Restauration d’une spermatogénèse fonctionnelle chez la souris infertile par une nouvelle thérapie in vivo – SPERMREPAIR

Les ARNm et plasmides épisomaux ont été injectés directement dans les tubules séminifères via le rete testis, suivis d’électroporation. La progression de l’injection a été contrôlée avec un colorant, et seule une portion du testicule a été remplie pour préserver le tissu. L’expression des protéines a été suivie pendant un cycle complet de spermatogenèse (35 jours), et les testicules et épididymes ont été collectés pour analyser la morphologie et la production de spermatozoïdes.

Les spermatozoïdes ont été évalués pour leur motilité et leur morphologie, et la fécondation a été testée par FIV ou ICSI. L’absence de plasmides ou ARNm résiduels a été confirmée par analyses moléculaires.

L’approche s’est structurée en trois tâches :

Comparer l’efficacité des ARNm et EEV pour produire des spermatozoïdes fluorescents.

Restaurer la spermatogenèse et la fertilité (passage du modèle Spink2⁻/⁻ au modèle Armc2⁻/⁻).

Évaluer la biosécurité et la qualité des spermatozoïdes restaurés.

Chaque étape visait à garantir sécurité, reproductibilité et pertinence pour une application future.

Nous avons montré que l’ARNm pouvait être exprimé efficacement dans le testicule, couvrant un cycle complet de spermatogenèse, avec un taux de transfection et un niveau d’expression supérieurs aux plasmides EEV, malgré une durée plus courte (~21 jours contre ~120 jours pour EEV).

Dans le modèle Armc2⁻/⁻, l’injection d’ARNm codant pour ARMC2 a permis, cinq semaines plus tard, l’apparition de spermatozoïdes mobiles et morphologiquement normaux capables de féconder des ovules via FIV ou ICSI, avec des embryons atteignant le stade deux cellules et certains allant jusqu’au blastocyste. Ces résultats démontrent pour la première fois qu’un ARNm nu peut restaurer transitoirement mais efficacement la spermatogenèse et la fertilité dans un modèle murin d’infertilité sévère.

Les résultats du projet SPERMREPAIR ouvrent la voie à de nouvelles thérapies ciblées pour traiter certaines formes sévères d’infertilité masculine d’origine génétique. À court terme, nous allons améliorer les vecteurs ARNm en les encapsulant dans des nanoparticules lipidiques, ce qui devrait augmenter l’efficacité et la durée d’action tout en garantissant la sécurité, et éviter l’usage de l’électroporation. À moyen terme, ces approches seront testées dans des modèles animaux plus proches de l’homme, comme les primates non humains, pour vérifier leur applicabilité clinique. À long terme, ces travaux pourraient aboutir à des traitements innovants permettant de restaurer la fertilité chez des hommes aujourd’hui sans solution. Enfin, cette stratégie pourrait être adaptée à d’autres gènes responsables de troubles de la spermatogenèse, ouvrant la voie à des traitements personnalisés et à la médecine de précision dans le domaine de la reproduction.

L’infertilité concerne un couple sur 7 et est devenue une question de santé publique. Dans 50 % des cas, elle est d’origine masculine et est majoritairement due à des anomalies de la spermatogenèse entrainant des défauts de la production de spermatozoïdes. Une des anomalies spermatiques les plus sévères est l’azoospermie non obstructive (ANO), définie par une altération de la spermatogenèse entrainant l'absence de spermatozoïdes dans l'éjaculat. Elle est généralement d’origine génétique et concerne environ 10% des hommes infertiles. Dans le cadre de la prise charge de l’ANO il est possible de réaliser une biopsie testiculaire pour chercher des spermatozoïdes vivants qui pourront être utilisés pour réaliser une injection intra-cytoplasmique (ICSI). Cependant, des spermatozoïdes sont trouvés dans moins de la moitié des cas et on peut s’interroger sur la santé à long terme de ces enfants nées à partir de spermatozoïdes non matures, générés par une gamétogenèse hautement altérée. Nous pensons donc qu’il est important de d’identifier et de tester de nouvelles stratégies thérapeutiques afin de mieux prendre en charge ces hommes infertile, en particulier quand un diagnostic génétique a été obtenu.
Ce projet vise à réaliser un essai préclinique sur des modèles murins présentant une ANO afin de tester de nouvelles stratégies thérapeutiques permettant de corriger un défaut génétique entrainant la perte d’une protéine nécessaire à la spermatogenèse. Je déterminerai la faisabilité (efficacité) et les risques associés (toxicité) aux protocoles testés. Mon objectif est d’exprimer la protéine manquante sans toucher à l’ADN génomique du gamète, car la France est signataire de la convention d’Oviedo qui interdit de pratiquer des modifications génétiques transmissibles à la descendance. Deux approches seront testées : l'injection de l'ARNm codant pour la protéine manquante et l’injection d'un plasmide non intégratif (épisome) contenant la séquence codante de cette protéine. Les ARNm/plasmides seront injectés dans les tubules séminifères par le rete testis et transfectés dans les cellules germinales par une électroporation globale des testicules. Les spermatozoïdes créés seront ensuite utilisés pour générer des embryons puis des souriceaux. Mon projet est divisé en 3 parties : dans la 1ère partie je comparerai l'efficacité des 2 approches en utilisant des gènes rapporteurs afin d’identifier le meilleur protocole ; dans la seconde partie, je vérifierai sur des modèles souris ANO déjà disponibles au laboratoire que le protocole choisi permet de relancer la spermatogenèse de ces souris infertiles ; enfin j’évaluerai l’efficacité et la sécurité de l’utilisation de cette technique. Pour cela j’évaluerai la physiologie et de la qualité des gamètes créés et m’assurerai que les embryons générés ne contiennent aucune séquence exogène provenant en particulier du plasmide utilisé.
Je suis convaincue que ce projet a de bonnes chances de succès car : 1/ Une restauration transitoire de la spermatogenèse est suffisante, les gamètes peuvent être produit une seule fois (et être cryo-préservés pour une utilisation ultérieure), 2/ la durée maximale de restauration nécessaire est courte puisqu’un cycle complet de spermatogenèse ne dure que 74 jours chez l'homme, 3/ la réussite du traitement peut être mesurée facilement par un simple spermogramme et 4/ mes résultats préliminaires montrent que l’injection d’ARNm ou d’épisomes dans le rete testis de souris permettent une traduction protéique transitoire dans l’ensemble des tubules séminifères, compatible avec la durée de la spermatogenèse.
L'aide financière demandée à l'ANR couvrira le coût d’un doctorant et les moyens scientifiques nécessaires au projet. Les travaux réalisés au cours de ce projet me permettront de créer mon propre groupe de recherche sur la thérapie spermatique, une recherche complémentaire à la thématique de la génétique de l'infertilité développée par mon laboratoire d’accueil.