La réaction acrosomique

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Andrologie (1994), 1, 37-46

La r action

acrosomique

Revue bibliographique des techniques de d tection

et int r t de l'exploration acrosomique

S. PILIKIAN

Laboratoire de Biologie de la Reproduction et du Ddveloppement, Lyon

RESUME

L a c a p a c i t ~ d e s s p e r m a t o z o i d e s a c c o m p l i r l a r ~ a c t i o n a c r o s o m i q u e (RA) au c o n t a c t de la m e m b r a n e pellu. c i d e de r o v o c y t e r e p r ~ s e n t e u n e fonc- t i o n e s s e n t i e l l e p o u r la r ~ a l i s a t i o n de l a f ~ c o n d a t i o n . P l u s i e u r s m ~ t h o d e s s o n t d i s p o n i b l e s p o u r ~valuer le statut a c r o s o m i q u e ; c h a q u e m ~ t h o d e d~tecte u n e ~tape de la r ~ a c t i o n qui est un pro- c e s s u s c o n t i n u . La m u l t i p l i c i t ~ et la r e l a t i v e s p ~ c i f i c i t ~ d e s d i f f ~ r e n t e s t e c h n i q u e s r e n d e n t d~licate la compa- r a i s o n des r~sultats en v a l e u r absolue.

La r ~ a c t i o n e s t Ca*+ d ~ p e n d a n t e d'oh l ' i n t ~ r ~ t p o u r l ' u t i l i s a t i o n d e s i o n o - p h o r e s c a l c i q u e s . Ils p e r m e t t e n t u n e ~ t u d e d y n a m i q u e q u i d o n n e u n e m e i l l e u r e a p p r e c i a t i o n de la c a p a c i t ~ des s p e r m a t o z o i d e s ~ r~agir e n presen- ce d'un i n d u c t e u r .

C o m p t e t e n u de r i m p o r t a n c e de c e t t e r~action p o u r la r~ussite de la f~conda- t i o n , p l u s i e u r s ~ q u i p e s o n t c h e r c h ~ c o r r ~ l e r le s t a t u t a c r o s o m i q u e a v e c le p o u v o i r f ~ c o n d a n t des s p e r m a t o z o i d e s . Les r~sultats m o n t r e n t que les spermato- zoides h y p o f d c o n d a n t s m a n i f e s t e n t u n e r~ponse diminu~e ~ rinduction de la RA.

D e s t r a v a u x s y s t ~ m a t i q u e s a v e c u n p r o t o c o l e b i e n d ~ f i n i s e m b l e n ~ c e s - s a i r e s p o u r p o u v o i r c o m p a r e r d e s r ~ s u l t a t s m u l t i c e n t r i q u e s et ~tablir la v a l e u r p r o n o s t i q u e de cet e x a m e n .

Mots cl~s : Spermatozo~des humains, tests de r~action acrosomique, r~action acrosomique, f~condation in vitro.

I N T R O D U C T I O N

La fonction principale du spermatozo~de est d'apporter son ADN ~ l'ovocyte Pour cela il se s e r t ~ la fois de sa mobilit5 et de ses e n z y m e s localis~es d a n s la p a r t i e la plus ant~rieure de sa t~te : L'ACROSOME.

L'acrosome est une v~sicule aplatie entou- r~e d'une m e m b r a n e off l'on d i s t i n g u e la m e m b r a n e a c r o s o m i q u e i n t e r n e face ~ la m e m b r a n e nucl~aire et la m e m b r a n e acrosomique externe face ~ la m e m b r a n e plasmique du spermatozoade. Les m e m b r a n e s acrosomiques interne et externe se joignent au niveau du segment ~quatoriaL. L'acrosome peut ~tre assimil~ ~ une v~sicule s~cr~- toire ; les e n z y m e s h y d r o l y t i q u e s qu'elle contient (acrosine, hyaluronidase, neurami- n i d a s e p o u r ne citer que les p r i n c i p a l e s ) sont lib6r6es par un ph~nom~ne d'exocytose suite ~ un signal appropri~ et p a r t i c i p e n t v r a i s e m b l a b l e m e n t h la p r o g r e s s i o n des gametes males ~ travers les multiples enve- loppes ovocytaires. L'activation ct la libera- tion s~lectives de ces enzymes ~ mesure que les s p e r m a t o z o a d e s a p p r o c h e n t l'ovocyte, sont contr61~es p a r les ph~nom~nes complexes de capacitation et de r~action acrosomique, difficilement dissociables.

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m~nes sont ~tudi~s et qui ont un effet signi- f i c a t i f s u r la c a p a c i t a t i o n et la r S a c t i o n acrosomique et d'autre part, aux diff~rentes m~thodes d'exploration, chaque m~thode ne m e t t a n t en ~vidence qu'un aspect de ce processus continu. A cette complexit~ s'ajou- tent les differences inter et intra sp~cifiques qui sont consid~rables.

Avec la maitrise de la f~condation in vitro, u n int~r~t c r o i s s a n t est accord~ ~ l'~tude des diff~rentes fonctions du gamete male - fonction cin~tique, fonction de capacitation et de r~action acrosomique, fonction fusio- gbne et fonction nucl~aire- en relation avec la f~condation.

Nous aborderons la capacitation et la r~action acrosomique dans cette revue.

1. La C a p a c i t a t i o n : C o n d i t i o n n ~ c e s s a i - r e ~ la r ~ a l i s a t i o n d e la r ~ a c t i o n acro- s o m i q u e

Plusieurs composants des s~crStions testicu- laires, 5pididymaires et du liquide s~minal s o n t adsorb~s ~ la s u r f a c e des s p e r m a t o - zoades au cours de leur transit dans les voles g~nitales males et pendant l'~jaculation. Ces composants de nature glycoprot~ique stabili- sent la m e m b r a n e spermatique en bloquant les r~cepteurs de surface. Le retrait de ces facteurs constitue la p r e m i e r e 5tape de la capacitation qui peut ~tre d~finie comme un c o n d i t i o n n e m e n t de la s u r f a c e c e l l u l a i r e [pour u n e r e v u e b i b l i o g r a p h i q u e , voir les r~f~rences 3 et 4]. Ainsi la membrane plas- m i q u e du s p e r m a t o z o a d e d a n s u n m i l i e u c a p a c i t a n t , se t r o u v e d a n s un p r o c e s s u s continu de r e m a n i e m e n t de structure et de c o m p o s i t i o n de la b i c o u c h e l i p i d i q u e , mesure qu'elle perd ces facteurs de surface. C e t t e p e r t e des molecules glycoprot~iques d~tect~c par des Ac m a r q u i s et des lectines s'accompagne d'une r~organisation topogra- phique de nombreuses glycoprotdines trans- membranaires qui j o u e n t le r~le de coupleur entre les rScepteurs de surface et le cytos- quelette [5]. Ces modifications peuvent 5tre mises en ~vidence par la technique de cryo- fracture coupl~e ~ un marquage ~ l'or de ces

prot~ines [6, 7, 8].

Enfin cette r~organisation concerne ~gale- m e n t les protdines i n t r a - m e m b r a n a i r e s : l e u r s l i a i s o n s avec la b i c o u c h e l i p i d i q u e sont r o m p u e s [9] e n t r a i n a n t u n e c e r t a i n e libert~ de m o u v e m e n t de ces prot~ines qui se d ~ p l a c e n t et d o n n e n t n a i s s a n c e ~ des p l a g e s riches en p a r t i c u l e s p r o t ~ i q u e s et d'autres qui en sont d~pourvues. C'est dans ces zones p a u v r e s en prot~ines, p l u s per- m~ables et plus instables, qu'auront lieu les fusions m e m b r a n a i r e s lors de la r~action acrosomique [10].

In vivo, les spermatozo~des sont capacit~s au contact des s~cr~tions des voies g~nitales femelles p e n d a n t le t r a n s p o r t des spermatozoa'des vers le site de f6condation. Pratique- ment tous les agents qui captent le cholestS- rol ou qui a u g m e n t e n t les p h o s p h o l i p i d e s m e m b r a n a i r e s , en d i m i n u a n t le r a p p o r t cholest~rol/phospholipides de la m e m b r a n e plasmatique, entrMnent la capacitation [11, 12]. En effet un r a p p o r t cholest~rol/phospholipides proche de l'unit~ m a i n t i e n t la stabilit~ m e m b r a n a i r e . Toute p e r t u r b a t i o n de ce rapport a pour consequence une d~sta- bilisation et une a u g m e n t a t i o n de la per- m~abilit~ de la bicouche lipidique.

Les facteurs qui "d~capacitent" les spermatozo~des a d h e r e n t ~ la surface du plasma- lemme par des liaisons non-convalentes. In vitro, t o u s l e s t r a i t e m e n t s qui coupent ces liaisons ou qui hydrolysent ces facteurs ou encore alt~rent la composition du glycocalyx induisent la capacitation. Ainsi les spermatozoa'des s o n t capacit~s apr~s i n c u b a t i o n dans un milieu hypertonique [13] ou conte- n a n t des glycosaminoglycanes, de l'h~pari- ne, des protSases ou des hydrolases [14, 15] ou encore de l'albumine [16].

2. La R ~ a c t i o n A c r o s o m i q u e (RA)

Les s p e r m a t o z o ~ d e s de l ' h o m m e c o m m e ceux de tous les mammiFeres ~tudiSs doi- vent effectuer la RA avant de p~n~trer l'ovocyte. Du point de vue morphologique, cette r~action est caract~ris~e par la fusion ponc- tuelle des m e m b r a n e s plasmique et acroso-

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mique externe sous-jacente, qui donne lieu la formation de v6sicules constitutes de ces 2 membranes. Ces v6sicules se disper- s e n t p r o g r e s s i v e m e n t et le c o n t e n u de racrosome, hydrolys6 par les enzymes acrosomiques, est libdr6 l a i s s a n t expos6e la membrane acrosomique interne.

On ne connait pas exactement la chronolo- gie des 6v~nements mol6culaires qui inter- v i e n n e n t dans ce processus, ce qui, p a r contre, est certain, c'est la d6pendance de cette r6action vis-a-vis du Ca++ dont l'afflux intra-cellulaire d6clenche une cascade de r6actions complexes faisant intervenir des m6canismes d'activation et de transduction de signaux [17].

a ) L e r ~ l e p r d s u m d d u C a ++ p e u t s e r ~ s u - m e r c o m m e s u i t :

9 Le Ca++ intra-cellulaire peut inactiver les ATP-ases m e m b r a n a i r e s avec pour cons6- quence une augmentation du Na § intra-cellulaire. Sous l'action d'un antiport Na+/H*, l'affiux des H+ entraine une 616vation du pH intra-cellulaire qui activerait les enzymes acrosomiques [18].

9 En agissant avec les t6tes polaris6es des phospholipides membranaires, le Ca ++ peut contrebalancer les forces de r6pulsion 61ec- t r o s t a t i q u e s e n t r e les m e m b r a n e s plasmique et acrosomique externe et faciliter leur adh6sion [19].

9 Le Ca++ peut activer les phospholipases membranaires avec lib6ration de lysophos- pholipides et d'acides gras fusiog~nes [20]. 9 Enfin le Ca+* peut agir comme un cofac- teur et activer les r6cepteurs des prot6ines G. Ces p r o t 6 i n e s r 6 g u l e n t l ' a c t i v i t 6 d ' e n z y m e s comme l'ad6nylate cyclase et les phospholipases A2 et C qui entrainent la phosphorylation des prot~ines [21, 22, 23].

b) Site naturel de la RA

On sait que pour t r a v e r s e r la m e m b r a n e pellucide, le spermatozoi'de doit avoir effec- tu6 sa RA. Toutefois le lieu off elle se pro-

duit a longtemps 6t6 un sujet de controver- se. Cela est dfi au fait que la r6action peut se p r o d u i r e s p o n t a n 6 m e n t en l ' a b s e n c e d'ovocyte, il suffit que les conditions pour sa r6alisation soient r6unies. Ainsi, les s6cr6- tions du tractus g6nital femelle, riches en progest6rone, prostaglandines et glycosaminoglycanes induisent la RA [24]. Cependant plusieurs 6tudes ont permis d'aboutir ~ la conclusion que chez les mammifferes, la RA du spermatozoade f6condant se produit au contact de la membrane pellucide [25, 26, 27], plus pr6cis6ment, apr~s reconnaissance sp6cifique et liaison avec la fraction glyco- prot6ique majeure, la ZP3 de 83Kd, de cette membrane [28].

Le r6sultat de la r6action est :

9 la lib6ration de racrosine, dont le r61e pr6sum6 est de faciliter le passage du spermatozoide/t travers la membrane pellucide.

9 l'ext6riorisation de la membrane acrosomique interne qui va p e r m e t t r e la reconnaissance sp6cifique de la membrane ovocy- taire.

9 la modification de la plaque 6quatoriale et de la cape post acrosomique dont le r61e est essentiel dans la fusion des 2 gametes. D'ofi l'importance accord6e ~ l'6tude de ce processus comme une des fonctions essen- tielles des gametes males.

3. L e s d i f f 6 r e n t e s m 6 t h o d e s d ' 6 v a l u a . t i o n d e la RA

I1 existe plusieurs techniques qui permet- tent d'appr6cier le statut acrosomique :

9 la microscopie 61ectronique,

9 les techniques d'immunofluorescence faisant appel ~ divers marqueurs comme les lectines et les Ac monoclonaux,

9 les techniques histochimiques, 9 l'6tude de l'activit6 enzymatique.

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siologique afin de la diff~rencier d'une r~action d~g~n~rative de l'acrosome apr~s mort cellulaire.

Ces crit~res d~crits par Russel et coll. [29] sont les suivants :

9 absence de la membrane plasmique et de la membrane acrosomique externe dans la partie ant~rieure de la t~te du spermatozoade, avec presence ou absence des v~sicules issues de la fusion de ces 2 membranes,

9 int~grit~ de la m e m b r a n e plasmique couvrant le segment ~quatorial,

9 fusion de la membrane plasmique et de la membrane acrosomique externe dans la r~gion ~quatoriale.

Cette m~thode lourde et cofiteuse ne peut ~tre utilis~e en routine, n~anmoins elle doit servir de r~f~rence pour valider toute nou- velle m~thode d'appr~ciation du statut acrosomique.

Le tableau de la page ci-contre illustre en r~sum~ les caract~ristiques des autres techniques, les sondes utilis~es, le d~terminant contre lequel ces sondes sont dirig~es, leur localisation - m e m b r a n e plasmique (MP), m e m b r a n e acrosomique e x t e r n e (MAE), m a t r i c e acrosomique, m e m b r a n e acrosomique interne (MAI) - ainsi que les avantages et les inconv~nients de chaque technique.

4. R e m a r q u e s u r l e s d i f f ~ r e n t e s m ~ t h o d e s

La disponibilit~ de diff~rentes techniques pour la mise en ~vidence de la RA a ~t~ en partie h l'origine de beaucoup de confusion et de contradiction rencontr~es dans la litt~- rature.

Compte tenu, d'une part, des caract~ristiques de chaque m~thode et d'autre part, des diff~rentes phases de la r~action, il est ~vident qu'on n ' a u r a pas e x a c t e m e n t les m~mes r~sultats avec 2 techniques diffb- rentes. Par exemple, le pourcentage de RA relev~ ne sera pas le m~me quand la sonde

est dirig~e contre la membrane plasmique ou c o n t r e la m e m b r a n e a c r o s o m i q u e interne ; la l~re d~tecte les modifications de la membrane plasmique qui ont lieu apr~s la capacitation et au d~but de la r~action alors que la 2~me met en 6vidence la phase finale de la r~action, quand les v~sicules sont dispers~es et la m e m b r a n e acrosomique interne est expos~e.

La triple coloration a ~t~ tr~s utilis~e. Elle est peu coflteuse, n6cessite un microscope h fond clair, permet de diff~rencier une vraie r~action acrosomique d'une d~g~n~rescence post-mortem de l'acrosome, les preparations s o n t p e r m a n e n t e s . C e p e n d a n t elle est longue et tr~s sensible aux variations du pH des bains de colorant.

Les sondes fluorescentes sont de plus en plus utilis~es. I1 existe une vari~t~ de lectines conjugu~es ~ la fluoresc~ine qui per- mettent une ~tude plus rapide de cette r~action. Toutefois il est capital de connaitre la structure qu'elles reconnaissent et le signal ~mis en fluorescence (positif ou n~gatif) pour interpreter correctement des r~sultats et comparer h d'autres ~tudes. L'avantage de ces techniques est leur relative rapiditY, elles sont peu o n , r e u s e s et p e u v e n t ~tre facilement coupl~es ~ un colorant vital fluo- r o c h r o m e (Hoechst 33258, p r o p i d i u m ) . L'inconv~nient majeur de ces m~thodes est l'obtention de formes i n t e r m ~ d i a i r e s de fuorescence difficiles h classer.

Les Ac monoclonaux sont par contre plus sp~cifiques. Ils peuvent ~galement ~tre couples fi un colorant vital fluorochrome. N~anmoins, ces m ~ t h o d e s sont c o f i t e u s e s et n~cessitent un r~v~lateur fluorescent de l'Ac (fluorescence indirecte) ce qui alourdit la technique.

R~cemment, la preparation d'Ac fixes sur des billes magn~tiques p e r m e t non seule- ment de d6tecter mais semble ~galement offrir la possibilit~ de trier les spermatozoa'des r~agis qui s e r v i r a i e n t h la micro- injection sous la zone pellucide (SUZI) [43, 44]. On pourrait ainsi r~duire le nombre de

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METHODES CIBLE SIGNAL AVANTAGES INCONVENIENTS AUTEURS (Sondes) DE LA R.A. ... . ... .. ... Chlor~tracacycline MP Gain de fluo Spz vivants Formes interm6diaires Saling et coll. 1979 30 I_ee et coll. 1978 31 Gain de fluo Rapide Simple Spz perm6abilis6s Koehler 1981 32 Etape finale de la RA Toxique Talbot et coll. 1980 33 LECTINES FLUORESCENTE$ RCA-FITC MAI CON-A-FITC MAI Gain de fluo Simple Spz perm6abilis~s Holden et coll. 1990 34 non sp6cifique PSA-FITC Matrice Perte de fluo Rapide Spz perm6abilit6s Cross et coll. 1986 35 acrosomique Simple non sp6cifique Mendzo et coll. 1992 36 Faible concentration Formes interm6diaires de spz PNA-FITC MAE Perle de fluo Rapide Formes interm6diaires Kallajoki et coll. 1986 37 Simple Mortimer et co11.1987 38 Ac-MONOCLONAU~ Sp6cifique HS 21 Matrice Perte de fluo Sp~ifique Spz perm6abilis6s Wolf et coll. 1985 39 acrosomique Longue, coflteuse GB 24 MAI Gain de fluo Sp~cifique Longue, cofiteuse F6nichel et coll. 1989 40 Spz vivants ou fix6s perte de mobilit6 apr6s plusieurs centrifugation Triple coloration

IMMUNOCHIMIOUE Ac-Monoclonaux

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spermatozo~des introduit dans l'espace p6ri- v i t e l l i n et ~viter la p o l y s p e r m i e , t o u t en a u g m e n t a n t les chances d'une f6condation. Enfin l'exploration du s t a t u t de l'acrosome peut ~tre abord6e par l'6tude de l'activit6 de ses enzymes, e s s e n t i e l l e m e n t l'acrosine. I1 existe p l u s i e u r s Ac m o n o c l o n a u x suscep- tibles d'6tudier sa localisation, sa r6parti- tion et son activit6 bas6e sur ses propri6t6s prot6olytiques; dans ce cas il faut distinguer la pro-acrosine non-active, l'acrosine active et l'acrosine totale [45, 46, 47]. Des anomalies qualitatives et q u a n t i t a t i v e s de cette e n z y m e p e u v e n t ~tre ~ l'origine d'hypof6- condit6 masculine [48, 49].

I N T E R E T E T C O N D I T I O N S D ' E T U D E D E L A R A

La capacit6 des spermatozo~des ~ r6agir au contact de la m e m b r a n e pellucide repr6sente u n e fonction essentielle pour la r6alisation de la f6condation. P a r cons6quent, l'6valua- tion de la RA darts le cadre d'une exploration d'une hypof6condit6 masculine parait justi- fi6e. Le probl6me est de d6finir les conditions de r6alisation d'une telle 6tude pour attri- buer fi ce test une valeur pronostique.

I1 est bien admis m a i n t e n a n t que le pourcentage de spermatozoides humains qui accom- plit s p o n t a n 6 m e n t la RA dans les milieux classiques de FIV demeure faible (3 fi 12%) quels que soient le milieu et le temps d'incubation [50, 51, 52, 53]. De plus, la r6action spontan6e donne peu d'indication sur l'apti- tude des spermatozoides/~ r6agir au contact de la m e m b r a n e pellucide, h~ducteur physio- logique de la r6action du spermatozoide qui va p 6 n 6 t r e r l'ovocyte. P a r cons6quent u n e e x p l o r a t i o n d y n a m i q u e , en pr6sence d'un inducteur, semble plus appropri6e.

1. Q u e l i n d u c t e u r c h o i s i r ?

Les i n d u c t e u r s physiologiques, cellules du cumulus, liquide folliculaire ou m e m b r a n e p e l l u c i d e n e s o n t p a s f a c i l e m e n t dispo- nibles. De plus, en raison d'une variabilit6 inh6rente, les liquides biologiques ne sont pas les meilleurs candidats pour 6tablir u n

protocole standardis6. Ainsi les r6sultats de r6action acrosomique v a r i e n t en fonction de la concentration du liquide folliculaire dans le m i l i e u de c u l t u r e et en f o n c t i o n de la t e n e u r en progest6rone du liquide folliculaire [54]. En l'absence, ~ ce jour, de recombi- n a n t de glycoprot6ine ZP3 de la m e m b r a n e pellucide, les ionophores calciques (A23187, ionomycine) sont utilis6s, ~ titre exp6rimen- tal, comme inducteurs in vitro. Sur le plan structural, la r6action induite par l'ionopho- re ne diff6re pas de la r 6 a c t i o n physiolo- gique et le test est reproductible [29]. Les fortes c o n c e n t r a t i o n s de A23187 (50~M), tr~s toxiques, utilis6es au d6but, e n t r a i - n a i e n t une n6crospermie massive qui biai- salt les r 6 s u l t a t s . Nous p r 6 c o n i s o n s u n e concentration f n a l e de 10pM dans le milieu de culture pour un effet positif significatif et une bonne survie [55].

Pour l'estimation du t a u x de R.A. il serait plus judicieux de comptabiliser u n i q u e m e n t les spermatozo~des f r a l c h e m e n t r6agis en r6ponse ~ l'induction [56, 57] s e u l e cette r6ponse dynamique a u r a i t une signification biologique car on ne connait pas le devenir des spermatozo~des p r 6 m a t u r 6 m e n t r6agis. 2. R e l a t i o n e n t r e l a R A et l a f 6 c o n d a n - c e d u s p e r m a t o z o i d e

Compte tenu du r61e essentiel de l'acrosome dans la f6condation, la recherche d'une relation directe entre le s t a t u t acrosomique et le pouvoir f 6 c o n d a n t du s p e r m a t o z o i d e a fait l'objet de nombreux travaux.

Sur le plan morphologique, les anomalies de l ' a c r o s o m e p e u v e n t ~ t r e r e s p o n s a b l e s d'6checs de f6condation [58]. Le cas le plus extr6me est la st6rilit6 d6finitive des sujets p o r t e u r s de s p e r m a t o z o i d e s ~ t~te r o n d e sans acrosome [59].

En ce qui concerne la relation entre la RA et la f~condation, les premiers travaux, o~ le t a u x de RA spontan6e 6tait compar6 au pourcentage d'ovocytes segment6s en FIV, ont donn6 des r ~ s u l t a t s assez c o n t r a d i c - toires. Certains a u t e u r s n'ont pas retrouv6 u n e v6ritable corr61ation e n t r e le t a u x de

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clivage et celui de l a RA [51]. D ' a u t r e s , a u c o n t r a i r e , o n t r e l e v d q u ' u n p o u r c e n t a g e a n o r m a l e m e n t d l e v d d e s p e r m a t o z o a ' d e s r d a g i s a v a n t t o u t t r a i t e m e n t d t a i t s o u v e n t lid ~ u n e f d c o n d a n c e d i m i n u d e [56, 60]. E n ce qui c o n c e r n e la r e l a t i o n e n t r e la RA i n d u i t e et la f d c o n d a n c e , les r d s u l t a t s des d t u d e s m o n t r e n t que les dchecs de fdconda- t i o n s o n t f r d q u e m m e n t lids ~ u n e i n c a p a c i t d d e s s p e r m a t o z o i d e s ~ r d a g i r e n p r d s e n c e d ' u n i n d u c t e u r . Ainsi Calvo et coll [61] o n t r a p p o r t d u n e r d p o n s e d i m i n u d e des s p e r m a - tozoades ~ la s t i m u l a t i o n , d a n s la p l u p a r t d e s s t d r i l i t d s i n e x p l i q u d e s . C e t t e o b s e r v a - t i o n a dtd ~ g a l e m e n t f a i t e p a r W o l f [39], F d n i c h e l et coll. [56] et T a k a h a s h i et coll. [62]. N o u s m~mes, n o u s a v o n s c o n s t a t d u n e r d p o n s e i n s u f f i s a n t e des spermatozoa'des l ' i o n o p h o r e chez les s u j e t s a s t h d n o z o o s p e r - m i q u e s infdconds [55].

C O N C L U S I O N

L ' a p p r ~ c i a t i o n de s t a t u t a c r o s o m i q u e repr~- s e n t e u n e a p p r o c h e f o n c t i o n n e l l e i n t ~ r e s - s a n t e d u p o u v o i r f ~ c o n d a n t d u spermatozoade. L ' a p p r o c h e d y n a m i q u e en p r e s e n c e d ' u n i n d u c t e u r , m ~ m e n o n - p h y s i o l o g i q u e , semble p l u s a p p r o p r i ~ e p o u r l ' ~ t u d e d e s c o r r e l a - t i o n s e n t r e les 2 fonctions d u g a m e t e rome : R A et f ~ c o n d a t i o n . T o u t e f o i s , il existe u n e telle diversit~ d a n s l ' u t i l i s a t i o n des milieux, d e s i n d u c t e u r s et des m o y e n s de d~tection qu'il e s t difficile de c o m p a r e r des r ~ s u l t a t s e t d ' ~ v a l u e r l a v a l e u r p r o n o s t i q u e d ' u n e t e l l e e x p l o r a t i o n . D ' a u t r e p a r t , il f a u d r a i t d e s d t u d e s s y s t d m a t i q u e s p o u r a p p r d c i e r l ' i m p o r t a n c e de la p a t h o l o g i e t o u c h a n t cette s t r u c t u r e d u s p e r m a t o z o i d e .

I1 e s t t r b s s o u h a i t a b l e de s t a n d a r d i s e r le m o d e et les m i l i e u x de p r d p a r a t i o n des sper- m a t o z o i d e s , les p r o t o c o l e s d ' i n d u c t i o n , la t e c h n i q u e d ' d v a l u a t i o n d u s t a t u t a c r o s o - m i q u e ( m d t h o d e s i m p l e , r e p r o d u c t i b l e , fiable), p o u r p o u v o i r c o m p a r e r les r d s u l t a t s d ' d t u d e s m u l t i c e n t r i q u e s et c o n f i r m e r q u e cet a s p e c t de la physiologie d u spermatozoade a u n e rdelle signification clinique.

B I B L I O G R A P H I E

1. AUSTIN CR. : Observations on the penetration of sperm into the mammalian egg. Aust. J. Sci. Res., 1951, B.4 : 581-596.

2. CHANG MC. : Fertilizing capacity of sperm, deposi- ted in the fallopian tubes. Nature, 1951, 168 : 697- 698.

3. LANGLAIS J, ROBERTS KD. : A molecular membrane model of sperm capacitation and the acrosome reaction of mammalian spermatozoa. Gam. Res. 1985, 12 : 183-224.

4. TESARIK J. From the cellular to the molecular dimension : the actual challenge for human fertilization research. Gain. Res. 1986, 13 : 4%89. 5. KOEHLER JK. : Surface alteration during the

capacitation of mammalian spermatozoa. Am. J. Primatol. 1981 : 131-141.

6. AGUAS AP, PINTO da SILVA P. : Regionalisation of transmembrane glycoproteins in the plasma membrane of boar sperm head is revealed by fracture-label. J. Cell. Biol. 1983, 97 : 1356-1364. 7. AGUAS AP, PINTO da SILVA P. : High density of

transmembrane glycoproteins on the flagellar surface of boar sperm cells. J. Cell. Biol.1984, 99 : 655-660. 8. KOEHLER JK. : Human sperm head ultra-structu-

re : A freeze- etching study. J. Ultrastruct. Res. 1972, 39 : 520-539.

9. TESARIK J. : Topographical relationship of intramem- brane particle distribution patterns in human sperm membranes. J. Ultrastruct. Res. 1984, 89: 42-55. 10. KOEHLER JK, De CURTIS I, STENCHEVER MA,

SMITH D. : Interaction of human sperm with zona- free hamster eggs. Gamete Res. 1982, 6 : 371-386. 11. DAVIS BK. : Timing of fertilization in mammals :

Sperm cholesterol/phospholipid ratio as a determi- nant of the capacitation interval. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1981, 78 : 7560-7564.

12. DAVIS BK. : Uterine fluid proteins bind sperm cholesterol during capacitation in the rabbit. Expe- rientia, 1982, 38 : 1063-1064.

13. AITKEN RJ, WANG YF, LUI J, BEST F, RICHARDSON DW. : The influence of medium composition, osmolarity and albumin content on the acrosome reaction and fertilizing capacity of human spermatozoa : development of an improved zona-free hamster egg penetration test. Int. J. Androl. 1983, 6,: 180-193.

(8)

15. LENZ RW, BALL GD, LOHSE JK, FIRST NL. AX R.L. : Chondrointin sulfate facilitates an acrosome reaction in bovine spermatozoa as evidenced by light microscopy, electron microscopy and in vitro

fertilization. Bio. Reprod. 1983, 28: 683-690.

16. DAVIS BK, BYRNE R, BEDIGIAN K. : Studies on the mechanism of capacitation : albumin mediated changes in plasma membrane lipids during in vitro

incubation of rat cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1980, 77: 1546-1550.

17. R O L D A N E R S , H A R R I S O N RAP. : M o l e c u l a r m e c h a n i s m s l e a d i n g to e x o c y t o s i s d u r i n g t h e s p e r m acrosome reaction. Fertilization in Mam- mals. Eds Bavister BD. Cummins JM. et Roland ERP. Plenum Press, New-York, 1990 : 179-196.

18. YANAGIMACHI R . : Mammalian fertilization. In "The physiology of reproduction" edited by Knobil E. Neill J. Raven Press, Ltd New-York, 1988 : 135.

19. NILES WD, COHEN FS. : Vesicle fusion with pla- nar m e m b r a n e s as a model system of exocytosis. Ann. NY Acad. Sci. 1991 36: 182-190.

20. LANGLAIS J,, PLANTE L, BLEAU G, CHAPDE- LAINE A, ROBERTS KD. : Metabolism of lyso- phosphatidylcholine in relation to sperm capacitation. Fertil. Steril. 1982, 38: 135-136.

21. KOPF GS. : Regulation of sperm function by guani- ne nucleotide-binding regulatory proteins (G-proteins). In " Meiotoic Inhibition : Molecular Control of Meiosis" Hazeltine, F.P. and First, F.L. (eds),. A.R. Liss, New York,1988, 357-386.

22. ROLDAN E.R.S., HARRISON RAP. : Absence of active protein kinase C in ram spermatozoa. Bio- chem. Biophys. Res Commun.1989, 155 : 901-906.

23. A N D E R S O N RA, F E A T H E R G I L L KA, ZANE- V E L D L J D . : E v i d e n c e for m o d u l a t i o n of t h e h u m a n sperm acrosome reaction by G-proteins. J. Androl. Suppl. 1991, 43.

24. BLACKMORE PF, B E E H E SJ, DANFORTH DR, ALEXANDER NJ. : Progesterone and 17 -hydroxy- progesterone. Novel stimulators of calcium influx in human sperm. J. Biol. Chem. 1990, 264 : 1376-1380.

25. SALING PM, STOREY BT. : Mouse gamete inter- actions during fertilization in vitro. Chlortetracy- cline as a fluorescent probe for the mouse acrosome raction. J. Cell. Biol. 1979, 83 : 544-552.

26. CROZET N, DUMONT M. : The site of the acrosome reaction during in vivo penetration of the sheep oocyte. Gamete Res. 1984, 10 : 97-102.

27. CROZET N. : Ultrastrucural aspects of in vivo fertilization in the cow. Gamete Res. 1984, 10 : 241-247.

28. WASSARMAN PM. : Early events in mammalian fertilization. Ann. Rev. Cell. Biol. 1987, 3 : 109- 115.

29. RUSSELL L, PETERSON RN, F R E U N D M. : Mor- phologic characteristics of chemically induced acrosome reaction in human spermatozoa. Fertil. Ste- ril. 1979, 32, 87-92.

30. SALING PM, STOREY BT. : Mouse gamete inter- actions during fertilization in vitro, chlortetracy- cline as a fluorescent probe for the mouse sperm acrosome reaction. J. Cell. Biol. 1979, 83 : 544- 555.

31. LEE MA, TRUCCO GS, BECHTOL KB, WUMMER N, KOPF GS, BLASCO L, STOREY BT. : Capacita- tion and acrosome reactions in h u m a n spermatozoa monitored by a chlortetracylcine fluorescence assay. Fertil. Steril.1987, 48 : 649-658.

32. KOEHLER JK. : Lectins as probes of the spermato- zoan surface. Arch. Androl. 1981, 6 : 197-218.

33. TALBOT P, CHACON R.S. : A new procedure for rapidly scoring acrosome reaction of human sperm. Gamete Research. 1980, 3 : 211-216.

HOLDEN CA, HYNE RV, SATHANANTHAN AH, T R O U N S O N AO. : A s s e s s m e n t of h u m a n sperm acrosome reaction using c o n c a n a v a l i n - A lectin. Molec. Reprod. Develop. 1990, 25 : 247-257.

35. CROSS NL, M O R A L E S P, O V E R S T R E E T JW, HANSON FW. Two simple methods for detecting a c r o s o m e - r e a c t e d h u m a n s p e r m . G a m e t e Res. 1986, 15 : 213-226.

36. MENDOZA C, CARRERAS A, MOOS J, TESARIK J. Distinction between true acrosome reaction and degenerative acrosome loss by a one step staining method using Pisum sativum agglutin. J.Reprod. Fertil. 1992, 95 : 755-763.

37. KALLAJOKI M, VIRTANEN I, S U O M I N E N J. : The fate of acrosomal staining during the acrosome reaction of h u m a n spermatozoa as revealed by a m o n o c l o n a l a n t i b o d y a n d P N A - l e c t i n . I n t . J. Androl. 1986, 9 : 181-194.

MORTIMER D, CURTIS EF, MILLER RG. : Speci- fic labelling by peanut agglutinin of the outer acrosomal membrane of the h u m a n spermatozoon. J. Reprod. Fertil. 1987, 81 : 127-135.

39. WOLF DP, BOLDT J, BYRD W, BECHTOL KB. : Acrosomal status evaluation in human ejaculated sperm with monoclonal antibodies. Biol. Reprod. 1986, 32 : 1157.

F E N I C H E L P, HSI BL, F A R A H I F A R D, DON- Z E A U M, B A R R I E R - D E L P E C H D, YEH CJG. : Evaluation of the human sperm acrosome reaction using a monoclonal antibody, GB24, and fluorescence-activated ceil sorter. J. Reprod. Fertil. 1989, 87 : 699-706.

TALBOT P, CHACON RS. : A triple-stain technique for evaluating normal acrosome reactions of human sperm. J. Ex. Zool. 1981, 215 : 201-208. 34.

38.

40.

41.

(9)

42. BRAUN J, HIRSCH T, KRAUSE W, ZIEGLER A. : Evaluation of the acrosome reaction using monoclo- hal antibodies against different acrosomal anti- gens-comparison with the triple stain techniques. Int. J. Androl. 1991, 14 : 431-436.

43. O K A B E M, M A T Z O S, N A G I R A M, Y I N G X, KOHAMA Y, MIMURA T. : Collection of acrosome- reacted human sperm using monoclonal antibody- coated paramagnetic beads. Molecul. Reprod. Dev. 1992, 32 : 389-393.

44. P A R I N A U D J. V I E I T E Z G, L A B A L B, RICHOILLEY G. : Selection et micro-injection des s p e r m a t o z o i d e s a y a n t fair l e u r r6action acrosomique. Communication aux Journ6es de P6ricon- ceptologie, Toulouse 27-29 Mai 1993.

45. TESARIK J. DRAHORAD J, PEKNICOVA J. : Sub- cellular immunochemical localisation of acrosin in human spermatozoa during the acrosome reaction and zona pellucida penetration. Fertil. Steril. 1988, 50 : 133-140.

46. DRAHORAD J, CECttOVA D, TESARIK J. : Acti- vation of proacrosine by a locally produced compo- n e n t of h u m a n follicular fluid. J. Reprod. Fertil. 1988, 83 : 599-603.

47. GOODPASTURE JC, ZAVOS PML, COHEN MR, ZANEVELD LID. : Relationship of human sperm acrosin and proacrosin to semen parameters. Com- p a r a i s o n between s y m p t o m a t i c m e n of infertile couples and asymptomatic men, and between different split ejaculates. J. Androl. 1990, 1 : 16-27.

48. M O H S E N I A N M, SYNER FN, MOGHISSI KS. : A study of sperm acrosin in patients with unex- plained infertility. Fertil. Steril. 1982, 37 : 223- 229.

49. KOUKOULIS GN, VANTMAN D, DENNISON L, BANKS SM, SHERIN RJ. : Low acrosin in a subgroup of men with idiopathic infertility does not correlate with sperm density percent motility, cur- vilinear velocity of linearity. Fertil. Steril. 1989, 52: 120-127.

50. PERREAULT S, ROGERS BJ. : Capacitation pat- tern of human spermatozozoa. Fertil. Steril. 1982, 38 : 258-260.

51. PLACHOT M, MANDELBAUM J, J U N C A AM. : Acrosome reaction of h u m a n sperm used for in vitro fertilization. Fertil. Steril. 1984, 42 : 418- 423.

52. PILIKIAN S, MIMOUNI P. : Comparative study of the acrosome reaction and survival of human spermatozoa in various media. Int. J. Androl. 1988, 11 : 465-472.

53. M O R T I M E R D, CURTIS EF, CAMENZIND AR, TANAKA S. : The spontaneou~ acrosome reaction of h u m a n s p e r m a t o z o a in vitro. H u m . Reprod. ]989, 4 : 57-62.

54. OSMAN RA, ANDRIA ML, J O N E S AD, MEIZEL S. : Steroid induced exocytosis - the human sperm acrosome reaction. Bioch. Biophys. Res. Comm. 1989 : 160.

55. PILIKIAN S, G U E R I N J F , A D E L E I N E P, ECO- CtIARD R, CZYBA JC. : Spontaneous and ionopho- re induced acrosome reaction in asthenozoospermic infertile semen. Hum. Reprod. 1992, 7 : 991-992.

56. F E N I C H E L P, D O N Z E A U M, F A R A H I F A R D, BASTERIS B, AYRAUD N, HSI BL. : Dynamics of human sperm acrosome reaction, relation with in vitro fertilization. Fertil. Steril. 1991, 55 : 994-999. 57. TESARIK J, MENDOZA C, CARREIL4S A. : Fast

acrosome reaction m e a s u r e : a h i g h l y s e n s i t i v e method for evaluating stimulus-induced acrosome. Fertil. Steril. 1993, 59 : 424-430.

58. J E U L I N C, FENEUX D, SERRES C, J O U A N N E T P, G U I L L E T - R O S S O , B E L A I S H - A L L A R T J , FRYDMAN R, TESTARD J. Sperm factors related to f a i l u r e of h u m a n in vitro f e r t i l i z a t i o n . J. Repro& Fert~l. 1986, 76 : 735-741.

59. JEYENDRAN RS, VAN DER VEN HH, KENNEDY WP, HEATH E, P E R E Z - P E L A E Z M, S O B R E R O A J, Z A N E F E L D L J D . : A c r o s o m e l e s s sperm, a cause of primary male infertility. Andrologia, 1985, 17 : 31-37.

60. T O P F E R - P E D E R S E N E, H E I S S L E R E, SCHILL

WB. : The kinetic of acrosome reaction, an additional sperm parameter. Andrologia, 1985, 17 : 24-233.

61. CALVO L, VANTMAN D, BANKS SM, TEZON J, KOUKOULIS GN, DENNISON L, SHERINS RJ. : Follicular fluid induced acrosome reaction distin- guishes a subgroup of men with unexpained infertility not identified by semen analysis. Fertil. Ste- ril. 1989, 52 : 1048-1054.

62. TAKAHASHI K, WETZELS MM, GOVERDE HJ, BASTIAANS BA, J A N S S E N HJG, ROLLAND R. : The kinetics of the acrosome reaction of h u m a n spermatozoa and its correlaiton with in vitro fertilization. Fertil. Steril. 1992, 57 : 889-894.

A B S T R A C T

T h e a c r o s o m e r e a c t i o n . R e v i e w

o f t h e d i f f e r e n t m e t h o d s o f

e v a l u a t i o n a n d t e h i n t e r e s t o f

a c r o s o m a l i n v e s t i g a t i o n

S. PILIKIAN

Laboratoire d e B i o l o g i e d e la Repro-

duction et du Ddveloppement, Lyon

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z a t i o n o f t h e o o c y t e . S e v e r a l m e t h o d s a r e a v a i l a b l e f o r t h e e v a l u a t i o n o f t h e a c r o s o m a l s t a t u s ; e a c h m e t h o d d e t e c t s a s t e p o f t h e r e a c t i o n w h i c h is a c o n t i - n u o u s p r o c e s s . D u e t o t h e d i v e r s i t y a n d t h e r e l a t i v e s p e c i f i c i t y o f e a c h t e c h n i q u e , i t is d i f f i c u l t t o c o m p a r e r e s u l t s i n a b s o l u t e v a l u e s .

T h e r e a c t i o n is C a + + d e p e n d e n t . T h e u s e o f Ca++ i o n o p h o r e s is v a l u a b l e f o r a d y n a m i c s t u d y w h i c h g i v e s a b e t t e r a p p r e c i a t i o n o f t h e c a p a c i t y o f s p e r m a - t o z o a t o r e a c t t o a s p e c i f i c s t i m u l u s .

M a n y a u t h o r s h a v e a t t e m p t e d t o c o r r e - l a t e t h e a c r o s o m a l s t a t u s t o t h e f e r t i l i - z i n g a b i l i t y o f s p e r m a t o z o a . T h e r e s u l t s s h o w a r e d u c e d i n d u c t i o n o f A R i n h y p o f e r t i l e s p e r m .

M o r e s t u d i e s w i t h s t a n d a r d m a t e r i a l s a n d m e t h o d s a r e n e e d e d i n o r d e r t o c o n f i r m t h e d i a g n o s t i c v a l u e o f t h i s t e s t .

K e y w o r d s : Human spermatozoa, acrosome raction tests, acrosome reaction - in vitro fertilization.