètre étant un sujet d’intérêt dont la controverse a été soulignée à plusieurs reprises, un projet de recherche a été réalisé dans notre centre dans le but d’étudier plus en profondeur l’impact de la fragmentation de l’ADN du sperme.

Cette étude a cherché à évaluer si l’indice de fragmentation, mesuré par TUNEL, du même échantillon séminal utilisé dans le cycle de fécondation in vitro pouvait avoir un effet néfaste en termes de taux de fécondation, de qualité de l’embryon et de résultats cliniques, en fonction de la qualité de l’ovocyte femelle avec 3 groupes de patientes : 67 avec une réponse ovarienne normale, 150 avec une faible réponse ovarienne et 113 qui ont subi un traitement par don d’ovocytes. Enfin, il a été conclu que les résultats du traitement de reproduction assistée n’étaient pas affectés par la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes, indépendamment de l’indice de fragmentation et de l’origine des ovocytes.

Ces travaux ont été publiés dans le journal de la British Fertility Society, Human Fertility, sous le titre « Sperm DNA fragmentation on the day of fertilisation is not associated with assisted reproductive technique outcome independently of gamete quality » et sont disponibles sur le site de l’Instituto Bernabeu.

Références:

1. Ribas-Maynou J, Benet J. Single and Double Strand Sperm DNA Damage: Different Reproductive Effects on Male Fertility. Genes. 2019;10(2):105.

2. Saleh RA, Agarwal A, Nelso DR, Nada EA, El-Tonsy MH, Alvarez JG et al. Increased sperm nuclear ADN damage in normozoospermic infertile men: a prospective study. Fertil Steril. 2002;78(2):313–318.

Ángel Linares, embryologiste à l’Instituto Bernabeu.