PRDX5 et PRDX6 dans la réponse au stress oxydatif lors de la cryoconservation des spermatozoïdes bovins

Contexte académique

La cryoconservation est une étape clé dans les technologies de reproduction animale et assistée, en particulier pour la préservation des spermatozoïdes bovins. Cependant, le stress oxydatif généré pendant la cryoconservation peut considérablement réduire la qualité des spermatozoïdes, entraînant des dommages à l’ADN, une altération de la fonction mitochondriale et des modifications de la fluidité membranaire. Ces problèmes affectent non seulement la motilité et la viabilité des spermatozoïdes, mais peuvent également compromettre leur capacité de fécondation. Pour contrer le stress oxydatif, les protéines antioxydantes intracellulaires, en particulier les peroxyrédoxines (PRDXs), jouent un rôle crucial. Les PRDXs sont une famille d’enzymes antioxydantes capables de neutraliser les espèces réactives de l’oxygène (Reactive Oxygen Species, ROS), protégeant ainsi les cellules contre les dommages oxydatifs.

Dans cette étude, les auteurs se sont concentrés sur le comportement de PRDX5 et PRDX6, deux membres de la famille des PRDXs, lors de la cryoconservation des spermatozoïdes bovins. PRDX5 est principalement localisé dans la gaine mitochondriale, protégeant la fonction mitochondriale, tandis que PRDX6 est principalement situé sur la membrane cellulaire, où il participe à la réparation des phospholipides oxydés. Pendant la cryoconservation, la localisation et la fonction de ces deux protéines peuvent changer, influençant ainsi la capacité antioxydante des spermatozoïdes. Par conséquent, étudier le comportement de PRDX5 et PRDX6 pendant la cryoconservation permet non seulement de mieux comprendre les mécanismes de protection des spermatozoïdes face au stress oxydatif, mais pourrait également ouvrir de nouvelles perspectives pour améliorer les techniques de cryoconservation.

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Agnieszka Mostek-Majewska, Magdalena Bossowska-Nowicka, Mariola Słowińska et Andrzej Ciereszko de l’Institut de recherche sur la reproduction animale et l’alimentation de l’Académie polonaise des sciences. Il a été publié en 2025 dans la revue Cell Communication and Signaling. La recherche a été financée par le Centre national des sciences de Pologne (projet n° 2021/43/D/NZ9/01916).

Méthodologie de l’étude

1. Matériel biologique et cryoconservation

L’étude a utilisé des échantillons de sperme provenant de huit taureaux Holstein-Frison adultes. Le sperme a été collecté par vagin artificiel, puis immédiatement dilué avec un diluant Bioxcell sans protéines et transporté à 4°C vers le laboratoire. Avant la cryoconservation, les échantillons de sperme ont été équilibrés à 4°C pendant 2 heures, puis congelés à l’azote liquide.

2. Mesure des paramètres de qualité du sperme

La concentration et la viabilité des spermatozoïdes ont été mesurées à l’aide d’un microscope à fluorescence assisté par ordinateur (NucleoCounter SP-100), et la motilité des spermatozoïdes a été évaluée à l’aide d’un système d’analyse informatisée du sperme (HT CASA II). De plus, le potentiel de membrane mitochondriale (Mitochondrial Membrane Potential, MMP), la fragmentation de l’ADN, la fluidité membranaire, ainsi que les niveaux intracellulaires de monoxyde d’azote (Nitric Oxide, NO) et d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) ont été mesurés par cytométrie en flux (système Guava EasyCyte).

3. Localisation et expression de PRDX5 et PRDX6

Des anticorps marqués par fluorescence ont été utilisés pour détecter la localisation de PRDX5 et PRDX6 à la surface des spermatozoïdes, ainsi que les changements avant et après la cryoconservation, à l’aide de la cytométrie en flux par imagerie (Imaging Flow Cytometry). En outre, l’expression de PRDX5 et PRDX6 dans les vésicules extracellulaires (Extracellular Vesicles, EVs) et le plasma séminal dépourvu d’exosomes a été analysée par Western blotting.

4. Oligomérisation de PRDX5 et PRDX6

L’état d’oligomérisation de PRDX5 et PRDX6 avant et après la cryoconservation a été analysé par SDS-PAGE non réductrice et immunoblot. Les résultats ont montré que PRDX5 et PRDX6 formaient des oligomères de haut poids moléculaire (High-Molecular-Weight, HMW) stabilisés par des liaisons disulfures après la cryoconservation.

5. Interaction entre PRDX5, PRDX6 et TLR4

La co-immunoprécipitation a été utilisée pour détecter l’interaction entre PRDX5, PRDX6 et le récepteur de type Toll 4 (Toll-Like Receptor 4, TLR4). Les résultats ont montré que PRDX5 et PRDX6 formaient des complexes avec TLR4, ce qui pourrait être lié à leur transport intracellulaire sous stress oxydatif.

Résultats principaux

1. Impact de la cryoconservation sur la qualité du sperme

La cryoconservation a significativement augmenté les niveaux de ROS et de NO dans les spermatozoïdes, entraînant une diminution du potentiel de membrane mitochondriale, une augmentation de la fragmentation de l’ADN et une élévation de la fluidité membranaire. Ces changements indiquent que le stress oxydatif induit par la cryoconservation a un impact négatif significatif sur la qualité du sperme.

2. Changements de localisation de PRDX5 et PRDX6

Après la cryoconservation, PRDX5 s’est déplacé de la surface des spermatozoïdes vers l’intérieur de la cellule, tandis que PRDX6 s’est déplacé de l’intérieur de la cellule vers la membrane. Ce changement de localisation pourrait être un mécanisme de protection des spermatozoïdes face au stress oxydatif.

3. Oligomérisation de PRDX5 et PRDX6

Après la cryoconservation, PRDX5 et PRDX6 ont formé des oligomères de haut poids moléculaire. Ces oligomères, stabilisés par des liaisons disulfures, suggèrent que le stress oxydatif induit par la cryoconservation a provoqué un changement fonctionnel de PRDX5 et PRDX6, passant d’une activité peroxydase à une activité chaperon.

4. Interaction entre PRDX5, PRDX6 et TLR4

L’étude a confirmé que PRDX5 et PRDX6 formaient des complexes avec TLR4. Cette interaction pourrait jouer un rôle dans le transport intracellulaire et la régulation fonctionnelle de PRDX5 et PRDX6 sous stress oxydatif.

Conclusions et implications

Cette étude met en lumière le rôle crucial de PRDX5 et PRDX6 dans la protection des spermatozoïdes bovins pendant la cryoconservation. Le stress oxydatif induit par la cryoconservation provoque des changements de localisation et d’oligomérisation de ces protéines, leur permettant d’agir comme des chaperons moléculaires pour protéger les spermatozoïdes contre les dommages oxydatifs. De plus, l’interaction entre PRDX5, PRDX6 et TLR4 pourrait renforcer leur capacité antioxydante.

Ces découvertes approfondissent notre compréhension des mécanismes antioxydants des spermatozoïdes et ouvrent de nouvelles perspectives pour améliorer les techniques de cryoconservation. En régulant l’expression et la fonction de PRDX5 et PRDX6, il pourrait être possible d’améliorer la qualité et la capacité de fécondation des spermatozoïdes cryoconservés, contribuant ainsi au développement des technologies de reproduction animale et humaine.

Points forts de l’étude

1. Première découverte des changements de localisation de PRDX5 et PRDX6 pendant la cryoconservation : L’étude est la première à rapporter le déplacement de PRDX5 et PRDX6 de l’intérieur de la cellule vers la membrane pendant la cryoconservation, révélant ainsi leur mécanisme de protection sous stress oxydatif.
2. Oligomérisation de PRDX5 et PRDX6 : L’étude démontre pour la première fois que PRDX5 et PRDX6 forment des oligomères de haut poids moléculaire après la cryoconservation, stabilisés par des liaisons disulfures, indiquant un changement fonctionnel vers une activité chaperon.
3. Interaction entre PRDX5, PRDX6 et TLR4 : L’étude révèle pour la première fois l’interaction entre PRDX5, PRDX6 et TLR4, ce qui pourrait être lié à leur transport intracellulaire et à leur régulation fonctionnelle sous stress oxydatif.

Autres informations pertinentes

L’étude a également révélé que PRDX5 et PRDX6 sont présents dans les vésicules extracellulaires du plasma séminal, suggérant que ces vésicules pourraient servir de système de transport pour délivrer ces protéines antioxydantes aux spermatozoïdes, renforçant ainsi leur capacité antioxydante. Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour étudier le rôle des vésicules extracellulaires dans la protection des spermatozoïdes.