Des chercheurs cartographient la carte des interactions moléculaires au moment de la conception

« Nous avons fourni les premières images en 3D au niveau atomique de l’interaction moléculaire entre ovule et spermatozoïde au moment de la conception », indique Jeffrey Lee, professeur au Département de médecine de laboratoire et de pathobiologie à l’Université de Toronto et titulaire de la Chaire de recherche en virologie structurale du Canada. « Nos modèles décrivent comment les protéines des spermatozoïdes, Izumo1, et d’ovules, Juno, interagissent au moment de la fusion. Ceci fournit d’importantes informations pour le développement de contraceptifs non – hormonaux ».

Izumo1 , nommé d’après un sanctuaire japonais dédié au mariage, et Juno, du nom de la déesse romaine du mariage et de la conception, jouent un rôle clé dans la fertilité. Cependant, les scientifiques possédaient très peu d’informations sur les mécanismes exacts de fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule - en dépit de son importance centrale pour la médecine reproductive.

Les études sur la manière dont ces deux protéines se lient ont rencontré des difficultés au niveau de la production de protéines stables au laboratoire. Le Dr. Lee et son équipe ont résolu ce problème en utilisant des cellules d’insectes pour synthétiser les protéines. Ils ont ensuite utilisé la cristallographie aux rayons X pour recréer la structure des protéines en 3D.

Les chercheurs ont utilisé les rayons X puissants et concentrés du synchrotron Canadian Light Source à Saskatoon pour diffracter leurs cristaux de protéines Izumo1 - Juno humaines. En utilisant des algorithmes de calcul avancés, ils ont déterminé les coordonnées 3D précises de chaque atome dans les structures de protéines afin de fournir un schéma d’orientation - leur permettant de voir comment les protéines interagissent.

Le groupe a constaté que la protéine Izumo1 se compose de deux domaines reliés par une structure analogue à une charnière et qu’elle adopte une forme de boomerang à la surface des spermatozoïdes. « La plus grande surprise était probablement que Izumo1 a une architecture qui est complètement différente des autres protéines de fusion virales et cellulaires », explique Halil Aydin, premier auteur de l’étude et étudiant en doctorat dans le laboratoire du Dr. Lee.

L’équipe a montré qu’Izumo1 subissait un changement de conformation et abandonnait sa forme de boomerang lors de la liaison avec Juno. En collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie, San Diego, ils ont également montré qu’Izumo1 était stabilisée dans une position verticale verrouillée.

L’interaction entre Izumo1 et Juno est conservée chez les humains et les primates, mais varie selon les espèces de mammifères. « L’interaction spécifique Izumo1 et Juno humaine peut fournir une barrière supplémentaire à la fécondation croisée des espèces », dit Aydin.

Les chercheurs ont également découvert que les protéines humaines Izumo1 et Juno se liaient très étroitement, contrairement à ce que de nombreux chercheurs croyaient. Après la fécondation, l’ovule enlève les molécules Juno de sa surface, permettant de bloquer ou neutraliser les spermatozoïdes entrant et ainsi empêcher plus d’un spermatozoïde de féconder l’ovule.

D’autres questions doivent être étudiées à propos de la façon dont le sperme et l’ovule fusionnent, selon le Dr. Lee. En particulier, quelles autres protéines peuvent être essentielles au processus. Jusqu’à présent, la compréhension de nombreux mécanismes de fusion cellulaire étaient basée sur la façon dont les virus fusionnaient avec les cellules.

« Il s’agira certainement d’un travail passionnant pour nous que d’élucider le mécanisme précis de la fusion spermatozoïdes – ovule et de comprendre comment les différents processus de fusion en biologie sont semblables ou différents », commente le Dr. Lee. « Nous avons établi une base solide sur laquelle nous et d’autres pouvons construire. C’est une étude de science fondamentale pure qui fournit maintenant une direction pour d’autres biologistes et des chercheurs cliniques pour ouvrir de nouvelles pistes de réflexion.

Les autres co -auteurs de l’étude sont Azmiri Sultana et Annoj Thavalingam (Université de Toronto) et Sheng Li (UCSD). La recherche a été financée en partie par les Instituts de recherche en santé, Le conseil de recherche en sciences naturelles et en génie du Canada, une bourse de l’Ontario, les National Institutes of Health et le Programme des chaires de recherche du Canada.

Pour en savoir plus :
Nature
Molecular architecture of the human sperm IZUMO1 and egg JUNO fertilization complex
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature18595.html
Nature (2016) doi:10.1038/nature18595

Source :
University of Toronto, Faculty of Medicine News- 15 juin 2016 : http://www.medicine.utoronto.ca/news/scientists-map-molecular-interactions-point-conception-0

Rédacteur :
Sophie DECAMPS – Chargée de Mission pour la Science et la Technologie à Toronto – sophie.decamps[a]diplomatie.gouv.fr