Investigation génétique et moléculaire des facteurs masculins responsables d'échecs de fécondation et de développement embryonnaire en reproduction humaine. // Genetic and molecular investigation of fertilization failures and preimplantation arrest in hum

Avec les changements récents de mode de vie et la diminution continue de la qualité du sperme, l'infertilité est devenue un problème de santé publique qui concerne environ 15 % des couples. Il s'agit bien d'une maladie qui a des répercussions importantes sur notre société et qui peut avoir un impact important sur la santé mentale des personnes concernées. Les techniques d'assistance médicale à la procréation permettent une prise en charge efficace pour une majorité de patients mais de nombreux couples restent sans grossesses. Les causes d'infertilité sont nombreuses (sociétales, environnementales, chromosomiques ou géniques) mais on peut penser qu'une grande partie des anomalies spermatiques les plus sévères ont une cause génétique car plus de 2000 gènes sont très fortement exprimés dans le testicule et probablement nécessaires à la formation de spermatozoïdes fonctionnels. Ainsi les différents phénotypes d'infertilité masculine sont autant de maladies rares qui présentent généralement une grande hétérogénéité génétique. Notre équipe de recherche GETI (Génétique Epigénétique et Thérapies de l'Infertilité) est une des équipes leader dans le domaine de la génétique de l'infertilité et nous avons identifié et caractérisé plus de 30 gènes impliqués dans différents phénotypes de l'infertilité masculine comme la macrozoospermie, la globozoospermie ; l'asthénozoospermie ou l'ANO.
Nous nous nous intéressons maintenant aux patients présentant des échecs de fécondation et/ou des arrêts de développement embryonnaire, des anomalies qui n'ont pas encore été largement étudiées. Ici, l'anomalie fonctionnelle peut être d'origine masculine ou féminine et les deux membres du couple doivent être analysés. Nous avons jusqu'à présent réalisé un séquençage exomiques de 35 couples (70 sujets) qui ont connu au moins deux échecs de fécondation in vitro (FIV) sans développement embryonnaire et identifié quatre gènes candidats masculins (présence chez l'homme d'une mutation homozygote délétère dans un gène testiculaire) que nous souhaitons explorer. Nous avons choisi 2 gènes candidats parmi les 4 identifiés pour confirmer leur rôle dans l'infertilité et caractériser leur fonction. Nous avons utilisé la technique de CRISPR/Cas9 et créé deux lignées de souris knock out (KO). Le travail du/de la candidat(e) sera de caractériser la fonction de ces deux gènes et leur physiopathologie. La fonction biologique des gènes candidats sera explorée par des études de localisation utilisant l'immunofluorescence et la microscopie électronique à transmission avec marquage à l'or (immunogold TEM), afin de déterminer leur distribution subcellulaire dans les cellules germinales et les spermatozoïdes matures. Pour identifier les partenaires protéiques, une co-immunoprécipitation suivie d'une spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) sera réalisée. Des analyses transcriptomiques par séquençage de l'ARN sur des cellules germinales dissociées post-méiotiques provenant de souris de type sauvage et de souris knock-out (KO) permettront de révéler les voies en aval potentiellement affectées par l'inactivation génique. Enfin, nous évaluerons l'efficacité des stratégies thérapeutiques dans les modèles KO d'Actrt2 et Actrt3. Dans ces modèles, nous comparererons deux approches d'activation artificielle de l'ovocyte après ICSI : (1) l'activation chimique à l'aide d'ionophores calciques tels que A23187, qui imitent les oscillations intracellulaires de Ca²⁺ normalement déclenchées par PLCZ1, et (2) l'activation moléculaire par microinjection directe d'ARNm de Plcz1 dans l'ovocyte afin de restaurer la signalisation physiologique de l'activation. Cette étude comparative vise à déterminer l'efficacité relative de chaque stratégie pour restaurer la fécondation et favoriser le développement embryonnaire précoce. En définitive, ce travail établira une base pour des interventions thérapeutiques personnalisées selon le génotype dans le cadre de l'Assistance Médicale à la procréation.
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With recent lifestyle changes and the continuous decline in sperm quality, infertility has become a public health issue affecting approximately 15% of couples. It is indeed a disease with significant repercussions on our society and can have a major impact on the mental health of those affected. Medically assisted reproduction techniques offer effective care for the majority of patients, but many couples still do not achieve pregnancy. The causes of infertility are numerous—societal, environmental, chromosomal, or genetic—but it is believed that many of the most severe sperm abnormalities have a genetic origin, as over 2,000 genes are highly expressed in the testis and are likely required for the formation of functional spermatozoa. Thus, the various phenotypes of male infertility represent rare diseases that typically exhibit considerable genetic heterogeneity.
Our research team, GETI (Genetics, Epigenetics and Therapies of Infertility), is one of the leading groups in the field of infertility genetics, and we have identified and characterized more than 30 genes involved in different male infertility phenotypes, such as macrozoospermia, globozoospermia, asthenozoospermia, and non-obstructive azoospermia (NOA).
We are now focusing on patients who experience fertilization failure and/or early embryonic developmental arrest—anomalies that have not yet been extensively studied. In these cases, the functional abnormality may originate from either the male or the female, and both partners must be analyzed. So far, we have conducted exome sequencing on 35 couples (70 individuals) who experienced at least two in vitro fertilization (IVF) failures without embryonic development and have identified four candidate male genes (presence of a homozygous deleterious mutation in a testis-expressed gene) that we wish to explore. We selected two candidate genes among the four identified to confirm their role in infertility and to characterize their function.
Using the CRISPR/Cas9 technique, we generated two knockout (KO) mouse lines. The candidate's work will be to characterize the function and pathophysiology of these two genes. The biological function of the candidate genes will be explored through localization studies using immunofluorescence and immunogold transmission electron microscopy (TEM) to determine their subcellular distribution in germ cells and mature sperm. To identify protein partners, co-immunoprecipitation followed by tandem mass spectrometry (MS/MS) will be carried out. Transcriptomic analyses using RNA sequencing on post-meiotic dissociated germ cells from wild-type and KO mice will help reveal potential downstream pathways affected by gene inactivation.
Finally, we will assess the effectiveness of therapeutic strategies in Actrt2 and Actrt3 KO models. In these models, we will compare two approaches to artificial oocyte activation following ICSI: (1) chemical activation using calcium ionophores such as A23187, which mimic the intracellular Ca²⁺ oscillations normally triggered by PLCZ1, and (2) molecular activation through direct microinjection of Plcz1 mRNA into the oocyte to restore physiological activation signaling. This comparative study aims to determine the relative efficacy of each strategy in rescuing fertilization and promoting early embryonic development. Ultimately, this work will establish a foundation for genotype-driven therapeutic interventions in the context of assisted reproductive technologies.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Grenoble Alpes

216 ISCE - Ingénierie pour la Santé la Cognition et l'Environnement

Le/la candidat(e) devra avoir réalisé des stages de recherche en biologie moléculaire/cellulaire, si possible dans le domaine de la reproduction. Doit être volontaire pour travailler sur la souris, avoir obtenu le diplôme d'expérimentation animale est un plus. Une bonne maitrise de l'anglais est nécessaire.
The candidate must have completed a research internship in molecular/cellular biology, if possible in the field of reproduction. A good command of English is necessary.