Un spermatozoïde ne porte rien d’inutile. Afin de progresser le plus vite possible dans la course pour atteindre un œuf en premier, la cellule est complètement dépouillée au cours de son développement. « C’est comme préparer un sac à dos pour une longue marche », explique Tzviya Zeev-Ben-Mordehai, « vous ne prenez que ce qui est absolument nécessaire. Je trouve ça fascinant, ce minimalisme du spermatozoïde.
Zeev-Ben-Mordehai est professeur associé au Centre Bijvoet de recherche biomoléculaire de l’Université d’Utrecht. À l’aide de microscopes perfectionnés, elle examine la structure cellulaire des spermatozoïdes de divers mammifères, et bientôt aussi des humains.
Quelle est la particularité des spermatozoïdes ? « Eh bien », dit Zeev-Ben Mordehai, « parfois les gens pensent qu’il n’y a plus grand-chose à découvrir. Au microscope à lumière normale, ils ressemblent en effet à des cellules assez simples, constituées d’une tête et d’une longue queue. Mais avec l’ultra-haute résolution du microscope que nous utilisons, vous voyez soudainement l’énorme complexité du spermatozoïde.
Qu’est-ce qui fait de la cryomicroscopie un outil si puissant ?
«Avec la tomographie cryo-électronique, vous pouvez faire une tomodensitométrie de la cellule, pour ainsi dire. L’ordinateur génère une image dans laquelle vous pouvez étudier les coupes transversales d’une cellule congelée tranche par tranche, tout comme vous le pouvez avec un scanner du corps. Ceci est fait de manière si détaillée que vous pouvez parfois voir les protéines individuelles.
« Une fois les scans effectués, vous devez d’abord annoter toutes les structures sur ces images en noir et blanc : déterminez exactement quelles parties de cellule vous voyez. Vous pouvez ensuite en faire des reconstructions en trois dimensions dans l’ordinateur afin de savoir à quoi ressemblent réellement les parties de la cellule.
« L’avantage par rapport à la microscopie électronique conventionnelle est que vous n’avez pas à conserver, couper ou colorer l’échantillon ; actions qui peuvent endommager la structure, vous donnant une image déformée. Ce que nous voyons avec cryo-EM, c’est exactement comment les pièces se trouvent réellement dans la cellule.
Le spécimen est congelé au microscope
Tzviya Zeev-Ben Mordehai montre à quelle vitesse la congélation se fait. Elle remplit un thermos ouvert avec de l’azote liquide, dans lequel se trouve un petit récipient en métal rempli d’éthane liquide. « Il faut que ce soit de l’éthane pour que la préparation gèle assez vite », explique-t-elle, « avec juste de l’azote, c’est trop lent. Cela doit aller si vite qu’aucun cristal de glace ne peut se former.
La préparation est suspendue au-dessus du liquide avec une pince à épiler. Puis elle appuie sur une pédale, faisant tomber la pince à épiler comme une guillotine. Une fois congelé, le spécimen est placé dans le microscope où l’image d’ombre d’un faisceau d’électrons peut rendre visibles les moindres détails de la cellule.
Qu’avez-vous découvert ?
« En médecine de la reproduction, l’origine du deuxième centriole de l’ovule fécondé a toujours été un mystère. Les centrioles sont des parties de cellules qui sont importantes pour que la cellule se divise. Pour cela, vous avez toujours besoin de deux; centrioles qui attirent chacun la moitié des chromosomes. Il ressort clairement des recherches précédentes que l’ovule n’a pas de centrioles, et jusqu’à récemment, ils n’ont toujours pu en trouver qu’un seul dans un spermatozoïde.
« Avec notre cryomicroscopie, nous avons maintenant vu de quoi il s’agit. Le deuxième centriole est très différent de la normale. Au lieu de la structure rigide en forme de tonneau normale, ce centriole ressemble à un bol, qui peut également se déplacer très facilement. Dans le spermatozoïde, il se trouve juste en dessous de la tête autour du noyau du whiptail. Nous soupçonnons qu’il y a une fonction secondaire cruciale dans la locomotion de la cellule.
Cela peut sembler fou, mais un œuf est trop gros pour être étudié par cryomicroscopie
Et qu’arrive-t-il à cet étrange centriole après la conception ?
« C’est une bonne question, nous ne savons pas encore vraiment. Après la fécondation, vous pouvez encore voir la queue du spermatozoïde dans l’ovule pendant un certain temps, et nous aimerions voir ce qui se passe dans la cellule. Cela peut sembler fou, mais un œuf est trop gros pour être étudié par cryomicroscopie. Vous ne pouvez pas geler cette cellule assez rapidement à cause de sa taille. Nous travaillons sur une solution, mais nous n’en sommes pas encore là.
Cette recherche pourrait-elle également contribuer à faire quelque chose contre l’infertilité masculine ?
« Oui, nous espérons trouver quelque chose à un niveau fondamental qui entrave la fertilité. Pour cela, nous avons maintenant entamé une collaboration avec une clinique de fertilité de l’UMC Utrecht. Le taux de réussite de la FIV est faible, 25 % chez les jeunes femmes, et il ne fait qu’empirer chez les femmes plus âgées. C’est un fardeau assez lourd pour les couples qui souhaitent avoir des enfants.
« Dans l’infertilité masculine, la cause est inconnue dans les deux tiers des cas. Parfois, l’ICSI est encore une solution dans laquelle un spermatozoïde est injecté directement dans l’ovule. Au microscope, vous pouvez voir des spermatozoïdes immobiles ou déformés, mais si vous ne savez pas ce qui ne va pas et que vous continuez à pratiquer l’insémination artificielle, vous risquez de transmettre un défaut à la génération suivante sans être détecté. Nous devons vraiment mieux comprendre cela.
A l’inverse, vous espérez aussi trouver une cible pour la contraception chez les hommes. Est-ce réaliste ?
« Je pense que oui. Si nous comprenons mieux comment cela fonctionne, nous pouvons également le désactiver. La mobilité est super importante pour les spermatozoïdes. Mais au moment où ils viennent d’être créés et sont stockés dans l’épididyme, ils ne savent pas encore nager. Si nous découvrons ce qui est essentiel à ce processus de maturation, notre travail fondamental, d’autres peuvent commencer à développer une pilule masculine.
Vous n’étiez autorisé à entrer dans le laboratoire que si vous faisiez des recherches sur le corona
Comment vous sentez-vous en tant que chercheur étranger aux Pays-Bas ?
« Très bien! J’aime travailler à l’international. Ce n’est pas pour rien que mon groupe de trois doctorants et un postdoc comprend un Hollandais, un Philippin, un Indien et un Allemand. Nous parlons anglais entre nous. J’aime cette diversité culturelle car elle apporte toujours de nouvelles idées qui se complètent. Je suis également membre d’un conseil consultatif de la Faculté des sciences dans le domaine de la diversité.
Le corona a-t-il encore gêné le travail de votre département ?
« À un moment donné, tous les laboratoires ont dû fermer en raison des mesures de confinement contre le corona. Nous n’avions pas le droit de faire quoi que ce soit et étions obligés de rester à la maison. Il y avait une exception : vous n’étiez autorisé à entrer dans le laboratoire que si vous faisiez des recherches sur le corona. De nombreux scientifiques ont alors changé leurs recherches afin de continuer à travailler. J’y ai pensé pendant un moment, mais je ne l’ai pas fait.
« Nous avons eu la chance d’avoir déjà beaucoup de nos mesures prêtes, il ne restait plus qu’à travailler et à écrire les résultats. Cela a abouti à quatre belles publications l’année dernière – pas mal à mon avis.