L'infertilité masculine concerne plus de 20 millions d'homme à travers le monde et représente un véritable enjeu de santé public. Bien que multifactorielle, l'infertilité masculine a une composante génétique importante qui jusqu'à présent n'a été que peu étudiée. L'objectif de mon travail a été d'initier et de poursuivre les investigations génétiques sur trois phénotypes de tératozoospermie: les spermatozoïdes macrocéphales, la globozoospermie et les anomalies morphologiques multiples des flagelles (AMMF).Pour le premier phénotype, nous avons étudié 87 patients, dont 83 cas-index, présentant un phénotype de macrozoospermie. Nous avons trouvé la mutation c.144delC dans le gène AURKC chez 82% des patients (68/83) confirmant qu'il s'agit de l'évènement génétique prépondérant pour ce phénotype. Une nouvelle mutation récurrente, p.Y248*, entrainant la dégradation totale du transcrit anormal par nonsense-mediated mRNA decay, a été retrouvée chez 10 patients non‐apparentés. L'identification de deux mutations ancestrales dans AURKC maintenues au cours de l'évolution malgré leur effet délétère sur la reproduction chez l'homme homozygote, ouvre la question d'un potentiel avantage sélectif procuré par l'haplo-insuffisance d'AURKC.Pour le second phénotype, nous avons analysé une cohorte de 34 patients globozoospermiques par séquençage et MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification). Au total, la délétion homozygote de DPY19L2 a été retrouvée chez 22 patients sur 30 cas non apparentés (73.3%) et 3 nouvelles mutations ponctuelles ont été identifiées. Ces résultats indiquent que l'analyse moléculaire de DPY19L2 des patients globozoospermiques ne devrait pas être limitée à la recherche de la délétion homozygote de DPY19L2. Dans un second temps, nous avons démontré que la délétion récurrente de DPY19L2 était médiée par le mécanisme de recombinaison homologue non allélique (NAHR) entre deux séquences répétées homologues (LCR) de 28kb situées de chaque côté du gène. La très grande majorité des points de cassure surviennent dans une région de 1,2 kb située dans la partie centrale des LCRs. Cette région minimale de recombinaison est elle‐même centrée sur une séquence consensus de 13 nucléotides reconnue par PRDM9, une protéine à doigts de zinc qui favorise la survenue des cassures doubles brins initiant les processus de recombinaisons. Les modèles théoriques prédisent que, lors de la méiose, le mécanisme NAHR génère de novo plus d'allèles recombinés délétés que dupliqués. Étonnamment, dans la population générale les allèles DPY19L2 dupliqués sont trois fois plus fréquents que les allèles délétés. Nous avons développé une PCR digitale sur le sperme afin de mesurer le taux de délétions et de duplications de novo à ce locus chez des témoins. Tel qu'il était prédit par le modèle de NAHR, nous avons identifié un taux de délétions supérieur à celui des duplications. Ce paradoxe peut s'expliquer par la sélection qui s'opère à l'encontre des hommes infertiles porteurs de la délétion homozygote et potentiellement des hommes porteurs d'une délétion hétérozygote.Enfin pour le troisième phénotype, nous avons réalisé l'analyse par cartographie par homozygotie de 20 patients infertiles, dont 18 cas-index, présentant des anomalies morphologiques du flagelle. Cinq mutations homozygotes ont été identifiées dans le gène DNAH1 parmi les 18 patients non-apparentés (28%). Ce gène code pour une chaine lourde des bras internes de dynéine exprimée dans le testicule. Des analyses d'immunofluorescence et de RT-PCR ont confirmé le caractère pathogène d'une de ces mutations situées sur un site donneur d'épissage. Les analyses par microscopie électronique ont révélé une désorganisation générale de l'axonème incluant une disparition des doublets centraux et des bras internes de dynéine suggérant que DNAH1 est une protéine clé dans la biogenèse du flagelle du spermatozoïde. / Male infertility affects more than 20 million men worldwide and represents a major health concern. Although multifactorial, male infertility has a strong genetic basis which has so far not been extensively studied. The objectives of my thesis were to initiate and conduct some genetic investigations on three specific phenotypes of teratozoospermia: macrozoospermia, globozoospermia and multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF).For the first phenotype, we studied 87 patients with macrozoospermia, including 83 index cases, and identified c.144delC, a pathogenic mutation in the AURKC gene in 82% of patients (68/83) confirming that this variant is the main cause of macrozoospermia. A new recurrent mutation, p.Y248*, leading to degradation of the mutant transcripts by non-sense mediated mRNA decay was identified in 10 unrelated patients. Patients with no identified AURKC mutation have a decreased rate of spermatozoa with a large head and multiple flagella. Identification of two ancestral mutations in AURKC maintained during evolution despite their negative effect on reproduction in homozygous men, raises the question of a potential selective advantage provided by the AURKC haploinsufficiency.For the second phenotype, we first analyzed 34 patients presenting with globozoospermia using MLPA (multiplex ligation-dependent probe amplification) and Sanger sequencing. In total, 22 of the 30 unrelated patients where homozygous for the DPY19L2 deletion (73.3%) and 3 novel point mutations were identified. These results suggest that the molecular investigation of the DPY19L2 gene in globozoospermic patients should not be limited to the detection of the DPY19L2 genomic deletion and open interesting perspectives for the identification of DPY19L2 partners during acrosome biogenesis. Subsequently, we demonstrated that the genomic deletion was mediated by Non-Allelic Homologous Recombination (NAHR) between two homologous 28-Kb Low Copy Repeats (LCRs) located on each side of the gene. The vast majority of genomic breakpoints fell within a 1.2-Kb region central to the 28-Kb LCR. A 13-mer consensus sequence is located in the centre of that 1.2-Kb region recognized by PRDM9, a multi-unit zinc finger binding protein that promotes the formation of double-strand breaks (DSBs) initiating the homologous recombination process. The accepted theoretical NAHR model predicts that during meiosis, NAHR produces more deleted than duplicated alleles. Surprisingly, array-CGH data show that, in the general population, DPY19L2 duplicated alleles are approximately three times as frequent as deleted alleles. In order to shed light on this paradox, we developed a sperm-based digital PCR to measure the de novo rates of deletions and duplications at this locus. As predicted by the NAHR model, we identified an excess of de novo deletions over duplications. These discording results may be explained by the purifying selection against sterile, homozygous deleted men. Heterozygous deleted men might also suffer a small fitness penalty.Lastly, for the third phenotype, homozygosity mapping was carried out on a cohort of 20 North African individuals, presenting with primary infertility resulting from impaired sperm motility caused by a mosaic of multiple morphological abnormalities of the flagella (MMAF). Five unrelated subjects out of 18 (28%) carried a homozygous variant in DNAH1, which encodes an inner dynein heavy chain and is expressed in testis. RT-PCR and immunostaining studies confirmed the pathogenic effect of one of these mutations located on a donor splice site. Electronic microscopy revealed a general axonemal disorganization including mislocalization of the microtubule doublets and loss of the inner dynein arms suggesting that DNAH1 plays a critical role in sperm flagellum biogenesis and assembly.

Près de 15% des couples sont confrontés à des problèmes d'infertilité. Dans près de la moitié des cas, une composante masculine est retrouvée, avec souvent une anomalie des paramètres du spermogramme montrant une diminution de la qualité du sperme. L'étiologie de la grande majorité des infertilités masculines reste inconnue et une origine génétique est probablement responsable d'une proportion importante des troubles de la spermatogénèse. Ce travail comporte deux parties: dans la 1ère partie, l'analyse d'une large cohorte de patients (n=87), nous a permis d'identifier deux nouvelles mutations du gène AURKC. La mutation [c.36-2A>G] a été identifiée uniquement à l'état hétérozygote chez deux frères et le 2ème variant identifié [p.Y248*]: est une mutation récurrente retrouvée chez 11 patients non apparenté d'origine maghrébine et européenne. La 2ème partie de notre étude a été réalisée sur 20 patients infertiles présentant un phénotype homogène d'anomalies flagellaire de type flagelles courts, absents et de calibre irrégulier associé a une asthénozoospermie. Nous avons appliqué la stratégie d'homozygotie par filiation qui a permis de mettre en évidence deux régions d'homozygoties communes: la 1ère région, située sur le chromosome 3, est commune à 9/20 patients et la 2ème sur le chromosome 20 commune à 13/20 patients. Trois gènes candidats présents dans ces régions ont été sélectionnés : les gènes KIF9, SPAG4 et DNAH1. Le séquençage du gène DNAH1 a permis de mettre en évidence des mutations de type faux-sens [c.3877G>A], run-on [c.12796 T>C] et d'épissage [c.5094+1G>A] [c.11958-1G>A]. L'absence de la protéine DNAH1 a pu être mise en évidence par immunomarquage sur les spermatozoïdes d'un patients porteur de la mutation [c.11958-1G>A] et confirme la dégradation du transcrit muté par NMD également observé. Les analyses par microscopie électronique sur les spermatozoïdes d'un patient de la cohorte ont permis de mettre en évidence des anomalies de la structure de l'axonème. Cette étude précise le diagnostic d'infertilité masculine et élargit les connaissances sur les gènes impliquées dans la spermatogenèse. / About 15% of couples are confronted with infertility problems. In half of the cases, a male factor component is found, often with abnormal semen parameters. The etiology of the large majority of male infertility remains unknown and genetic origin is probably responsible of a significant proportion of spermatogenesis disorders. This work comprises two parts: in the first part, the analysis of a large cohort of patients (n = 87), allowed us to identify two new mutations in AURKC gene. A splice site mutation [c.36-2A> G] was identified in only two brothers and the second variant identified [p.Y248*] is a recurrent mutation found in 11 unrelated patients. The second part of our study was carried out on 20 infertile patients with flagellar abnormalities associated with asthenozoospermia. We have applied the strategy of homozygosity by descent who has bring out two regions of homozygosity: the first region, located on chromosome 3, is common for 9/20 patients and the second one, located on chromosome 20, is common for 13/20 patients. Three candidate genes present in these regions were selected: KIF9, SPAG4 and DNAH1. Sequencing of DNAH1 gene has bring out three type of mutations: missense mutation [c.3877G> A], run-on mutation [c.12796 T> C] and splice site mutation [c.5094 +1 G> A] [c.11958-1G> A]. The absence of dnah1 protein has been shown by immunostaining of spermatozoa of a patient carrier the mutation [c.11958-1G> A] and confirms the degradation of the mutated transcript by NMD. An electron microscopic analysis of spermatozoa of one patient of the cohort reveals axoneme abnormalities. This study clarifies the diagnosis of male infertility and broadens the knowledge of the genes involved in spermatogenesis.