A gauche : Spermatogenèse normale dans le scrotum (34°C) A droite : Spermatogenèse altérée dans l’abdomen (38°C). Crédit : NIBB
Les testicules de la plupart des mammifères sont refroidis dans le scrotum, et des températures testiculaires élevées entraînent un échec de la spermatogenèse et l’infertilité masculine. Une équipe de chercheurs dirigée par Shosei Yoshida à l’Institut national de biologie fondamentale au Japon a détaillé ce processus en utilisant des cultures d’organes et a révélé que la spermatogenèse est altérée à plusieurs étapes d’une manière délicate dépendant de la température.
Spermatogenèse est le processus par lequel les spermatozoïdes haploïdes se développent à partir des cellules germinales dans les tubules séminifères du testicule.
En particulier, bien que la spermatogenèse soit achevée à 34°C/93°F (la température scrotale), le réchauffement à 37-38°C/98,6-100°F (températures dans l’abdomen) affecte gravement la méiose – le processus de ségrégation des chromosomes homologues dans les spermatozoïdes haploïdes – et les cellules endommagées subissent la mort cellulaire. Démontrant l’utilité de la culture d’organes, cette étude stimulera l’étude de la vulnérabilité à la chaleur dans la spermatogenèse.
Les barres bleues indiquent les types de cellules germinales observées dans les explants de testicules cultivés aux températures indiquées. *Aucune cellule germinale n’a survécu à 40°C. Crédit : NIBB
De nombreuses études ont été menées sur l’altération de la spermatogenèse par la chaleur en élevant la température du testicule à l’aide de modèles animaux, par exemple en déplaçant chirurgicalement le testicule vers l’abdomen. Cependant, la température réelle du testicule n’a pas pu être contrôlée dans ces expériences. En outre, les effets de facteurs extra-testiculaires tels que les systèmes endocrinien et nerveux ne peuvent être exclus.
Pour surmonter ces limitations, le groupe de recherche a tiré parti du cadre de culture d’organes de testicules qui permet une spermatogenèse complète dans des incubateurs, qui a été mis au point par Takehiko Ogawa et ses collègues de l’université de Yokohama. En cultivant des testicules de souris à différentes températures, on a constaté que la spermatogenèse échouait à plusieurs étapes (par exemple, la progression de la méiose, la génération et la transformation des cellules haploïdes), montrant une forte dépendance à la température entre 30°C/86°F et 40°C/104°F.
Yoshida déclare : “Nous ne nous attendions pas à ce qu’un ensemble aussi délicat d’événements multiples dépendant de la température sous-tende ce phénomène bien connu. Cette découverte n’aurait pu être réalisée qu’en utilisant un système de culture d’organes.”
A 34°C (température scrotale), la méiose se déroule normalement avec tous les chromosomes homologues appariés normalement. À 37 et 38°C (température centrale du corps), les spermatocytes présentent un appariement chromosomique aberrant et subissent une mort cellulaire. Crédit : NIBB
Le groupe a en outre révélé que la méiose, par laquelle les chromosomes homologues se séparent en spermatozoïdes haploïdes, était gravement affectée à 37-38°C. Plus précisément, la réparation de DNA double-strand breaks and homologous chromosome pairing, which are requisites for proper chromosome segregation, were impaired. Damaged cells undergo cell death through a surveillance mechanism or a checkpoint. Kodai Hirano, the primary contributor to this study, says, “It was surprising that essential processes, such as meiosis, can be easily damaged at normal body core temperatures. Through the combined functions of the scrotum and checkpoint, only sperm developed at low temperatures fertilizes eggs to generate the next generation. Key questions for future studies include the molecular mechanism of heat sensitivity and the biological significance of low temperatures in sperm production.”
This study has been published in Communications Biology.
Reference: “Temperature sensitivity of DNA double-strand break repair underpins heat-induced meiotic failure in mouse spermatogenesis” by Kodai Hirano, Yuta Nonami, Yoshiaki Nakamura, Toshiyuki Sato, Takuya Sato, Kei-ichiro Ishiguro, Takehiko Ogawa, Shosei Yoshida, 26 May 2022, Communications Biology.
DOI: 10.1038/s42003-022-03449-y
