Que se passe-t-il lorsque les spermatozoïdes et l’ovule se rencontrent : les scientifiques révèlent le mystère de la vie

Cosa succede quando spermatozoi e uovo si incontrano: scienziati svelano il mistero della vita

Lorsque les spermatozoïdes rencontrent l’ovule, seul un d’entre eux est autorisé à entrer, déclenchant la fécondation. Grâce à un superordinateur, les chercheurs ont révélé le mystère de certains mécanismes fascinants qui se produisent lors de cette « étreinte » entre les cellules germinales, à la base de la magie de la vie.

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Les images des spermatozoïdes atteignant l’œuf pour le féconder – un seul est « autorisé » à se joindre – sont probablement connues de tous, mais les mécanismes moléculaires complexes qui se produisent lors de cette merveilleuse étreinte, qui déclenche le développement embryonnaire, ne sont pas encore pleinement compris aujourd’hui. Grâce à l’utilisation d’un superordinateur, un groupe de recherche a réussi à éclairer certains des mystères qui caractérisent ce processus incroyable à la base de la vie. Par exemple, il a été mieux compris pourquoi immédiatement après la fécondation, la cellule œuf libère de nombreux ions de zinc, ce qui empêche les autres spermatozoïdes de pénétrer. Selon les scientifiques, ces découvertes pourraient conduire à de nouvelles méthodes pour traiter les problèmes de fertilité et à de nouveaux contraceptifs de nouvelle génération.

Crédit : Paulina Pacak / ETH Zurich

Crédit : Paulina Pacak / ETH Zurich

Un groupe de recherche international dirigé par deux scientifiques du Département des sciences et technologies de la santé de l’ETH de Zurich (Suisse), qui ont collaboré étroitement avec une collègue du Centre pour les nano-sciences à l’Université Ludwig Maximilian de Munich, a révélé les secrets de la fécondation. Les chercheurs, coordonnés par la professeure Viola Vogel, ont obtenu ce résultat grâce à des simulations réalisées avec le superordinateur « Piz Daint » du Centre national suisse de calcul intensif (CSCS). Les interactions complexes des protéines impliquées dans la fécondation ne peuvent pas être observées en direct ni comprises par la microscopie électronique cryogénique et la cristallographie, des techniques élégantes mais qui « figent » les protéines et offrent une image statique de ce qui se passe. Grâce à une simulation informatique complexe, il est possible d’observer cette interaction de manière dynamique, en saisissant des détails fondamentaux autrement « invisibles ».

Crédit : Forschungsgruppe Viola Vogel / ETH Zurich

Crédit : Forschungsgruppe Viola Vogel / ETH Zurich

Avec Piz Daint, la professeure Volgel et ses collègues se sont concentrés sur l’interaction entre deux protéines, à savoir JUNO, qui se trouve sur la membrane externe de l’ovule, et IZUMO1, présente à la surface du spermatozoïde, comme indiqué dans un communiqué de presse de l’ETH. Il s’agit du premier contact physique qui se produit lorsque le spermatozoïde touche l’ovule. « On pensait que la combinaison des deux protéines dans un complexe déclenchait le processus de reconnaissance et d’adhésion entre les cellules germinales, permettant ainsi leur fusion », a déclaré la coauteure de l’étude Paulina Pacak. Grâce au superordinateur, il a été possible de mieux comprendre ce qui se passe. Les chercheurs ont simulé l’interaction entre les deux protéines dans une solution aqueuse, démontrant que le complexe JUNO-IZUMO1 est stabilisé par une série de plus de 30 contacts de courte durée (non covalents), chaque liaison ayant « duré moins de 50 nanosecondes ».

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Ces liaisons fondamentales entre les deux protéines, qui permettent effectivement la fécondation – après le contact, le cytoplasme de l’ovule « enveloppe » le spermatozoïde en l’incorporant – sont influencées par la présence de zinc, un élément qui, comme mentionné précédemment, est libéré en abondance après la fécondation par la cellule œuf (la soi-disant « étincelle transitoire du zinc »). Lorsqu’il y a du zinc, la protéine IZUMO1 « se plie dans une structure similaire à un boomerang » et n’autorise pas la liaison avec JUNO. C’est ainsi qu’il est empêché aux autres spermatozoïdes d’entrer dans l’ovule, prévenant la polyspermie qui pourrait perturber le processus délicat.

Les scientifiques ont également découvert que la protéine JUNO ne se lie pas individuellement aux folates dans une solution aqueuse, mais elle le fait seulement après la conjonction avec IZUMO1. Il s’agit d’un détail très important car ces substances (folates naturels et acide folique) sont recommandées aux femmes qui veulent concevoir et pendant les premiers mois de grossesse. Il s’agit d’informations précieuses car elles peuvent conduire à de nouvelles méthodes contraceptives et à des médicaments capables de lutter contre l’infertilité. Les détails de la recherche intitulée « Molecular dynamics of JUNO-IZUMO1 complexation suggests biologically relevant mechanisms in fertilization » ont été publiés dans Scientific Reports.