Les infections bactériennes provoquent un dysfonctionnement des spermatozoïdes via leurs vésicules de la membrane externe

Les taux d’infertilité continuent d’augmenter dans le monde et on estime actuellement qu’ils affectent jusqu’à 170 millions de personnes. Les facteurs masculins contribuent à au moins la moitié des cas d’infertilité, y compris les anomalies hormonales, les problèmes de transport ou d’entrée du sperme dans les trompes utérines, la production de sperme altérée et les infections de l’appareil reproducteur masculin (MRTI)

Les IRM sont responsables d’environ 10 % des cas d’infertilité masculine. Un nouveau Agents pathogènes l’étude discute de l’impact de Escherichia coli (E. coli) infection sur les paramètres du sperme.

Étude: Impact des vésicules de la membrane externe d’Escherichia coli sur la fonction des spermatozoïdes. Crédit d’image : SciePro / Shutterstock.com

Introduction

La plupart des IRM sont causées par des bactéries, y compris Staphylococcus epidermidis, Streptococcus viridans, Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis, et E. coli. En réalité, E. coli représente 65 à 80 % des prostatites bactériennes, principalement des sérotypes O1, O2, O4 et O6.

E. coli affecte négativement les fonctions des spermatozoïdes qui sont essentielles à la fécondation de l’ovule pour former un zygote. Cela peut inclure une motilité réduite des spermatozoïdes car les gamètes s’agglutinent suite au contact avec les résidus de sucre à la surface des cellules de ces bactéries, principalement sur les fimbria de types 1 et P.

Avec les fimbria de type P, les résidus de galactosyle exposés présents sur l’ensemble du sperme provoquent une agglutination tête-bêche. Comparativement, sur le fimbria de type 1, les têtes des spermatozoïdes adjacents se fixent à travers des résidus de mannose à la surface de ce composant du sperme.

Une autre cause d’immobilisation ou de motilité réduite des spermatozoïdes est la diminution du potentiel de la membrane mitochondriale lorsqu’ils contrent les bactéries. Le résultat de ces interactions est des dommages à la tête du sperme, une altération de l’intégrité de l’acrosome, une perturbation de la réaction de l’acrosome et la mort cellulaire. De plus, une augmentation des espèces réactives de l’oxygène (ROS) telles que les ions superoxydes endommagera également les membranes lipidiques et le matériel génétique.

La présente étude examine les effets consécutifs à l’exposition des spermatozoïdes aux vésicules de la membrane externe (OMV) chez E. coli. Les OMV sont des structures sphériques de diamètre nanométrique et sont délimitées par des bicouches lipidiques comprenant des lipopolysaccharides, des phospholipides et des protéines présentes dans les membranes externes.

Les OMV contiennent également du matériel provenant du cytoplasme et des zones cellulaires adjacentes, tel que du matériel génétique, en plus de facteurs de virulence tels que des protéines d’invasion, des protéines d’évasion et des toxines bactériennes.

Les OMV participent à des fonctions de protection, telles que l’obtention de nutriments et la formation de biofilms isolants pour échapper et résister aux attaques immunitaires, ainsi que le transfert de gènes, tout en aidant l’agent pathogène à pénétrer dans l’hôte et à s’infecter. Ces vésicules délivrent également des toxines, des adhésines et des immunomodulateurs à la cellule hôte.

Pris ensemble, les chercheurs de la présente étude ont déterminé les mécanismes par lesquels l’exposition aux OMV affecterait la fonction des spermatozoïdes in vitro. Ces résultats devraient aider à l’élaboration de contre-stratégies efficaces pour minimiser les dommages aux IRM.

Résultats de l’étude

OMVs avec un diamètre moyen d’environ 100 nm ont été obtenus à partir de E. coli cultures et purifiées. Les OMV ont ensuite été ajoutés au sperme purifié pendant des périodes de temps variant de 30 à 90 minutes. Les effets sur la motilité, la viabilité et la forme des spermatozoïdes ont ensuite été évalués.

Le pourcentage viable et la morphologie des spermatozoïdes ne variaient pas ; cependant, la motilité était normale chez seulement la moitié des spermatozoïdes exposés contre 65 % chez les témoins, les spermatozoïdes restants étant immobiles. La fonction spermatique a décliné après une exposition aux OMV pendant 45 minutes.

Après une heure, la motilité des spermatozoïdes a diminué de plus de 10 %, tandis qu’à 1,5 heure, les pourcentages de spermatozoïdes mobiles et immobiles étaient d’environ 40 % et 60 %, respectivement. Inversement, la motilité est restée à 60 % chez les témoins à ce moment précis.

L’exposition à l’OMV a également provoqué la formation et l’accumulation de ROS dans la région du cou du sperme au fil du temps, la première élévation significative atteignant 18 % après 45 minutes. À une heure et 90 minutes, les niveaux de ROS étaient presque 40% plus élevés, ce qui était environ le double de celui du groupe témoin et équivalent à celui du sperme traité au benzène.

Des dommages à l’ADN des spermatozoïdes se sont également produits et ont augmenté avec la durée du traitement. Commençant par des dommages dans plus d’un quart des spermatozoïdes à 45 minutes et un indice de fragmentation de l’ADN (DFI) de 27 %, les dommages à l’ADN ont ensuite dépassé ceux du sperme témoin positif de 15 % à une heure et ont finalement culminé à 1,5 heure. À ce stade, près de 40 % des spermatozoïdes exposés à l’OMV présentaient une fragmentation de l’ADN, soit le double de la proportion de spermatozoïdes non traités.

Conséquences

Les résultats de l’étude indiquent que les OMV, qui sont produits par de nombreuses bactéries pathogènes comme E. coli, ont un rôle important dans le processus de la maladie en médiant la virulence bactérienne. Ici, les effets des OMV sur le sperme humain sont rapportés pour la première fois et semblent réduire la fonction des spermatozoïdes en raison d’une motilité altérée et de dommages à l’ADN.

Fait intéressant, aucune altération n’a été décrite pour la morphologie ou la viabilité des spermatozoïdes. Les changements morphologiques pourraient avoir été masqués par la liaison de surface des OMV, car ces vésicules se lient aux récepteurs de surface pour activer les voies de signalisation.

D’autres chercheurs ont observé que l’apoptose des spermatozoïdes se produisait une heure après l’exposition à E. coli. Cependant, ce n’est pas nécessairement contradictoire, car l’étude actuelle peut avoir utilisé une concentration trop faible d’OMV pendant une durée d’exposition trop courte pour provoquer une mort observable des spermatozoïdes.

L’accumulation de ROS est associée à un stress oxydatif rapide et provoque une peroxydation des lipides membranaires du sperme. La motilité des spermatozoïdes est ensuite réduite par plusieurs mécanismes, notamment la perte de flexibilité des spermatozoïdes, la perturbation des processus cellulaires qui contribuent à la motilité et les dommages mitochondriaux résultant de la réduction liée aux ROS de l’adénosine triphosphate (ATP), qui fournit de l’énergie pour la motilité.

Des dommages à l’ADN sont également survenus à la suite de l’exposition à l’OMV et étaient probablement dus aux ROS, qui provoquent des ruptures de brins, des liaisons croisées et des réarrangements chromosomiques. Les processus apoptotiques associés aux ROS pourraient également contribuer à ce résultat.

D’autres recherches fourniront une description plus détaillée de la pathogenèse des lésions du sperme dues aux OMV.