Andrologie (2000), 10, n~' 1, 11-40 [ 0 GENETIQUE Les g nes de la spermatog nese et leur r6gulation

V. DROUINEAUD, C. JIMENEZ

Laboratoire de Biologie de la Reproduction. Maternit6 du Bocage. CHU de DIJON 10, boulevard du Mar6chal de Lattre de Tassigny. 21 000 DIJON

RESUME les g~nes exprim6s exclusivement au cours de la spermatogen~se ; La production de spermatozoides r6sulte d'un processus complexe et coordonn6 de division les g~nes codant pour une isoenzyme ou un et de diff6renciation cellulaires appel6 sper- isotype sp6cifiquement testiculaire de pro- matogen~se. Chacune des 6tapes de ce pro- t6ines s'exprimant dans les cellules soma- cessus, mitose, m6iose et spermiogen~se est tiques (enzymes du m6tabolisme 6nerg6tique) sous le contrfle de g~nes exprim6s de mani~- Les g~nes exprim6s au cours de la spermato- re diff6rentielle dans le testicule. gen~se, sp6cifiques ou non, subissent une Le syst~me c-kit/SCF r6gule la prolif6ration r6gulation transcriptionnelle et/ou traduc- des spermatogonies tandis que l'6quilibre tionnelle. entre rexpression des g~nes pro- et anti-apop- La r6gulation transcriptionnelle des g~nes totiques permet d'en limiter le nombre. est essentiellement assur6e par des facteurs La m6iose est sous le contr61e de plusieurs de transcription qui peuvent 6tre sp6cifiques familles de g~nes : 1) les g~nes des prot6ines des cellules germinales ou g6n6raux mais structurales nucl6aires [lamines, histones, exprim6s de mani~re differentielle dans les prot6ines du complexe synapton6mal] ; 2) les cellules germinales. Les g~nes des facteurs de g~nes codant pour les enzymes du m6tabolis- transcription sont eux-m6mes soumis fi une me 6nerg6tique [PGK, HK, PGAM ...] ; 3) les r6gulation particuli~re. Certains g~nes expri- gbnes codant pour les prot6ines de r6paration m6s dans le testicule r6sultent de l'utilisation de rADN et de la recombinaison m6iotique ; 4) d'un promoteur alternatif. les g~nes du cycle cellulaire (gbnes suppres- La r6gulation post-transcriptionnelle peut- seurs de tumeur, g~nes du complexe cycli- 6tre assur6e par un 6pissage alternatif des ne/CDC2, prot6ine HSP 70-2); 5) les gbnes c- ARN ou l'arr6t au niveau d'un site de poly- kit/SCF. ad6nylation variable. Enfin, le remodelage chromatinien survenant Des s6quences r6gulatrices des r6gions 5' et 3' durant la spermiogen~se et refl6tant la trans- UTR contr61ent la traduction des g~nes. La formation d'un noyau actif sur le plan trans- longueur de la queue poly-A et certaines pro- criptionnel en noyau spermatique quiescent, t6ines se liant au niveau des r6gions 3' et 5' n6cessite une expression s6quentielle contr6- jouent un r61e majeur dans la r6gulation tra- 16e des prot6ines basiques de liaison/t I'ADN : ductionnelle des g~nes. dans les spermatides les prot6ines histones et non histones sont remplac6es par les pro- t6ines de transition qui/~ leur tour sont rem- plac6es par les protamines dans les sperma- tides en voie d'allongement. Parmi les g~nes exprim6s au cours de la sper- Mots-clds : spermatogen~se, g~ne, rdgulation, matogen~se, on distingue : transcription, traduction, apoptose.

11 INTRODUCTION La r~gulation traductionnelle est m~di~e par les s~quences r~gulatrices des r~gions 5' et 3' La production de spermatozo~des r~sulte d'un non codantes des ARNm. processus complexe et coordonn~ de division et de diff~renciation cellulaire appel6 spermato- gen~se. Cette derni~re comprend 3 phases : I. DESCRIPTION DES IMPLIQUES DANS LA la phase proliferative qui correspond ~ l'auto- SPERMATOGENESE renouvellement et aux divisions mitotiques des spermatogonies ; 1. Phase de multiplication des spermato- la phase m~iotique au cours de laquelle les gonies spermatocytes I, issus de la derni~re division a) Multiplication et differenciation des spermatogoniale, se divisent en spermatocytes spermatogonies : le systSme c.kit/SCF II, qui se divisent ~ leur tour en spermatides (stem cell factor) rondes ; Le syst~me c-kit/SCF a un r6le majeur dans la la spermiogen~se qui correspond ~ la m~ta- diff~renciation des spermatogonies. Le facteur morphose des spermatides en spermatozo~des. steel ou SCF est un facteur de croissance pro- Ce processus de diff~renciation cellulaire est duit par les cellules de Sertoli [193], qui se lie soumis ~ une r~gulation de type endocrine sp~cifiquement au r~cepteur c-kit [212]. SCF assur~e par les hormones de l'axe hypothala- est localis~ principalement ~ la base de la cel- mo-hypophysaire. En r~ponse ~ la stimulation lule de Sertoli /t des stades du cycle de l'~pi- thulium s~minif'ere off ces cellules sont en hormonale, il se produit dans les cellules testi- contact ~troit avec les spermatogonies de type culaires une s~rie d'~v~nements en cascade A [134]. Or, le r~cepteur de SCF, le proto-onco- induisant des changements m~taboliques au g~ne c-kit, est exprim~ par les spermatogonies niveau cellulaire ainsi qu'une modification de de type A. Deux populations de spermatogo- l'expression des g~nes. nies peuvent ~tre distingu~es : l'une ind~pen- Diff~rents ~v~nements mol~culaires se produi- dante de c-kit correspondant aux spermatogo- sent tout au long de la spermatogen~se, avec nies souches de r~serve ; l'autre d~pendante de une expression g~nique vari~e et diff~rente c-kit correspondant aux spermatogonies A de chacune des ~tapes du processus. Parmi les type interm~diaire qui prolif'erent et se diff,- g~nes exprim~s dans le testicule, on distingue : rencient [228]. - les g~nes exprim~s exclusivement durant la I1 a ~t6 montr~ que SCF stimulait l'incorpora- spermatogen~se ; tion de thymidine dans les spermatogonies de rat [172]. De plus, Hakovirta et al. [73] ont - les g~nes codant pour une isozyme ou un iso- montr~ que l'induction de la synth~se d'ADN type sp~cifiquement testiculaire de prot~ines dans les tubules s~minif'eres ~tait stade-sp~ci- s'exprimant dans les cellules somatiques. fique. SCF emp~cherait ~galement l'apoptose Les g~nes exprim~s au cours de la spermatoge- des spermatogonies A et permettrait leur sur- n~se peuvent ~tre soumis ~ une r~gulation vie [154]. Des ~tudes ont montr~ l'importance transcriptionnelle, post-transcriptionnelle ou du role jou~ par la forme transmembranaire du traductionnelle propre. SCF. En effet, ce dernier existe sous 2 formes, l'une transmembranaire et l'autre soluble, cor- La r~gulation transcriptionnelle peut ~tre respondant au produit de clivage de la premiX- assurge par la liaison de facteurs prot~iques re. Chez les rongeurs, au d6but de la sperma- des s~quences du promoteur, ou par un choix togen~se, la production de la forme soluble de variable du promoteur ou du site de polyad~- SCF est brutalement remplac~e par sa forme nylation. transmembranaire [21, 133], sugg6rant le r61e La r~gulation post-transcriptionnelle d'un plus important jou~ par cette derni~re dans le g~ne au cours de la spermatogen~se s'effectue processus spermatog~n~tique. Chez des rats essentiellement par ~pissage alternatif. dont la spermatogen~se est alt6r~e suite ~ un

12 traitement par l'hexanedione, les cellules de cellulaire par apoptose). Sertoli produisent principalement la forme - des mol6cules adaptatrices soluble du SCF, alors qu'un traitement par le GnRh, aboutit ~ une augmentation de la syn- - des mol6cules effectrices : les caspases th6se de SCF transmembranaire et stimule la - des mol6cules r6gulatrices (prot6ines des la diff6renciation des spermatogonies [21]. famille Bcl-2 et Apaf-1) b) Apoptose L'apoptose ou mort cellulaire programm6e est L'apoptose ou mort cellulaire programm6e est 6troitement contr616e par l'induction ou l'inhi- un processus indispensable ~ la morphogen6se bition des g6nes codant pour des prot6ines pro- au cours du d6veloppement embryonnaire puis ou anti-apoptotiques [9, 191]. Dans la majorit6 au maintien de l'hom6ostasie tissulaire dans des cas, le processus apoptotique implique la l'organisme adulte. Celle-ci r6sulte d'un 6qui- lib6ration par la mitochondrie de mol6cules libre entre la prolif6ration et la mort cellulaire, pro-apoptotiques telles que le cytochrome c et I'AIF (Apoptosis Inducing Factor). Des pro- l'apoptose permettant l'61imination des cel- t6ines de la famille Bcl-2, ancr6es dans la lules en surnombre ou endommag6es [52, 211]. membrane externe de la mitochondrie, d6clen- L'apoptose est un processus g6n6tiquement chent l'ouverture des pores mitochondriaux et contr616, assur6 par l'induction ou l'inhibition de la lib6ration de telles mol6cules [94, 126, 189]. g6nes codant pour des prot6ines provoquant ou Dans le cytosol, le cytochrome c, en pr6sence bloquant le processus apoptotique [9, 191]. Le d'ATP et de la prot6ine APAF-1, active la cas- d6r6glement du programme g6n6tique inter- pase 9 qui ~ son tour active des caspases acti- vient dans la physiopathologie de nombreuses vatrices telles que la caspase 3, 616ment cen- maladies, li6es soit ~ une apoptose massive, soit tral du processus apoptotique dans de nom- une inhibition de l'apoptose [138, 195]. breux syst6mes cellulaires [189]. La plupart des cellules sont programm6es pour L'une des voies d'induction de l'apoptose la mort cellulaire en l'absence de signaux de implique le syst6me Fas/Fas L (CD95/CD95 L). survie 6manant de l'environnement. Mais dans Lorsque Fas L se fixe sur son r6cepteur, celui- certains cas, la mort cellulaire est d6clench6e ci se trim6rise et son domaine de mort cellulai- par des stimulis externes variables tels que les re s'associe au domaine homologue de la mo16- radiations ionisantes ou les drogues anti-can- cule adaptatrice FADD (Fas associated c6reuses. En revanche, les 6v6nements cl6s de with a death domain). Cette derni6re pr6sente l'ex6cution de l'apoptose sont assez similaires un domaine effecteur de mort (DED) qui peut quel que soit le type d'induction [161, 191]. activer la voie des caspases [151, 189]. L'apoptose est un processus tr6s conserv6 dans La mort cellulaire se produit 6galement au l'6volution [200] et fait intervenir plusieurs cours du d6veloppement des cellules germi- types de mol6cules : des mol6cules effectrices, nales males et semble jouer un r61e majeur au inhibitrices et activatrices [191, 32]. cours de la spermatogen6se [3, 15]. Plusieurs 6tapes sont n6cessaires a l'ach6ve- A partir de la population initiale de spermato- ment du processus apoptotique et font interve- gonies A1, seuls 25% de spermatocytes pr61ep- nir : tot6nes sont form6s. De m6me, environ 20% - des r6cepteurs membranaires ~ domaine de des cellules germinales meurent par apoptose mort cellulaire et leurs ligands (on dit d'un entre les spermatocytes Iet les spermatides r6cepteur qu'il est ~ domaine de mort cellu- matures. I1 semble que l'apoptose des cellules laire parce qu'il poss6de au niveau de sa germinales dans le testicule soit sous le contr6- r6gion intra-cytoplasmique carboxy-termi- le de la FSH et de la testost6rone [3, 15, 19, 84, nale une s6quence capable d'interagir avec 96]. les domaines correspondants de prot6ines I1 n'existe pas de m6canisme r6gulateur per- intra-cellulaires adaptatrices, qui ~ leur tour mettant d'assurer une densit6 constante des activent les caspases et provoquent la mort spermatogonies souches et diff6renci6es le long

13 de l'~pith~lium s~minif'ere. Un nombre tr~s minales de souris in vitro augmentait apr~s variable de spermatogonies diff~renci~es est blocage de Fas Ligand avec un oligonucl~otide donc produit aux diff~rents endroits le long anti-sens [117]. tube s~minif'ere mais la densit~ de spermato- Chez l'homme, la prot~ine Fas est pr~sente sur cytes Iest peu variable d'un site hun autre. les spermatocytes et les spermatides [155]. Une densitd optimale et identique en n'impor- L'utilisation d'un anticorps antagoniste de Fas te quel point du tube s~minif'ere est obtenue en Ligand bloque le processus apoptotique induit augmentant les ph~nom~nes d'apoptose des in vitro par incubation de tubes s~minif'eres spermatogonies diff~renci~es dans les sites off dans un milieu de culture sans facteurs de sur- ces cellules sont trop nombreuses et en les sup- vie [155]. primant dans les sites off elles sont rares. De plus, l'utilisation d'un inhibiteur des cas- 1. FAS/FAS LIGAND (FAS/FAS L) pases, le benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp (Ome) I1 a ~t6 montr~ r6cemment chez la souris, le rat fluorom~thylk~tone, inhibe la mort des cellules [117] et chez l'homme in vitro que le syst~me germinales, sugg~rant que l'apoptose des cel- Fas/Fas Ligand est impliqu6 dans la r~gula- lules germinales induite par Fas est m~di~e tion de l'apoptose des cellules germinales. par la voie des caspases [155]. Chez les rongeurs, Fas Ligand a ~t~ localis~ Dans le testicule, le syst~me Fas/Fas L est par immunohistochimie sur les cellules de impliqu~ dans le maintien de la nature immu- Sertoli alors que Fas est pr6sent sur les cel- nologique particuli~re de cet organe. Les cel- lules germinales, surtout les spermatocytes lules de Sertoli qui expriment Fas L ~liminent [117]. Une exposition aux rayons X, qui pro- les lymphocytes T activ~s qui sont Fas + prot~- voque la mort des cellules germinales sans geant ainsi les cellules germinales du syst~me atteindre les cellules de Sertoli [75], entraine immunitaire et pr~venant les r6actions de rejet une surexpression de Fas mais pas de Fas de l'environnement testiculaire. Ligand. En revanche, l'administration de pro- 2. LA PROTI~INE DEFT (DEATH EFFECTOR duits toxiques pour les cellules de Sertoli DOMAIN-CONTAINING TESTICULARMOLECULE) (mono-(2 6thylhexyl) phtalate et 2,5-hexane- dione) responsables de la destruction secondai- R~cemment, Leo et al. [120] ont identifi~ les re des cellules germinales, entraine une surex- ADNc codant pour une nouvelle prot~ine testi- pression de Fas et de Fas Ligand. Les cellules culaire : DEFT. L'extr~mit~ N-terminale de de Sertoli dysfonctionnelles surexprimeraient celle-ci pr~sente une forte homologie avec les Fas Ligand afin d'61iminer les cellules germi- domaines de mort cellulaire des molecules nales Fas +, qui ne peuvent plus ~tre soute- FADD (molecules adaptatrices) et des pro-cas- nues de fa~on adequate. pases-8 et -10 (~x~cutrices de l'apoptose). Des experiences de Northern Blot effectu~es chez Ces donn6es permettent de sugg~rer un mode- l'homme et le rat ont montr~ que l'expression le de fonctionnement du syst~me Fas/Fas des ARNm de DEFT ~tait particuli~rement Ligand dans le testicule : importante dans le testicule. Le transcrit de

- h l'~tat normal : les cellules de Sertoli expri- DEFT a ~t~ mis en ~vidence dans les cellules ment faiblement Fas Ligand, d6clenchant germinales, surtout les spermatocytes [120]. l'apoptose de quelques cellules germinales D'autre part, l'expression de DEFT augmente Fas + ; apr~s induction de l'apoptose par un traite- ment par des antagonistes du GnRH. Du fait - en cas d'atteinte des cellules de Sertoli, la de sa forte expression dans les cellules germi- capacit~ de soutien des cellules de Sertoli est nales males et de son augmentation apr~s diminu6e et les cellules germinales ne peu- induction de l'apoptose, DEFT semble impor- vent plus ~tre soutenues de fa~on ad6quate. tante dans la r~gulation de l'apoptose des cel- Les cellules de Sertoli dysfonctionnelles vont lules germinales males. alors surexprimer Fas Ligand pour faciliter l'~limination des cellules germinales Fas +. 3. LA FAMILLE BCL-2 I1 a ~t~ montr~ que la survie des cellules ger- La famille Bcl-2 joue un rSle crucial dans la

14 d6termination d'une spermatogonie ~ pour- tologique de leurs testicules montre, comme suivre la spermatogen~se ou ~ 6voluer vers dans le cas de la surexpression de Bcl-xl ou l'apoptose. Les prot6ines de cette famille sont Bcl-2, une accumulation de spermatogonies constitu6es de domaines (BH1 et BH2) permet- [105]. Donc, Bax semble 6galement jouer un tant la formation d'homo- ou d'h6t6rodim6res r61e important darts le contr61e de l'apoptose dont la proportion influence l'avenir de la cel- des cellules germinales. C'est probablement lule (apoptose ou non). Bcl-2 n'est pas expri- l'6quilibre entre l'expression et l'action de Bax m6e dans les spermatogonies [108, 169]. et de Bcl-xl qui contr61e l'apoptose des sperma- Cependant, la surexpression de Bcl-2 a des togonies. effets d616t6res sur la spermatogen6se et est responsable d'une accumulation importante de Le g~ne Diva spermatogonies [58, 169]. Chez la souris trans- Cette nouvelle mol6cule r6gulatrice a 6t6 g6nique qui surexprime Bcl2, l'apoptose ne se r6cemment identifi6e et caract6ris6e [89]. produit pas. L'analyse de sa s6quence a montr6 qu'il s'agis- En fait, certains membres de la famille Bcl-2 sait d'un membre de la famille Bcl-2 (pr6sence pourraient r6guler la phase mitotique de la de domaines homologues ~ Bcl-2 BH1, BH2, spermatogen6se bien que la prot6ine Bcl-2 ne BH3 et BH4 et d'un domaine carboxy-terminal semble pas elle-m~me impliqu6e. hydrophobe). Les transcrits sont d6tect6s dans plusieurs tissus embryonnaires, mais sont pr6- Le g~ne Bcl-x sents uniquement dans l'ovaire et le testicule Ce g~ne code probablement pour un des fac- chez la souris adulte [89]. Diva est une prot6i- teurs r6gulant la phase prolif6rative. Au moins ne pro-apoptotique. Le domaine BH3 qui assu- 2 variants de Bcl-x sont exprim6s dans le testi- re l'interaction des membres pro-apoptotiques cule : Bcl-xs et Bcl-xl. Alors que Bcl-xl inhibe de la famille Bcl-2 avec ses membres anti- les ph6nom6nes d'apoptose, Bcl-xs les stimule. apoptotiques est absente chez Diva, erupt- Par exemple chez la souris surexprimant Bcl- chant cette derni6re de se lier avec Bcl-2, Bcl- xl, on observe les m6mes ph6nom6nes que chez xl, Bcl-w, Mcl-1, A1/Bfl-1. Diva est capable la souris surexprimant Bcl-2 [169]. De plus, d'induire l'apoptose en l'absence de domaine des 6tudes immunohistochimiques ont montr6 BH3. De plus, Diva peut interagir avec Apaf-1, que Bcl-xl et/ou Bcl-xs 6taient fortement expri- mol6cule impliqu6e dans l'activation de la cas- m6s dans les spermatogonies humaines [18]. pase -9 et emp6cher la liaison de Bcl-xl avec Bcl-xl semble donc important dans la r6gula- Apaf-1 [89]. tion de la densit6 de cellules germinales. 4. LE GI~NE Le g~ne Bcl-w Chez les souris sauvages : le transcrit [182] Bcl-w est une prot6ine anti-apoptotique expri- et la prot6ine p53 sont pr6sents dans les sper- m6e dans les spermatides en voie d'allonge- matocytes chez la souris [5] comme chez le rat ment et les cellules de Sertoli. Elle n'est pas [188]. Aucune expression n'a 6t6 retrouv6e d6tect6e dans les spermatogonies [171]. dans les spermatogonies [5, 18, 182, 188]. Les souris d6ficientes en Bcl-w pr6sentent une Apr6s une irradiation de 4 grays, la prot6ine d6g6nerescence testiculaire et sont st6riles. p53 est d6tect6e de mani6re intense au niveau L'atteinte de la lign6e germinale est observ6e des spermatogonies, alors qu'elle est absente 19 jours apr6s la naissance et il existe un arr~t de ces m~mes cellules h l'6tat normal. Cette de la spermatogen6se au cours des derniers dose est normalement responsable d'une apop- stades de la spermiogen6se chez les adultes tose des spermatogonies diff6renci6es [18]. jeunes. L'augmentation de l'expression de p53 dans les Le g~ne Bax spermatogonies diff6renci6es semble corr616e au processus apoptotique. Ce membre de la famille Bcl-2 est un puissant activateur de l'apoptose. Les souris knock-out Chez les souris ddficientes en p53(p53-/-) : pour le g6ne Bax sont st6riles et l'analyse his- chez ces souris, l'apoptose spontan6e est plus

15 faible que chez les souris p53+/+ et il y a une squelette nucl6aire, formant un r6seau de augmentation du nombre de cellules germi- mailles sur la face nucl6oplasmique de la mem- nales t6traplo~des. I1 y a 6galement une aug- brane interne du noyau [61]. Ces prot6ines mentation des formes anormales chez les sou- jouent un role important dans le maintien de ris p53 -/- et celles-ci sont moins fertiles (moins l'int6grit6 de renveloppe nucl6aire et de la de naissances) [226]. Le testicule de ces souris structure nucl6aire. Dans les cellules soma- d6ficientes contient environ 50% de spermato- tiques, il existe 4 types majeurs de lamines : A, gonies A1 de plus que celui de la souris norma- B1, B2 et C. Des transcrits codant pour des le [18]. Ceci indique que p53 est impliqu6 dans lamines nucl6aires sp6cifiques des cellules ger- la r6gulation du cycle cellulaire des spermato- minales ont 6t6 retrouv6s au niveau des sper- gonies indiff6renci6es ou qu'il induit normale- matocytes au stade pachyt6ne. ment rapoptose dans certaines de ces cellules. Le transerit d'une lamine de type A, appe- Par contre, le nombre de spermatocytes pr6- l~e C2, a 6t6 mis en 6vidence dans les sperma- leptot6nes observ6 chez les souris d6ficientes tocytes pachyt6ne de souris adulte [59]. La en p53 est identique h celui des souris sau- s6quence nucl6otidique de cette lamine est vages [18]. Ceci indique que les m6canismes identique ~ celle de la lamine A ~ rexception de qui contr61ent la densit6 cellulaire, au niveau l'extr6mit6 N-terminale. Cela sugg6re que des spermatogonies diff6renci6es fonctionne I'ARNm codant pour la lamine C2 est produit normalement chez la souris d6ficiente en p53. par 6pissage diff6rentiel ~ partir du g6ne de la Des 6tudes effectu6es chez la souris p53 -/- ont lamine de type A durant la spermatogen6se montr6 qu'une voie d6pendante de p53 6tait res- [59]. ponsable de la phase initiale de l'apoptose des Le transerit et la prot~ine d'une lamine de cellules germinales induite par la chaleur [226]. type B sp6cifique du testicule, la lamine B3, Apr6s irradiation, les testicules de souris d6fi- ont 6t6 d6tect6s dans les spermatocytes pachy- cientes en p53 pr6sentent un nombre 61ev6 de t6ne de souris [60]. Le transcrit correspond spermatogonies souches g6antes [18] capables un transcrit alternatif du g6ne de la lamine B2 de dupliquer leur ADN mais incapables de se produit par 6pissage differentiel sp6cifique de diviser. Ces cellules entrent en apoptose de la m6iose et par polyad6nylation alternative. fa~on retard6e. En fait, p53 semble n6cessaire La s6quence N-terminale sp6cifique de la lami- l'61imination rapide par apoptose des sper- ne B3 pourrait jouer un r61e dans les modifica- matogonies indiff6renci6es endommag6es. tions et les mouvements nucl6aires observ6s au stade pachyt6ne. En ce qui concerne les spermatogonies diff6- renci6es, la perte de p53 a des effets plus pro- 2. LES HISTONES nonc6s. Les spermatogonies sont moins radio- Durant la spermatogen6se, les histones soma- sensibles chez la souris d6ficiente en p53 que tiques sont d'abord remplac6s par des variants chez la souris sauvage et un grand nombre de sp6cifiques du testicule. Les g6nes codant pour spermatogonies diff6renci6es survit et se diff6- 3 de ces variants sont exprim6s pendant la rencie en spermatocytes pachyt6nes [18] puis m6iose (TH2B, TH2A, Hlt). Un autre histone, en spermatides [75]. De plus, l'apoptose des H4t, est 6galement exprim6 dans les sperma- spermatogonies diff6renci6es est retard6e tocytes pachyt6ne [64, 214, 216]. apr6s irradiation des souris d6ficientes en p53. P53 semble donc jouer un r61e important dans Les variants testiculaires TH2A et TH2B l'61imination des spermatogonies diff6renci6es Chez le rat, les g6nes de ces variants ont la endommag6es. m6me organisation structurale que les g6nes somatiques correspondants. L'expression des 2. Meiose g6nes TH2B et TH2A est corr616e ~ une hypo- a) Les prot~ines structurales du noyau m6thylation de I'ADN : les sites CpG situ6s dans la r6gion promotrice de ces g6nes sont 1. LES LAMINES m6thyl6s dans les cellules somatiques mais Les lamines sont des prot6ines majeures du non m6thyl6s pendant la spermatogen6se [34,

16 35]. Les transcrits de ces 2 variants [87, 101] et substrat structural sur lequel se produisent les leurs prot~ines [135] ont ~t~ d~tect~s pendant crossing-over et les recombinaisons. la prophase m~iotique chez le rat. TH2A et La prot~ine SCP1 est un composant majeur TH2B participent a la formation du nucl~oso- des filaments transverses dans les spermato- me [33, 162]. Le remplacement de l'histone cytes de rat et de souris [179, 125]. Elle somatique H2B par TH2B permettrait la contient des motifs de liaison ~ I'ADN et des structure relach~e de la chromatine dans les sites cibles pour la phosphokinase CDC2 [137]. spermatocytes pachyt~nes, rendant possible le La trancription de SCP1 se produit du stade processus de recombinaison [163, 164]. zygot~ne au stade diplot~ne chez le rat [137]. L'histone Hlt La prot~ine COR1, cod~e par un g~ne expri- L'histone Hlt se lie ~ I'ADN de liaison des m~ seulement pendant la m~iose, a ~t~ d~tec- nucl~osomes, influence la structure de la chro- t~e aux stades leptot~ne et zygot~ne de la pro- matine et agit comme un r~presseur transcrip- phase m~iotique I. Elle est localis~e sur les tionnel [215]. Les transcrits du g~ne Hlt sont non appari~s avant le synapsis, presents dans les spermatocytes du milieu ~ la au niveau des domaines lat~raux du complexe fin du stade pachyt~nes chez le rat [65, 110, synapton~mal apr~s le synapsis, sur les chro- 135]. La prot~ine Hlt a ~t~ d~tect~e dans les mosomes aprSs la disjonction [43]. spermatocytes pachyt~ne et les spermatides La prot~ine SC65 a ~t~ localis6e sur la face rondes de souris [45] et localis~e au niveau des interne de l'~l~ment lateral du complexe chromosomes apr~s le synapsis et l'assemblage synaptonSmal [30]. Deux transcrits de 2 kb et des complexes synapton~maux [139]. En com- 2,4 kb ont ~t5 d~tect~s dans le testicule, le cer- paraison des autres histones H1, Hlt poss~de veau, le rein et le foie. moins de motifs de liaison a I'ADN et assure La prot~ine XMR est une prot~ine associ~e une plus faible condensation de la chromatine la paire de chromosomes XY condenses dans les [100]. Hlt aurait donc un r61e dans la structu- spermatocytes pachyt~ne. Le g~ne Xmr appar- re de la chromatine des cellules germinales du tient ~ la famille des g~nes Xlr (X- stade pachyt~ne tardif des spermatocytes jus- linked, lymphocyte regulated) [27]. Le transcrit qu'au d~but de la condensation chromatinien- a ~t5 mis en ~vidence par Northern-blot dans le ne dans les spermatides. testicule de souris. La prot~ine apparait dans La protdine NASP (Nuclear Autoantigenic les spermatocytes pr~leptot~nes, augmente Sperm Protein) dans les spermatocytes pachyt~nes puis dimi- Cette prot6ine nucl6aire sp6cifique des cellules nue dans les spermatocytes diplot~nes et n'est germinales correspondrait ~ une prot~ine de plus d~tect~e en m~taphase I. La prot~ine est liaison aux histones. La prot~ine NASP a ~t~ initialement pr~sente dans le noyau puis se raise en ~vidence dans le noyau des spermato- localise dans la v~sicule sexuelle au stade zygo- t~ne, avec une concentration maximale darts cytes leptot~ne et zygot~ne, dans le cytoplasme l'axe des chromosomes X et Y [27]. des spermatocytes pachyt~ne et dans le noyau des spermatides [210]. La prot~ine NASP pour- La prot~ine du syndrome de Bloom (BLM) : rait ~tre impliqu~e dans la transition des his- le g~ne codant pour cette prot6ine pr6sente une tones qui survient pendant le remodelage chro- homologie avec la famille des h~licases RecQ. matinien m~iotique et postm~iotique. Le syndrome de Bloom provient d'une muta- tion du g~ne BLM ; les hommes sont st~riles. 3. PROTI~INES DU COMPLEXE SYNAPTONI~MAL Dans les spermatocytes de souris, la prot~ine L'appariement des chromosomes pendant la appara~t sous forme de foyers discrets le long prophase I se produit parall~lement ~ l'assem- des complexes synapton~maux des bivalents blage du complexe synapton~mal. Les 2 ~l~- autosomaux au stade zygot~ne tardif de la pro- ments longitudinaux du complexe synapton~- phase m~iotique [205]. Ensuite, ces foyers se mal sont connect~s par des filaments trans- d~solidarisent de l'axe autosomal pendant le verses. Le complexe synapton~mal constitue le stade pachyt~ne pr~coce et ne sont plus mis en

17 ~vidence au milieu du stade pachyt~ne [205]. fiques. Plusieurs zones de liaison r~gulent l'ini- La prot~ine BLM est localis~e aux mSmes tiation de la transcription et la suppression endroits que la prot~ine A de liaison ~ I'ADN d'une de ces activit~s de liaison dans des exp,- simple brin, prot~ine impliqu~e dans le synap- riences de transgen~se diminue mais n'abolit sis au cours de la m~iose. Cependant, l'appari- pas l'expression du transg~ne [232]. Ceci tion de la prot~ine BLM le long des complexes implique que de multiples prot~ines activa- synapton~maux est diff~r~e par rapport ~ celle trices interagissent de fa~on combin~e pour de la prot~ine A, sugg~rant que BLM est n~ces- favoriser la transcription sp~cifique du g~ne saire ~ un stade tardif de la transformation Pgk2 dans le testicule d'une partie de I'ADN g~nomique pour l'~ta- Le transcrit de Pgk2 appara~t d~s le d~but de blissement des interactions entre chromo- la m~iose et son expression augmente dans les somes homologues durant la prophase m~io- spermatocytes aux stades tardifs et dans les tique. Au stade pachyt~ne tardif et au stade spermatides rondes. Au contraire, l'expression diplot~ne, BLM est plus dispers~ dans le de Pgkl diminue au niveau des spermatocytes nucl~oplasme, sugg~rant une possible implica- pachyt~nes [63, 111, 127, 187]. La conservation tion de BLM dans les ~v~nements pr~parant d'un duplicat du g~ne Pgk exprim~ unique- la disjonction des chromosomes homologues au ment dans les cellules germinales m~iotiques cours de l'anaphase I et post-m~iotiques est avantageuse car elle b) Les enzymes du mdtabolisme dnerg~tique fournit une source de PGK compensant la repression de l'expression de Pgkl li6e ~ l'inac- La production d'~nergie est un processus hau- tivation du chromosome X au cours de la sper- tement conserv~ n~cessitant la transformation matogen~se [127, 129]. du glucose en pyruvate par les enzymes de la voie de la glycolyse. I1 existe dans le testicule 2. HEXOKINASE [HK] des isoformes sp~cifiques de certaines de ces 3 transcrits diff~rents de l'hexokinase sont pre- enzymes (caract~ristiques fonctionnelles ou sents dans le testicule de souris (Hklsa, Hklsb ~lectrophor~tiques) [47]. On ignore encore pour et Hklsc) [142]. Chez l'homme comme chez la la plupart de ces isoformes, si elles r~sultent souris, le transcrit de Hklsa est pr6sent pen- d'une expression g~nique sp~cifique des cel- dant la m~iose alors que celui de Hklsb est lules germinales ou de modifications post-tra- exprim~ apr~s la m~iose [142]. Hklsa, Hklsb ductionnelles. et Hklsc r~sultent d'un 6pissage alternatif du 1. PHOSPHOGLYCERATEKINASE g~ne Hkl. La PGK est cod~e par 2 g~nes, Pgkl et Pgk2. 3. PHOSPHOGLYCERATE MUTASE (PGAM) Pgkl est localis~ sur le chromosome X et est La PGAM est exprim6e de mani~re diff6ren- exprim~ dans toutes les cellules somatiques, tielle au cours de la m6iose. L'isoforme PGAM- l'ovocyte et les cellules germinales pr~m~io- B, sp6cifique du muscle, a 6t~ d6tect6e dans les tiques [127, 198]. Le g~ne Pgk2 est autoso- spermatocytes pachyt~nes et les spermatides, mique. I1 code pour une isoenzyme sp~cifique mais pas aux stades pr6coces de la spermato- du testicule et est exprim~ sp~cifiquement gen~se chez la souris [57]. Le g~ne Pgam2 qui dans les cellules germinales m~iotiques et code pour PGAM-B commence h 8tre exprim~ post-m~iotiques [109, 127, 199]. Le g~ne Pgk2 lors de l'entr6e des cellules germinales en r~sulterait d'un processus de duplication du m~iose chez le rat [25] sans diminution paral- g~ne Pgkl par r~troposition survenu t6t dans l~le de l'expression des transcrits du g~ne l'~volution des mammif'eres [128, 129]. Le g~ne constitutif Pgaml. Pgk2 subit une r6gulation de type transcrip- 4. LACTATEDESHYDROGI~NASE (LDH) tionnel: tandis que certaines s~quences de la rfigion promotrice lient des facteurs de trans- La LDH permet de convertir le lactate en pyru- cription ubiquitaires, d'autres s6quences vate, qui est utilis~ dans le cycle de l'acide situ6es 40 pb en amont de l'enhancer (El/E4) citrique. Un des membres de la famille des lient des facteurs de transcription tissu-sp~ci- g~nes de la LDH, Ldh3, codant pour la LDH C,

18 est exprim5 exclusivement dans les cellules pression dans les spermatides rondes [140]. Ce germinales. Le transcrit et la prot~ine de Ldh3 transcrit r~sulte de l'utilisation d'un site alter- apparaissent au niveau des spermatocytes pr~- natif d'initiation de la transcription situ~ en leptot~nes, sont presents aux stades |eptot~ne amont de celui destin~ aux ARNm plus courts et zygot~ne. Le taux d'ARNm et le niveau d'ac- du cytochrome cs [72]. Les 2 cytochromes sont tivit~ enzymatique de la LDH C sont les plus donc presents en d~but de meiose. ~lev~s dans les spermatides rondes [1, 122, 194]. L'activit~ de la LDH A et de la LDH B est c) Prot~ines de r~paration de I'ADN et de ~galement pr~sente pendant et apr~s la m~io- la recombinaison m~iotique se. L'activit~ de ces deux enzymes diminue au Les prot~ines de r~paration de I'ADN partici- cours de la m~iose alors que ce|le de la LDH C pent aussi aux ph~nom~nes de recombinaison augmente [122]. meiotique et sont localis~es au niveau des com- 5. PYRUVATE DESHYDROGI~]NASE (PDH) plexes synapton~maux. La plupart des g~nes codant pour ces prot~ines sont exprim~s de Cette enzyme permet la conversion du pyruva- faqon ubiquitaire, mais certains subissent une te en ac~tyl-CoA dans la matrice mitochon- regulation particuli~re dans le testicule. driale, ~tape essentielle de l'oxydation aSrobie L'augmentation du taux de transcrits et de du glucose. La PDH comprend 5 sous-unit~s. proteines de ces g~nes dans les spermatocytes La sous-unit~ Eal contient un site de liaison suggere un rSle important dans le d~roulement un cofacteur et un site de phosphorylation. Ces de la m~iose. sites permettent de rSguler l'activit~ de la PDH. Un g~ne de la sous-unite Eal sp~cifique Le g~ne Rad51 : Ce g~ne est l'homologue du testicule, Pdha2, a 6t5 clon~ chez l'homme murin du g5ne RecA present chez E. coli et qui et la souris. Le transcrit de Pdha2 a 5t~ retrou- joue un r51e essentiel dans rappariement et v5 au niveau des spermatocytes leptotSne et l'~change entre brins, la recombinaison et la zygot~ne. La prot~ine est prSsente en quantite r~paration d'ADN. Le g~ne est transcrit de importante dans les spermatocytes pachy- fa~on importante dans le testicule [185, 143]. t~nes. Le gSne Pdhal est localis~ sur le chro- L'ARNm a ~t~ d~tect~ au niveau des spermato- mosome X, qui subit une condensation dans les gonies et des spermatocytes pachyt~nes [143] spermatocytes, responsable d'une inactivation et la proteine a ~t~ retrouv~e en quantit~ de la plupart des g~nes li6s a I'X [74]. Le g~ne importante dans les complexes synapton~- Pdha2 est situe sur un autosome et se substi- maux des spermatocytes pachyt~nes [70]. rue au g~ne Pdhal lorsque celui-ci est inactiv~ L'enzyme de conjugaison a l'ubiquitine au cours de la spermatogenese ]38]. Ubc9 : Le g~ne est exprim~ de mani~re ubiqui- 6. CYTOCHROME C taire, mais/~ des taux 51ev~s dans le testicule et le thymus. La prot~ine est pr~sente avec Le cytochrome c assure le transport des ~lec- celle du g~ne Rad51 au niveau du complexe trons dans l'espace mitochondrial intra-mem- synapton~mal dans les spermatocytes pachy- branaire. Le cytochrome ct est exprim~ exclu- tSnes chez |a souris et pourrait donc jouer un sivement dans les cellules germinales [202], rSle r~gulateur au cours de la m~iose [107]. contrairemcnt au cytochrome cs qui est expri- m~ darts les cellules somatiques. Uexpression Le gi~ne Din1 est l'homologue chez les mam- des 2 cytochromes c est r~gulSe au cours de la mif'eres du g~ne de la levure ,, disrupted meio- spermatogenese. La transcription du cytochro- tic cDNA, qui intervient sp~cifiquement au me Ct d~bute au stade spermatocyte zygot~ne cours de la recombinaison m~iotique [20]. Le pour atteindre un maximum dans les sperma- transcrit est present dans le testicule de souris tides rondes tandis que la protSine est expri- adu|te ainsi que dans l'ovaire foetal et est par- m~e de mani~re exponentielle du stade zygote- ticulierement abondant dans les spermato- ne au stade pachytene ]86, 140]. Un transcrit cytes. I1 y aurait 2 transcrits testiculaires pro- particulier du cytochrome cs appara~t en pro- duits par epissage alternatif [71]. phase ! et atteint son niveau maximum d'ex- L'ADN ligase Illjoue un rSle dans la r~para-

19 tion des brins d'ADN, la recombinaison mdio- et la rdparation des brins d'ADN interrompus tique et l'dchange entre chromatides sceurs. durant la recombinaison mdiotique [99] ; Son ARNm est retrouvd en quantit~ 10 fois - La poly (ADP) ribose polymerase (PARP) plus importante dans le testicule que dans les est une protdine associde ~ la chromatine qui autres tissus chez la souris, et les spermato- catalyse la fixation de I'ADP ribose ~ des pro- cytes pachytbnes en expriment le plus [31]. tdines nucldaires. Uactivitd de cette enzyme Pour ~tre active I'ADN ligase III doit se com- augmente consdcutivement ~ des l~sions de plexer ~ la protdine de rdparation de I'ADN I'ADN, suggdrant un r61e dans la rdparation de XRCC1. Les transcrits de xrccl sont faible- I'ADN [6, 40]. C'est aussi un composant du ment exprimds dans les spermatocytes lepto- complexe de rdplication de I'ADN [186] et son tbnes et zygotbnes alors qu'ils le sont forte- clivage par les caspases constitue une dtape cld ment dans les spermatocytes pachyt~ne et les dans l'apoptose [149]. Des taux dlevds d'ARNm spermatides rondes chez la souris [206]. ont dtd retrouvds dans le testicule [136, 152] L'APEX nucl$ase (apurinic/apyrimidic endo- avec une expression maximum dans les sper- nucldase) est une autre enzyme de rdparation matocytes pachytbnes tandis que les taux sont de I'ADN. Son ARNm est exprimd ~ des taux rdduits dans la spermatide [2]. La protdine est dlevds dans le testicule et augmente particulib- dgalement localisde dans les spermatocytes rement lors de la premibre vague de spermato- pachyt~nes en quantitd importante [36]. genbse chez le jeune rat au moment off les Cependant, son absence ne provoque pas d'in- spermatocytes pachytbnes apparaissent et fertilitd chez la souris [207] ; augmentent en nombre. L'expression du trans- L'ADNpolymerase fl : le transcrit est prdsent crit de I'APEX nucldase augmente donc pen- en quantitd importante dans le testicule de rat dant la mdiose, suggdrant un r61e de cette et de souris [150]. L'expression est faible dans enzyme dans ce processus. les spermatocytes leptotbnes et zygotbnes, aug- mente dans les spermatocytes pachytbnes et Le gSne Pms2 : L'absence de g~ne Pros2 pro- voque une infertilitd chez la souris mille mais les spermatides rondes de souris [2]. I1 existe pas chez la femelle [12]. Les spermatocytes une forte activitd de cette enzyme dans les cel- contiennent des vacuoles et il y a peu de sper- lules mdiotiques et post-mdiotiques testicu- laires [66, 77, 78]. matides. Le synapsis et l'organisation du com- plexe synaptondmal sont perturbds. LINE-1 : correspond ~ de I'ADN r~p~titif. L'ARNm de LINE-1 est prdsent en grande Le g~ne Mlhl : l'absence de ce gbne est res- quantitd dans les spermatocytes leptot~nes et ponsable d'une stdrilitd chez les souris mille et zygotbnes chez la souris [22]. LINE-1 partici- femelle. Le male ne produit pas de spermato- perait ~ la rdparation d'ADN [203] et pourrait zo~des [13, 49]. I1 existe un nombre dlevd de aussi participer ~ la gdndration des rdtropo- chromosomes sdpards prdmaturdment et la sons tels que Pgk2 ou Pdha2 pendant la mdio- spermatogenbse est arr~tde au stade pachytb- se. ne tardif ou en mdtaphase. Les g~nes ATM : La protdine ATM est locali- d) G~nes du cycle cellulaire s~e le long des chromosomes en synapsis. La 1. LES G]~NES SUPPRESSEURS DE TUMEUR mutation du gbne ATM chez la souris entra~ne une infertilitd dans les 2 sexes, avec un arr~t Quelques gbnes suppresseurs de tumeur sont de la mdiose au stade zygotbne/pachytbne [14, impliquds dans le cycle cellulaire et sont forte- 53, 222]. L'ARNm et la protdine du gbne Atr ment exprimds pendant la phase mdiotique de (ataxia-telangiectasia-and rad3-related) sont la spermatogenbse. retrouvds aux taux les plus dlevds dans les p53 : p53 est exprimd de manibre importante spermatocytes au stade pachytbne et la protdi- dans le testicule et la transcription se produit ne est localisde le long des axes des chromo- surtout dans les spermatocytes pachytbnes. somes non apparids [99]. Ces protdines Chez la souris knock-out pour le gbne p53, cer- auraient un r61e direct dans la reconnaissance tains spermatocytes n'ach~vent pas leur mdio-

20 se et forment des cellules g6antes multinu- testicule de souris, plus particuli6rement au c166es ; n6anmoins ces souris sont fertiles niveau des spermatocytes pachyt6nes tardifs. [173]. I1 n'est pas retrouv6 aux stades post-m6io- tiques. Le ghne Rbl : ce g6ne est fortement exprim6 dans le testicule, avec l'apparition d'un court Les transcrits de la phosphatase CDC25 sont transcrit en fin de m6iose [16]. pr6sents en grande quantit6 dans le testicule. Le g~ne Brcal : ce g6ne est 6galement expri- Un transcrit de 1,9 kb, r6sultant probablement d'un 6pissage sp6cifique dans le testicule, est m6 de fa~on importante dans les spermato- cytes pachyt6nes et les spermatides rondes fortement exprim6 au niveau des spermato- [229]. La prot6ine est associ6e aux complexes cytes pachyt6nes et diplot6nes et persiste dans synapton6maux en d6veloppement, sur les 616- les spermatides rondes [219] ments axiaux des chromosomes m6iotiques Le g6ne Mak (male -associated avant le synapsis [183]. kinase) est un membre de la famille CDC2 et 2. COMPLEXE CYCLINE ET CDC2 ou MPF est exprim6 dans les spermatocytes pachy- (MATURATION PROMOTING FACTOR) t6nes tardifs [106]. Un autre transcrit est pr6- sent dans les spermatides [208]. L'entr6e en phase M est d6clench6e par l'acti- vation d'une prot6ine kinase appel6e MPF. 3. PROTI~INE HSP70 Celle-ci est constitu6e de 2 sous-unit6s : HSP70-2 1) une sous-unit6 catalytique (cdk) : CDC2 ou Les membres de la famille des proteines de choc p34cdc2 ; thermique sont des mol6cules chaperones inter- 2) une sous-unit6 r6gulatrice : la cycline. I1 venant dans le repliement, le transport et l'as- existe 8 cyclines diff6rentes et 6 kinases d6pen- semblage d'autres prot6ines. L'une de ces pro- dantes des cyclines. Cette entr6e en phase M t6ines, HSP70-2, est sp6cifiquement exprim6e comprend deux 6tapes : pendant la prophase de la premi6re division m6iotique des cellules germinales m~les. La 1) l'activation des cdk (kinases d6pendantes transcription de HSP70-2 d6marre aux stades des cyclines) par fixation de cyclines sp6ci- leptot6ne et zygot6ne de la prophase I pour fiques et phosphorylation au niveau d'un r6si- atteindre un niveau 61ev6 dans les spermato- du thr6onine (thr 161) par une autre prot6ine cytes I de stade pachyt6ne [41, 170, 230]. La kinase (en revanche la phosphorylation des prot6ine est retrouv6e au niveau des spermato- r6sidus Thr14 et Tyr 15 inhibe l'activit6 de la cytes pachyt6nes en association avec les 616- cdk). La prot6ine CDC25 est une phosphatase ments lat6raux du complexe synapton6mal [4]. qui permet d'activer la cdk par 61imination des 2 groupements phosphates inhibiteurs pr6- Les souris m~les homozygotes pour la muta- sents sur les r6sidus Thr14 et Tyr15. 2) la tion HSP70-2 -/- sont st6riles avec un arr~t de phosphorylation de prot6ines sp6cifiques par la d6veloppement des spermatocytes au stade cdk. pachyt6ne. Ces derniers entrent en apoptose au moment de la transition G2/M pendant la Le transcrit et la prot6ine de la cycline B1 premi6re division m6iotique [42]. Ceci sugg6re sont retrouv6s en quantit6 61ev6e dans les que HSP70-2 est une mol6cule chaperone des spermatocytes pachyt6nes et les spermatides, CDK intervenant dans cette phase du cycle cel- alors que l'activit6 CDC2 kinase d6pendante lulaire. I1 a 6t6 montr6 que HSP70-2 interagis- de la cycline B1 est pr6sente dans les sperma- sait avec CDC2 et constituait une mol6cule tocytes pachyt~nes mais pas dans les sperma- chaperonne pour CDC2 indispensable ~ la for- tides [29]. mation du complexe CDC2/cycline B1 [234]. Les transcrits de la cycline B2 sont d6tect6s A l'6tat normal, l'activit6 CDC2 kinase est sur- des niveaux 61ev6s dans les spermatocytes tout pr6sente dans les spermatocytes pachy- pachyt6nes et diplot6nes [28]. t6nes [29]. Aussi, la dissociation du complexe L'ARNm de la cycline A1 est pr6sent dans le CDC2/cycline B1 et l'absence d'activit6 CDC2

21 kinase observ6e chez la souris HSP70-2 -/- 3. Spermiogenese pourrait expliquer l'arr~t de la spermatogen6- La spermiogen6se est caract6ris6e par un se au cours de la phase m6iotique. remodelage majeur de la structure chromati- HSP70-2 est d6tect6 dans les spermatocytes du nienne qui ,de diffuse dans le noyau de la sper- stade zygot6ne au stade diplot6ne au niveau matide ronde, devient tr6s condens6e dans des complexes synapton6maux sugg6rant un celui de la spermatide allong6e et du sperma- r6le dans la formation des complexes synapto- tozoide. Ces modifications refl6tent la transfor- n6maux et la r6paration d'ADN. mation d'un noyau actif sur le plan transcrip- HSC70t tionnel en noyau spermatique quiescent et n6cessitent une expression s6quentielle contr6- Le g6ne Hsc70t est un membre de la famille 16e des prot6ines basiques de liaison ~ I'ADN : des g6nes de la famille Hsp70. Chez la souris, dans les spermatides rondes, les prot6ines his- ce g6ne est exprim6 constitutivement apr6s la tones et non histones sont remplac6es par les m6iose au cours de la spermatogen6se. Le prot6ines de transition (TP), qui ~ leur tour transcrit apparait au stade 7 et disparait au sont remplac6es par les protamines (P) dans stade 15 de la spermiogen6se [197]. La prot6i- les spermatides en voie d'allongement. Les pro- ne est d6tect6e ~ partir des spermatides de tamines constituent les principales prot6ines stade 9 jusqu'a l'6tape finale de la spermatoge- nucl6aires basiques du spermatozoide mature. n6se chez la souris [197]. Le g6ne de Hsc70t est transcrit apr6s la m6iose, mais la traduction Chez les mammifferes, les g6nes des prot6ines est retard6e. I1 existe donc une r6gulation tra- de transition et des protamines sont transcrits ductionnelle de cette prot6ine. dans les spermatides rondes et en 61ongation. Syst6me c-kit/SCF Les ARNm sont alors stock6s sous forme de L'interaction de c-kit avec son ligand SCF ribonucl6oprot6ines pendant quelques jours, serait essentielle pour la m6iose. Les travaux off leur traduction est r6prim6e. Ils sont ensui- de Vincent et al. [201] confortent cette hypo- te traduits dans les spermatides en voie d'al- th6se. Ainsi, chez la souris, aux stades VII-VIII longement et dans les spermatides allong6es du cycle de l'6pith61ium s6minif'ere, c'est ~ dire [37, 48, 80, 81, 82, 83, 104, 141]. Cependant au moment off les spermatocytes entrent en des ARNm de TP1 et de P1 et P2 ont 6t6 m6iose, la forme transmembranaire de SCF a retrouv6s dans les spermatozoides 6pididy- 6t6 d6tect6e de la partie basale ~ la partie adlu- maires et 6jacul6s et pourraient correspondre minale des cellules de Sertoli sur certaines sec- des ARNm r6siduels stock6s n'ayant pas 6t6 tions de tube s6minif'ere. Le r6cepteur c-kit a traduits. 6t6 retrouv6 ~ la surface des spermatocytes I1 existe donc une expression s6quentielle des pachyt6ne. Dans un syst6me de coculture met- nucl6oprot6ines durant la spermiogen6se. tant en pr6sence la lign6e de cellules de Sertoli Celle-ci a 6t6 mise en 6vidence chez l'homme diff6renci6es 15P-1 et une suspension cellulai- notamment (Figure 1): re enrichie en spermatocytes pachyt6nes, l'ad- dition d'un anticorps monoclonal bloquant diri- TP1 : les ARNm de TP1 sont pr6sents du stade g6 contre c-kit (ACK2) provoque l'absence d'ap- 2 au stade 4 des spermatides alors que la pro- parition des cellules haploides. L'addition de la t6ine n'est synth6tis6e qu'aux stades 3 et 4 forme soluble de SCF ~ la coculture emp~che [190,220,221]. Le transcrit est exprim6 faible- 6galement l'ach6vement du processus m6io- ment dans les spermatides de stade 4 ; ~ l'in- tique, sugg6rant l'importance de l'interaction verse la prot6ine est pr6sente ~ un taux maxi- entre c-kit et la forme transmembranaire de real ~ ce stade [190]. Ces observations sugg6- SCF, d6plac6e ici par la forme soluble. rent l'existence d'une r6gulation ~ la fois trans- criptionnelle et traductionnelle de l'expression I1 semble donc, qu'en plus de son r61e r6gula- de TP1 (voir infra). teur dans la phase prolif6rative, le syst6me c- kit/ligand contribue de mani6re importante TP2 : cette prot6ine de transition est d6tect6e l'interaction des spermatocytes avec les cel- dans les spermatides de stade 1 ~ 5. Le g6ne lules de Sertoli. est exprim6 tr6s faiblement [190, 220, 221].

22 Spermatide rondes en ~longation allong~es stades 1 2 3 4 5 6 7 TP1 ARNm Prot~ine TP2 Prot6ine P1 ARNm Prot~ine P2 ARNm Prot6ine

Figure 1 : expression sequentielle des nucl6oprot6ines au cours de la spermatogen~se humaine. Ceci pourrait ~tre secondaire/~ une instabilit5 t~iques agissant en trans joue un rSle predo- avec d~gradation rapide des ARNm de TP2. minant dans la r~gulation de la transcription des genes dans les cellules eukaryotes. P1 et P2 : Les ARNm sont exprim~s au niveau des spermatides de stade 1 /~ 4 tandis que la Certains facteurs de transcription sont expri- prot~ine appara~t de faqon retard~e aux stades m~s sp~cifiquement au cours de la spermato- 4/~ 8 des spermatides [118, 121, 159, 174, 175, gen~se et appartiennent/~ diff~rentes familles 177, 220, 221]. incluant les proto-oncog~nes, la superfamille des r~cepteurs nucl~aires, les familles GATA, La protamine 1 est synth~tis~e sous forme bZIP et des g~nes ~ domaine hom~obox. A ces mature alors que la protamine 2 est synth~ti- facteurs s'ajoutent la prot~ine p53 et la TATA- s~e sous forme de pr~curseur [44, 223]. binding protein (TBP) [119]. Les proto-oncog~nes : Les membres apparte- II. REGULATION DES GENES nant/t la sous-classe des prot~ines nucl~aires DE LA SPERMATOGENESE peuvent agir comme facteurs de transcription. C-Fos, c-Jun, c-, A-Myb, B-Myb sont expri- Les ph5nomSnes de division et de diff~rencia- m~s par les cellules germinales. Fos et Jun tion caract~risant la spermatogen~se sont peuvent former des homo- ou des h~t~ro- r~gis par une r~gulation transcriptionnelle dim~res. et/ou traductionnelle complexe des g~nes exprim~s au cours de ce processus. La famille Myc est form~e de 3 prot~ines c- Myc, N-Myc et L-Myc [85]. La famille Myb est 1. R~gulation transcriptionnelle compos~e de 3 membres, A-Myb, B-Myb et C- Elle est essentiellement assurde par des fac- Myb. Ces prot~ines comportent un domaine teurs de transcription qui peuvent ~tre sp~ci- hautement conserv~ de liaison/~ I'ADN et des fiques de la lign~e germinale ou gdndraux, domaines moins conserves de transactivation mais exprimes de mani~re diff~rentielle dans et de r~gulation n~gative [95]. Chez la souris, les cellules germinales. D'autres dldments seuls A-Myb et B-Myb sont exprim~s dans le interviennent dans la r~gulation transcription- testicule [116]. nelle des g~nes exprimds durant la spermato- La famille GATA gen~se : la structure chromatinienne, l'ac6tyla- tion des histones, la dissociation des g~nes Les membres de la famille GATA contiennent avec la matrice nucl~aire et l'5tat de m~thyla- un ou deux motifs conserves en doigt de gant se tion de I'ADN. liant a I'ADN. GATA-1 et GATA-4 sont expri- m~s dans le testicule murin [10, 90]. GATA- 1 a) Promoteurs et facteurs de transcription est exprim~ dans les cellules de Sertoli, aux L'interaction entre des ~l~ments de r~gulation stades VII-IX du cycle de l'~pith~lium s~mini- de I'ADN agissant en cis et des facteurs pro- f'ere de souris [90, 227].

23 La TATA-binding protein (TBP) est n6ces- former des h6t6rodim6res avec les RARs et un saire ~ l'action des polym6rases pour le d6mar- certain nombre d'autres membres de la famille rage de la transcription des g6nes. Chez les des r6cepteurs des hormones st6roides [132]. rongeurs, la TBP est r6gul6e pendant la sper- Ils peuvent aussi former des homodim6res qui matogen6se [157]. se lient ~ des 616ments de r6ponse autres que les h6t6rodim6res [231] La famille bZIP - Les rdcepteurs nucldaires orphelins dont le Les membres de cette famille exprim6s dans le facteur nucl6aire des cellules germinales testicule incluent la prot6ine de liaison ~ l'616- [GCNF] qui est exprim6 durant la spermioge- ment de r6ponse ~ I'AMPc CRE (CREB), la pro- n6se [88]. t6ine modulatrice de CRE (CREM) et leurs iso- formes [114, 204]. Ces prot6ines poss6dent un Les prot~ines ~t hom~obox domaine basique de liaison ~ I'ADN. Dans le Ces facteurs de transcription contiennent un testicule, CREB et CREM interviennent dans domaine hautement conserv6 de liaison l'activation FSH-d6pendante de I'AMPc ~ de I'ADN, le motif hom6obox. Les g6nes ~ domai- multiples niveaux. ne hom6obox sont group6s tels Hox ou disper- La superfamille des rdcepteurs nucl~aires s6s sur le g6nome (Spx-1, Esx-1, PEM, Sry et Sox). Ces 2 types de g6nes sont exprim6s au Cette famille comprend les facteurs activ6s par niveau des cellules germinales ou somatiques les hormones lipophiles, incluant les st6roides, testiculaires et sont impliqu6s dans le proces- les r6tinoides, les hormones thyroYdiennes et la sus spermatog6n6tique [23, 181, 123, 124, vitamine D, ainsi que les facteurs dont le 217]. Cette famille comprend aussi les g6nes ligand n'a pas 6t6 identifi6 (r6cepteurs orphe- domaine POU (Pit, Oct et Unc) qui correspond lins) [130] Sur le plan structural, ils sont for- un domaine de liaison ~ I'ADN de 150 ~ 160 m6s d'une r6gion N-terminale, sp6cifique de acides amin6s. Le r61e des g6nes hom6obox chaque r6cepteur, d'un domaine conserv6 de dans la spermatogen6se n'est pas connu. liaison ~ I'ADN et d'un domaine de liaison au ligand. 2 r6cepteurs sont d'un int6r6t particu- Le g~ne p53 est un g6ne suppresseur de lier au niveau du testicule : tumeur qui peut 6galement agir comme facteur de transcription - Les rdcepteurs des rdtino~des : La vitamine A est indispensable au bon d6rou- b) Expression et r61e des facteurs de trans- lement de la spermatogen6se et son action s'ef- cription au cours de la spermatogen~se fectue par l'interm6diaire des r6cepteurs de Phase mitotique l'acide r6tinoique (RARs) et des r6cepteurs des r6tinoides X (RXRs). Ces r6cepteurs appartien- Certains g6nes ~ domaine hom6obox sont nent ~ la superfamille des r6cepteurs exprim6s sp6cifiquement dans le testicule au nucl6aires et sont capables de se lier ~ leurs cours de cette phase. I1 s'agit des g6nes Spxl et ligands ainsi qu'~ I'ADN. Chaque classe est for- Esxl qui sont exprim6s dans les spermatogo- m6e de 3 g6nes : RARr 9, ~' et RXRa, 6, ~/, dont nies. Ces g6nes sont 6galement exprim6s par la transcription conduit ~ la formation de plu- les spermatocytes pr61eptot6nes et les sperma- sieurs isoformes du fait de l'utilisation de pro- tides rondes [23, 123]. Ces g6nes li6s ~ I'X sont moteurs alternatifs et d'un 6pissage alternatif inactiv6s pendant la prophase m6iotique du [24, 97]. L'acide trans-r6tinoique (ATRA) et fait de la formation de la v6sicule sexuelle. l'acide 9-cis-retinoique (9-cis RA) peuvent se Leur transcription pourrait ~tre r6activ6e lier aux RARs, mais seul le 9-cis RA est apr6s la m6iose [111]. La prot6ine d'un g6ne capable de se lier aux RXRs [131]. I1 peut se domaine POU, Oct 4 est 6galement retrouv6e dans les spermatogonies A [158]. former des r6cepteurs homodim6res ou h6t6ro- dim6res. Ces dim6res peuvent se lier ~ diff4- Les proto-oncog~nes c-fos, c-jun et c-myc sont rents 616ments de r6ponse dans les promoteurs exprim6s dans les cellules germinales. C-fos de certains g6nes et agir comme des facteurs est uniquement exprim6 par les spermatogo- de transcription [97, 132]. Les RXRs peuvent nies B tandis que c-jun et c-myc le sont au

24 niveau des spermatogonies Bet des spermato- tor/cAMP response element binding protein). cytes pr~leptot~nes [216]. Ces g~nes pour- La r~gulation de la spermatogen~se est assu- raient avoir un r61e important pour l'entr~e en r~e en partie par les hormones gonadotropes m~iose. L'absence de g~ne c-fos chez la souris hypophysaires qui agissent en activant la voie entra~ne une spermatogen~se anormale [92]. de signalisation d~pendante de I'AMPc [67, Le transcrit B- est fortement exprim~ 184]. U~tape fnale consiste en une activation dans les spermatogonies, les spermatocytes de 2 facteurs de transcription nucl~aires : pr~coces [116]. Son expression diminue quand CREB et CREM qui se lient aux ~l~ments de les spermatocytes tardis apparaissent [116]. r~ponse fi I'AMPc (CRE). Quelques g~nes cibles A-myb est exprim~ de fa~on moins importante de CREM ont ~t~ identifi~s, comme les g~nes que B-myb dans les spermatogonies [116]. de TP1, TP2, P1, P2, de l'ac~tylcholine est~ra- Phase m~iotique se et de la calspermine [39, 102, 192, 233]. CREB et CREM en se fixant sur les CRE de ces Les proto-oncog~nes A-myb et B-myb sont g~nes, modulent l'expression de ces derniers exprim~s dans les cellules germinales mito- qui en retour permettent l'ach~vement de la tiques et m~iotiques selon un profil different. spermatogen~se. Tandis que le transcrit de A-myb est faible- ment exprim~ dans les spermatogonies et l'est Deux types d'isoformes sont produites ~ partir fortement dans les spermatocytes I, un profil des g~nes de CREM et de CREB : des isoformes d'expression inverse est observ~ pour B-myb activatrices et des isoformes inhibitrices de (forte expression dans les spermatogonies et l'expression g~nique. Ces diff~rentes isoformes faible expression dans les spermatocytes I tar- sont produites par ~pissage alternatif, utilisa- difs) [116]. Ces donn~es sugg~rent un r61e dif- tion d'un promoteur different ou autor~gula- f~rent pour ces 2 proto-oncog~nes : B-myb tion des promoteurs (r~gulation par l'isoforme serait plut6t impliqu~ dans la phase prolif~ra- de son propre promoteur)[115, 204]. tive et A-myb dans la phase m~iotique. Cette En ce qui concerne CREM, seules les formes hypoth~se est confort~e par le fait que les sou- inhibitrices sont exprim~es dans les cellules ris d~ficientes en A-myb ont des spermatogo- germinales pr~m~iotiques chez la souris, alors nies et des spermatocytes pr~leptot~nes nor- que les formes activatrices sont pr~sentes plus maux alors que la plupart des spermatocytes I tard. Ces derni~res sont exprim~es ~ partir du sont d~g~n~r~s et qu'aucune spermatide n'est stade pachyt~ne [55]. Elles s'accumulent dans d~tect~e [196]. les spermatocytes de stade pachyt~ne tardif et - Les g~nes & domaine homdobox sont ~gale- dans les spermatides rondes apr~s un change- ment transcrits durant la m~iose. Hoxa4 est ment du site de polyad~nylation utilis~, qui exprim~ fortement dans les cellules germinales permet une meilleure stabilit~ des transcrits mfiles m~iotiques et post-m~iotiques [217]. [56]. La forme activatrice de la prot~ine CREM Hoxb4 est exprim~ faiblement dans les cellules est d~tect~e en grande quantit~ dans les sper- somatiques et germinales alors que Hoxd4 est matides rondes chez la souris [55]. exprim~ uniquement dans les cellules de Leydig. I1 en est de m~me dans l'esp~ce humaine : les transcrits des formes inhibitrices de CREM - Les g~nes & domaine POU : une prot~ine sont presents dans les cellules pr~m~iotiques domaine POU, sp~cifique du testicule, et appe- et absents dans les cellules post-m~iotiques ; l~e Sperm-l, a ~t~ mise en ~vidence chez le rat les transcrits des formes activatrices sont pr~- et la souris [8]. Les transcrits de Sperm-1 sont sents au niveau des spermatides [156]. exprim~s dans les spermatocytes I aux stades pachyt~ne et diplot~ne, sugg~rant un r61e de Les souris males d~ficientes en g~ne CREM Sperm-1 dans le processus m~iotique. sont st6riles avec un arr~t de maturation au stade spermatide ronde et une augmentation Spermiogen~se du nombre de cellules germinales en apoptose - Syst~me CRE / CREM/CREB : (cAMP respon- dans les tubes s~miniFeres [146]. De m~me, se element/cAMP response element modula- Weinbauer et al. [209] ont mis en ~vidence l'ab-

25 sence de prot~ine CREM chez des hommes I'AMPc [CRE] [39] permettrait l'interaction de infertiles pr~sentant un arr~t de maturation GCNF et de CREM. Cette interaction pourrait au stade spermatide. Comme ront montr~ P~ri permettre l'activation intense de l'expression et al. [156], les formes inhibitrices de CREM des g~nes de la protamine. ~tant les seuls isoformes retrouv~es chez les La TATA-Binding Protein (TBP) hommes oligospermiques, les d~sordres de la La TBP et ses facteurs associ~s sont n~ces- spermatogen~se pourraient ~tre cons~cutifs saires ~ rinitiation de la transcription par les rabsence d'expression des formes activatrices polymerases. de CREM. L'expression de la TBP est r~gul~e durant la Le transcrit de CREB est ~galement exprim~ spermatogen~se. I1 existe d'abord une augmen- dans le testicule mais ~ un niveau beaucoup tation de la transcription du g~ne de la TBP, plus faible [39, 55]. La distribution de la pro- survenant ~ certains stades de la spermatoge- t~ine CREB est similaire ~ celle de la prot~ine n~se et conduisant ~ raccumulation de trans- CREM. La fonction de CREB n'est pas encore crits de la TBP au niveau des spermatocytes confirm~e dans la physiologie testiculaire. En pachyt~nes et des spermatides rondes [157]. effet, elle n'apparait pas indispensable au Les taux d'ARNm de ce facteur sont 40 fois d~roulement de la spermatogen~se, puisque les plus ~lev~s darts le testicule que dans les cel- souris d~ficientes en g~ne CREB conservent lules somatiques [157]. Les ARNm de la TBP une spermatogen~se normale. testiculaire sont transcrits ~ partir de promo- La prot~ine kinase A (PKA)joue un rSle essen- teurs sp~cifiques du testicule, en compl~ment tiel dans la voie de signalisation AMPc d~pen- des promoteurs des cellules somatiques [180]. dante puisqu'elle phosphoryle et active les fac- Contrairement ~ l'accumulation des transcrits, teurs de transcription CREB et CREM. les concentrations de la prot~ine ne sont pas Uactivit~ de la PKA change au cours de la aussi importantes (2,5 fois plus que dans les spermatogen~se pour atteindre un maximum cellules somatiques) [157]. L'analyse des gra- dans le spermatozo~de. I1 existe un profil d'ex- dients polysomaux (cette technique consiste pression diff~rentielle des ARNm pour 5 sous- utiliser des gradients de sucrose pour d~termi- unit~s de la PKA dans les cellules germinales ner la quantit~ d'ARNm associ~s aux poly- [153]. Les transcrits de Ria, RiB et Ca, sont somes et engages dans le processus traduction- presents aux stades pr~m~iotiques alors que nel) sugg~re la possibilit~ d'une r~pression tra- ceux de RIIa et RII~ apparaissent dans les cel- ductionnelle des ARNm de la TBP [157]. lules haplo~des. Ces derniers s'accumulent I1 est possible que l'augmentation de la trans- dans les cellules off se trouve la prot~ine cription de la TBP pendant la spermatogen~se CREM. corresponde ~ un m~canisme hom~ostatique sp~cifique des cellules germinales, visant - Le Germ Cell Nuclear Factor (GCNF) compenser la r~pression traductionnelle et Le GCNF est un r~cepteur nucl~aire orphelin maintenir des concentrations prot~iques de qui pourrait ~galement jouer un r61e dans la TBP suffisamment ~lev~es pendant le d~velop- r~gulation transcriptionnelle des g~nes de la pement spermatog~n~tique. protamine. Le GCNF est exprim~ ~ partir du stade sper- c) Choix variable du promoteur matide ronde [98]. Ce facteur se lie ~ la Des transcrits exprim~s sp~cifiquement au s~quence r~p~t~e AGGTCA, appel~e s~quence cours de la spermatogen~se peuvent r~sulter DRO. Ces s~quences sont pr~sentes notam- d'un choix diff~rentiel du promoteur lors de la ment dans les r~gions promotrices 5' des 2 transcription (cytochrome cs, g~nes CREM et g~nes de la protamine, P1 et P2 [88]. En se CREB). liant aux s~quences DRO des promoteurs des 2. R~gulation post-transcriptionnelle g~nes P1 et P2, GCNF pourrait contribuer l'expression de ces g~nes. La proximit~ des L'expression sp~cifique de certains g~nes au s~quences DRO avec les ~l~ments de r~ponse cours de la spermatogen~se r~sulte d'un ~pis-

26 sage alternatif de g~nes exprim~s dans les cel- une surexpression peut ~tre responsable de tri- lules somatiques. C'est le cas des lamines C2, somie 21 [11] et une sous-expression peut B3 et de certaines enzymes du m~tabolisme conduire ~ une infertilit~ masculine [7]. Chez ~nerg~tique (HK1 sa, sb, sc par exemple). la souris, de multiples ARNm de la SOD-1 ont ~t~ d~tect~s : le plus petit est present dans les 3. R~gulation traductionnelle cellules somatiques et durant les stades pr~- La r~gulation traductionnelle de l'expression coces de la spermatogen~se tandis que les deux des g~nes de la lign~e germinale est particuli~- ARNm les plus grands (se distinguant par la rement importante en fin de spermatogen~se presence d'une s~quence suppl~mentaire de alors que les ph~nom~nes de transcription ont 114 nucl~otides dans leur r~gion 5') sont sp~ci- cess~ quelques jours avant la spermiogen~se. fiques des cellules germinales post-m~iotiques La presence et la taille des r~gions 3' et 5' non [68, 93]. Une prot~ine de liaison ~ I'ARN de 65 codantes des ARNm (3' et 5' UTR) sont des ~l~- kb est capable de se lier ~ cette s~quence sup- ments importants dans cette r~gulation. pl~mentaire et d'emp~cher la traduction de I'ARNm de la SOD-1 in vitro [69]. Ainsi, l'in- R~le de l'extr~mitd 5' des ARN teraction prot~ique avec cette s~quence des - RSle de sdquences rdgulatrices dans la rdgion ARNm sp~cifiques des cellules germinales 5' UTR des ARN post-m~iotiques de la SOD-1 r~gle avec preci- sion la synth~se de la SOD-1 aux stades tardifs En ce qui concerne certains g~nes transcrits de la spermatogen~se. dans les spermatocytes, tels que la PGK2 et la proacrosine, des experiences effectu~es sugg~- RSle de l'extrdmit~ 3' UTR des ARN rent l'existence d'un m~canisme de r~gulation La r~gulation traductionnelle est ~galement traductionnelle impliquant des s~quences de la m~di~e par l'extr~mit~ 3'UTR. r~gion 5'. - Rdle de la queue polyA Les g~nes de la PGK2 et de la proacrosine sont La taille des transcrits est dict~e par la lon- d~j~ transcrits dans les spermatocytes pachy- gueur de leur queue polyA qui en retour leur t~nes mais leurs ARNm vont ~tre traduits seu- conf'ere leur competence traductionnelle. lement au stade de spermatide ronde. Les transcrits de la PGK2 sont absents des poly- Ainsi, les g~nes codant pour les prot~ines somes dans les spermatocytes pachyt~nes mais nucl~aires basiques TP1, TP2, P1 et P2 sont s'associent ~ ces derniers de mani~re impor- transcrits dans les spermatides rondes et les tante dans les spermatides rondes [62]. spermatides en ~longation. Ces ARNm sont alors stock, s pendant plusieurs jours dans les La r~gulation de l'expression du g~ne de la pro- particules ribonucl~oprot~iques du cytoplas- acrosine a ~t~ etudi~e chez la souris transg~- me, oh leur traduction est r~prim~e par de nique [147]. L'exp~rience sugg~re la presence longues queues polyA. Ces transcrits sont de s~quences pouvant lier des prot~ines sp~ci- ensuite activement traduits apr~s un raccour- fiques des cellules germinales qui inhiberaient cissement de la queue polyA cons~cutif ~ une la traduction dans les spermatocytes ou l'acti- d~ad~nylation. Ainsi, les ARNm stock,s et non veraient dans les spermatides. Cette hypoth~- associ~s aux polysomes sont longs et homo- se est confort~e par des experiences de retard g~nes en taille alors que les formes qui vont sur gel qui ont montr~ que l'extr~mit~ 5' pou- ~tre traduites (associ~es aux polysomes) sont vait lier de fa~on sp6cifique des prot6ines d'ex- plus courtes et h~t~rog~nes du fait du raccour- traits cytoplasmiques testiculaires [148]. cissement de la queue polyA au moment de La Superoxide Dismutase (SOD) est ~galement l'activation traductionnelle [103]. Cette d~ad~- soumise a une r~gulation post-transcription- nylation partielle pourrait faciliter l'activation nelle dans les cellules germinales males. Sa des ARNm stock,s ou bien representer une fonction est de prot~ger les cellules des alt~ra- particularit~ de la r~gulation traductionnelle tions caus~es par les ROS. Cependant, son au cours de la spermiogen~se. En effet, l'activi- expression doit 5tre ~troitement r~gulSe car t~ traductionnelle est habituellement promue

27 par un allongement de la queue polyA [167, - Les s~quences interagissant avec les prot~ines 218]. Toutefois, des ARNm de P1 de grande Kwon et Hecht [112] ont identifi6 deux 616- taille ont 6galement 6t6 retrouv6s dans la frac- ments hautements conserv6s (Yet H) au tion polysomale des spermatides en voie d'al- niveau de l'extr6mit6 3'UTR de I'ARNm de la longement [103], ce qui sugg6re que le raccour- protamine 2 (site de liaison de 35 nucl6otides cissement des ARNm ne serait pas indispen- environ). Ces 616ments interagissent avec des sable au processus traductionnel et pourrait prot6ines cytoplasmiques dans le testicule. I1 simplement traduire une d6gradation d6bu- existe 6galement un site d'interaction pro- tante des ARNm. t6ique au niveau de I'ARNm de la protamine 1 A l'inverse, les ARNm polysomaux des cellules (r6gion limit6e ~ 22 nucl6otides). pr6m6iotiques et m6iotiques codant pour l'or- La comparaison des r6gions 3'UTR des ARN de nithine carboxylase, la LDH C et le cytochrome PRM1 et PRM2 interagissant avec des pro- c montrent un allongement de la queue polyA t6ines r6v61e la pr6sence d'une courte homolo- [79]. En ce qui concerne le cytochome c, des gie de s6quence, pouvant constituer un 616- transcrits longs ont 6t6 d6tect6s dans la frac- merit important de liaison [54]. Par, ailleurs, tion polysomale des spermatocytes pachyt6nes des exp6riences de comp6tition indiquent que de souris adulte (lieu de traduction des ARN) les m~mes prot6ines se lient ~ la r6gion 3'UTR tandis que des transcrits plus courts ont 6t6 de PRM1 PRM2. retrouv6s dans les ribonucl6oprot6ines isol6es des spermatides rondes [off les ARN sont stoc- Les prot~ines de liaison d I'ARNm k6s]. Les 2 types de transcrits different uni- - La TB-RBP(testis-brain RNA binding pro- quement par la taille de leur queue polyA res- tein) pective et les taux d'enzymes les plus impor- La TB-RBP se lie ~ des s6quences conserv6es tants sont retrouv6s dans les cellules pr6sen- de la r6gion 3'UTR des ARNm d'un grand tant le transcrit long en quantit6 importante. nombre de prot6ines testiculaires soumises - R6le des s~quences r~gulatrices dans la r~gion une r6gulation traductionnelle [79]. Cette pro- 3"UTR t6ine est pr6sente en quantit6 importante dans Le g6ne de la PGK2 est transcrit ~ partir du le noyau des spermatocytes au stade pachyt6- stade spermatocyte pachyt6ne mais la traduc- ne et dans le cytoplasme des spermatides tion des ARNm s'effectue seulement au stade rondes. La TB-RBP pourrait assurer la r6pres- de spermatide ronde chez la souris. Les exp6- sion traductionnelle des ARNm, ainsi que leur riences effectu6es chez des souris transg6- transport et leur localisation dans les cellules niques (g6ne comprenant uniquement les germinales m~les. s6quences 5' du codon d'initiation de la traduc- - RBM tion du g6ne humain PGK2) ne mettent pas en Les g6nes de la famille RBM constituent des 6vidence de retard darts la traduction de g6nes candidats pour le locus AZFb du chro- I'ARNm. Ceci sugg6re que les s6quences mosome Y [91]. De nombreuses copies sont por- absentes de la construction, c'est ~ dire la t6es par le chromosome Y, mais seuls les g6nes r6gion codante et/ou l'extr6mit6 3'UTR poss6- RBM1 (constitu6 de 12 exons) et RBM2 sem- dent des s6quences r6gulatrices emp~chant la blent actifs et codent pour une prot6ine de liai- traduction pr6matur6e du transcrit [168]. son ~ I'ARN, sp6cifiquement retrouv6e dans le - Interaction de l'extr~mitg 3"UTR avec des fac- testicule. teurs trans La prot6ine RBM est une prot6ine nucl6aire Le testicule constitue une source importante sp6cifique des cellules germinales [50], expri- de prot6ines de liaison ~ I'ARN. Des 616ments m6e par les spermatogonies, les spermatocytes agissant en cis ont 6t6 identifi6s dans la r6gion I et les spermatides rondes [51]. Elle pr6sente 3'UTR des ARNm des protamines 1 et 2. Des une forte homologie avec la superfamille des facteurs trans se liant ~ ces 616ments ont 6ga- prot6ines de liaison ~ I'ARN (heterogeneous lement 6t6 mis en 6vidence [112, 113]. nuclear ribonucleoprotein (hnRNP family). De

28 plus, la colocalisation de cette prot6ine avec tr6e des spermatocytes en m6iose et dont la des facteurs d'6pissage dans le noyau sugg6re d6ficience entraine une st6rilit6 chez le m~le. un r61e important dans la transformation des Cette r6gion du chromosome Y est d616t6e chez ARN [26, 51]. Dans les spermatogonies et les 4 ~ 13% des patients pr6sentant une oligozoo- spermatocytes, la prot6ine RBM est localis6e spermie s6v~re [144, 145, 160, 166]. L'existence dans des zones nucl6aires riches en facteurs d'une oligospermie malgr6 la pr6sence d'une d'6pissage. Dans les spermatocytes aux stades d616tion indique que DAZ n'est pas indispen- tardifs, RBM et les facteurs d'6pissage se disso- sable ~ l'ach6vement de la spermatogen6se. cient (les facteurs d'6pissage se concentrent dans une zone alors que RBM est r6parti dans Un g6ne homologue de DAZ, DAZLA, a 6t6 l'ensemble du nucl6oplasme). Dans les sperma- identifi6 sur le bras court du chromosome 3, tides rondes, les facteurs d'6pissage sont locali- sugg6rant l'existence d'autres g6nes autoso- s6s dans une zone majeure et d'autres sites plus maux intervenant dans la spermatogen6se. petits, ainsi que dans l'ensemble du nucl6oplas- [178, 225]. me. En revanche, RBM ne se localise plus en des points pr6cis, mais est uniformdment distribud III. CONCLUSION dans tout le nucl6oplasme [176]. Les nombreuses donn6es concernant les g6nes - DAZ de la spermatogen6se et leur r6gulation t6moi- Le g6ne DAZ est situ6 dans la rdgion Yqll et gnent de la complexit6 mol6culaire de ce pro- constitue un g~ne candidat pour AZFc. Le g6ne cessus particuli~rement original puisqu'il DAZ code pour une prot6ine de 366 acides ami- aboutit ~ la formation de cellules haploides qui n6s comportant dans sa partie carboxy-termi- subissent une maturation morphologique spec- nale 7 r6p6titions en tandem de 24 acides ami- taculaire. I1 n'est donc pas 6tonnant d'observer n6s (appel6es r6p6titions DAZ) et dans sa par- dans le testicule des expressions g6niques sp6- tie amino-terminale le motif de reconnaissance cifiques et des modes de r6gulation g6niques I'ARN RNP/RRM (ribonucl6oprot6ine/RNA diff6rents des autres organes. recognition motif) [165]. Le g6ne DAZ existe en Les m6canismes essentiels au bon d6roule- plusieurs copies au niveau de la r6gion distale ment de la spermatogen6se comportent : 6 [178]. Comme dans le cas de RBM, la trans- cription de DAZ est limit6e ~ la lign6e germi- -L'6quilibre indispensable entre, d'une nale m~le. part la multiplication des cellules germi- hales li4e au syst~me c-kit/SCF et d'autre La transcription de l'unit6 DAZ est complexe, part l'apoptose dont la r4gulation est avec la pr6sence de pseudo-exons c'est ~ dire assur6e par des g~nes pro- et anti-apopto- d'exons non fonctionnels comportant des sites tiques. L'apoptose permet non seulement l'61i- d'6pissage d6g6n6r6s en 5' et 3' qui sont excisds mination des cellules germinales anormales lors de la transformation des pr6-ARNm de mais 6galement de celles qui, en exc6s, ne DAZ [178]. Chaque individu poss6de de mul- pourraient ~tre soutenues par les cellules de tiples g6nes DAZ dont le nombre de copies, Sertoli. mais aussi l'ordre varient, avec au minimum 3 g6nes activement transcrits [224]. L'expression d'une grande vari6t6 de Le groupe DAZ sur le chromosome Y provien- g6nes n6cessaire au bon d6roulement et/l drait d'un g6ne autosomal transpos6, amplifi6 l'ach6vement des deux divisions m6io- plusieurs fois et d6g6n6r6. tiques. Plusieurs familles de g6nes intervien- nent dans l'aboutissement de ce processus. Les La prot6ine DAZ est exprim6e essentiellement g6nes du cycle cellulaire permettent le ddrou- au niveau des spermatogonies, plus rarement lement des 2 divisions m6iotiques successives. dans les spermatocytes I (stade L/Z). Certains g6nes assurent la r6paration de Le g~ne DAZ pr6sente 35% d'homologie avec le I'ADN et r6gulent les ph6nom6nes de recombi- g6ne sp6cifique de gonade BOULE trouv6 chez naison m~iotique qui est possible grace a la la drosophile [46], qui joue un r61e dans l'en- mise en place de prot6ines composant le corn-

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