The maintenance of genomic stability through suppression of retrotransposon activity is vital for the avoidance of potentially mutagenic genomic disruption caused by retrotransposition. Germline development is a particularly important phase for retrotransposon silencing as retrotransposition events here have the potential for transmission to the entire embryo, threatening the health of offspring. A collection of germline genome defence genes are required for the suppression of retrotransposons in the developing germline of male mice (e.g. Tex19.1, Dazl, Mili, Miwi2, Gasz, Mov10l1, Mael, Dnmt3l), all of which trigger meiotic prophase arrest when mutated. I have analysed the meiotic defects which arise in Tex19.1-/- male mice to contribute to the understanding of the fundamental mechanisms required for successful completion of meiosis and to investigate the involvement of retrotransposon silencing in this process. The absence of TEX19.1 in male mice causes infertility; with failed chromosome synapsis in ~50% of pachytene nuclei and associated apoptosis, as well as individual univalent chromosomes in 67% of remaining nuclei progressing to metaphase I. Where studied, failed chromosome synapsis is a common feature of germline genome defence mutant spermatocytes. One aim of my studies has been to better understand the mechanism responsible for this failed chromosome synapsis. I have demonstrated that unlike Mael-/- spermatocytes, additional SPO11-independent DNA damage potentially attributable to retrotransposition is not detectable in Tex19.1-/- spermatocytes. Rather, the formation of meiotic DNA double strand breaks (DSBs) is dramatically reduced in early prophase to around 50%, resulting in a reduction in nuclear γH2AX signal, production of SPO11- oligonucleotide complexes and foci formation by early recombination proteins RPA, DMC1 and RAD51. Despite this early reduction, DSB frequency recovers to more normal levels shortly after in zygotene. I have shown that defective pairing of homologous chromosomes by meiotic recombination is likely responsible for the asynapsis previously reported. The initial reduction in DSB frequency could be sufficient to cause failed chromosome synapsis in this mutant, assuming that late-forming DSBs cannot participate effectively in promoting homologous pairing. Alternative hypotheses include altered positioning of DSBs in response to altered chromatin organisation relating to retrotransposon upregulation, misguiding the pairing of homologous chromosomes. Such a model of disruption could also extend to other germline genome defence mutants. I have demonstrated that despite successful pairing of homologous chromosomes in a sub-population of Tex19.1-/- spermatocytes, subsequent progression of these cells through pachytene is delayed. Numerous diverse features of progression are all delayed, including recombination, ubiquitination on autosomes and sex chromosomes, expression of the mid-pachytene marker H1t, and chromosome organisation. The delay identified is related to recombination therefore this feature is likely to stem from the initial defect in DSB formation early in prophase. While some delayed features are probably directly related to recombination, others are not. The coordinated delay observed may suggest the presence of a recombination-sensitive cell-cycle checkpoint operating to regulate progression through pachytene. My research has also aimed to establish the cause of elevated univalent chromosomes not connected by chiasmata in metaphase I Tex19.1-/- spermatocytes. I have demonstrated that that absence of chiasmata is not due to failed crossover formation between synapsed chromosomes. Rather, the frequent observation of individual unsynapsed chromosomes during crossover formation suggests that some spermatocytes with low-level asynapsis are leaking through meiotic checkpoints and are unable to form a crossover before reaching metaphase. Therefore, again this later meiotic defect appears to stem from the initial defect in meiotic DSB formation, the consequences of which vary widely in severity. Remarkably the unsynapsed chromosomes present during crossover formation include both sex chromosomes, and autosomes. Tolerance of an unsynapsed autosome from pachytene into metaphase is an unusual observation in mice and this observation may aid the understanding of spermato cyte quality control mechanisms during this progression. Together these findings have greatly advanced the understanding of the infertility incurred during meiosis in Tex19.1-/- male mice. These findings may also extend to benefit the understanding of other germline genome defence mutants. Diverse observations made during my investigations also reveal a potential system of coordinated progression through pachytene relating to meiotic recombination. The variable severity of the synapsis defects incurred in this mutant appears to have variable effects on spermatocyte survival and could also inform the understanding of meiotic checkpoint sensitivity.

La mobilité est une fonction clé de la qualité fécondante et de sélection des spermatozoïdes des techniques d’assistance médicale à la procréation (AMP). Nous manquons cependant d'information des mécanismes moléculaires contrôlant cette mobilité. Ce travail de thèse est articulé autour de 2 protéines d’intérêts impliquées dans la mobilité spermatique: la protéine Tau (Tubule-associated unit) associée à la polymérisation des microtubules dans le neurone, et la protéine d’ancrage aux kinases A4 (AKAP4), protéine majeure de la gaine fibreuse du flagelle spermatique, connue pour son implication dans la mobilité spermatique.Très peu d’études traitent de la protéine Tau dans l’appareil génital masculin, et aucune chez l’homme. Dans une première partie de ce travail, nous avons analysé l’expression de la protéine Tau dans le spermatozoïde et le testicule humain par une approche immuno-histo-chimique (article 1). La protéine Tau est localisée dans la pièce intermédiaire du flagelle du spermatozoïde, et dans le spermatocyte et la spermatide dans le testicule. Les rôles potentiels de la protéine Tau durant la spermatogenèse sont discutés dans une revue de la littérature (article 2).Les avancées dans le domaine de la protéomique permettent aujourd’hui d’étudier le protéome du spermatozoïde et de ses compartiments cellulaires de façon hautement résolutive. Le protéome global du spermatozoïde a été étudié chez des hommes consultant le centre de procréation assistée du CHRU de Lille. Il a permis de définir un groupe de spermatozoïdes présentant majoritairement des protéines de haut poids moléculaire et un groupe présentant une protéolyse aux dépends des protéines de haut poids moléculaire. L’AKAP4 a été identifiée parmi les protéines de hauts poids moléculaire. Nous avons étudié, quantifié le profil d’expression de l’AKAP4 en Western Blot dans le sperme d’hommes venant effectuer un spermogramme et corrélé les données biochimiques du protéome et de l’AKAP4 au spermogramme (article en soumission 3). Le rôle de l’AKAP4 comme marqueur prédictif en AMP est ensuite abordé. Les données clinico-biologiques (logiciel INFOFIV) des tentatives d’AMP au CHRU de Lille ont été confrontées aux données quantitatives du protéome global et de l’AKAP4 (article en préparation 4).Les protéines Tau et AKAP4 sont des protéines d’intérêts dans la prise en charge de l’homme infertile. L’AKAP4 pourrait être proposée comme biomarqueur dans la prise en charge en AMP. / Motility is a key function of the fertilizing quality and the selection of sperm for assisted reproductive technology (ART). However, we lack information on molecular mechanisms controlling this mobility. This thesis is structured around 2 proteins of interest involved in sperm mobility: Tau (tubule-associated unit) associated with microtubule polymerization in the neuron, and the A-kinase anchoring protein 4 (AKAP4), the main protein of the fibrous sheath of the sperm’s flagellum, known for its involvement in sperm motility.Very few studies focus on the Tau protein in the male reproductive system, and none in humans. In the first part of this work, we analysed the expression of the Tau protein in the sperm and human testis through an immuno-histo-chemical approach (Article 1). The Tau protein is localized in the intermediate part of the sperm flagellum and in the spermatocyte and spermatid in the testis. The potential roles of the Tau protein during spermatogenesis are discussed in a review of the literature (Article 2).Advances in the field of proteomics now allow the study the proteome of sperm and its cellular compartments in a highly-resolutive way. The global sperm proteome was studied in men visiting the assisted reproduction center of Lille University Hospital. This has led to a group of sperm with predominantly high molecular weight proteins being identified as well as a group having proteolysis at the expense of high molecular weight proteins. The AKAP4 was identified among the high molecular weight proteins. We studied, quantified the profile of AKAP4 expression by Western Blot in the sperm of men undergoing a semen analysis and correlated the biochemical data of the proteome and AKAP4 to the semen analysis (article 3 in submission). The role of AKAP4 as a predictive marker of ART success is then discussed. Clinical and biological data (INFOFIV software) of ART attempts at the Lille University Hospital were compared with quantitative data of the global proteome and AKAP4 (Article 4 in preparation).Tau protein and AKAP4 are proteins of interest in the management of infertile men. The AKAP4 could be proposed as a biomarker in ART treatments.

Le proto-oncogène c-Cbl code pour une protéine cytoplasmique abondamment exprimé dans les tissus hématopoïétiques et testiculaires. Elle possède un rôle de protéine multi-adaptatrice et/ou de régulateur négatif des RTKs. Nous rapportons ici que l'expression majoritaire de c-Cbl dans le testicule de rat et de souris est limité aux cellules germinales et son expression augmente en présence de testostérone et diminue après traitement in vivo par l'anti-androgène flutamide. L'apoptose dépendante des androgènes survenant à la fin de la méïose 1 est notablement moins importante dans le testicule de souris KO pour c-Cbl (c-CblKO). Inversement, le nombre de Fibroblastes Embryonnaires de souris c-CblKO entrant en apoptose sous l'effet du stress oxydatif est bien plus élevé que celui des cellules provenant d'animaux sauvages. Ces résultats indiquent le rôle sur la survenue du processus apoptotique de c-Cbl. Nous avons aussi cloné trois autres isoformes de p120c-Cbl à partir d'extraits de spermatocytes pachytènes, appelées p115c-Cbl, p90c-Cbl et p85c-Cbl, en considération de leur taille déduite. Ces isoformes présentent, par rapport à la p120c-Cbl, soit une délétion (d1 pour la p115c-Cbl; d2 pour la p90c-Cbl) soit les deux délétions combinées (d1 + d2, p85c-Cbl). L'expression de la p120c-Cbl et de la p115c-Cbl a été détectée dans le testicule, le poumon, la rate, le thymus et le cerveau alors que celle de la p90c-Cbl et p85c-Cbl semble être restreinte aux cellules germinales. La délétion d1 correspond à l'exon 10 (acides aminés 459-502) et la d2 s'étend des exons 11 à 15 (acides aminés 514-768), provenant d'épissages alternatifs. Les deux délétions contiennent des régions riches en prolines (PR) possédant pour chacun d'eux un site de liaison à la protéine adaptatrice Grb2. Seule la p85 c-Cbl ne peut pas se lier à Grb2, démontrant que chacun de ces sites de liaison sont suffisants pour que la liaison Grb2-c-Cbl puisse avoir lieu. D'autre part, les cellules transfectées par la p90 c-Cbl prolifèrent plus rapidement que celles transfectées avec les autres isoformes de c-Cbl. L'ensemble de ces résultats montrent que c-Cbl possède un rôle finement régulé dans la spermatogenèse, comme l'atteste l'hypofertilité des animaux c-Cbl KO, et que cette régulation pourrait en parti provenir d'une balance entre les différentes isoformes de c-Cbl.