Sperme express : Est-il possible de produire des gamètes mâles in vitro en trois jours ?

Abstract

L’émergence de cellules souches germinales est une décision cellulaire fondamentale pour la perpétuation de l’espèce. Les processus de spécification et de différenciation de la lignée germinale restent cependant mal caractérisés chez les mammifères en raison du nombre très limité des cellules fondatrices et de leur apparition précoce au cours du développement embryonnaire. Leur accès est de plus restreint dans l’espèce humaine pour des raisons éthiques évidentes. Le développement d’un système de dérivation in vitro de cellules souches germinales à partir de cellules ES est une priorité pour l’analyse fondamentale des mécanismes sousjacents à la spécification et à la mise en place de l’identité épigénétique de ces cellules. La disponibilité de ce modèle cellulaire permettrait de plus l’évaluation in vitro des effets génotoxiques de certains agents environnementaux et médicamenteux sur le développement gamétique. Cet outil promet enfin des avancées importantes en médecine reproductive, avec la perspective de recoloniser les gonades d’hommes stériles ou de produire in vitro des ovocytes compétents pour la fécondation ou le transfert nucléaire. La dérivation de cellules souches germinales mâles à partir de cellules ES et leur différenciation in vitro ont récemment été réalisées chez la souris. Les défauts d’identité cellulaire et épigénétiques que présentent ces gamètes synthétiques mettent en évidence les contraintes spatiales et temporelles requises pour la spécification germinale et devraient permettre aux spécialistes de développer des protocoles plus adaptés.

Germ line specification is an early cell fate decision essential for the transmission of totipotency over generations. Two types of germ line stem cells populate the male gonads in mammals. Primordial germ cells (PGCs) are the germ line founders only present during prenatal life. Spermatogonial stem cells (SSCs) appear a few days after birth and divide asymmetrically to give rise to one stem cell and one spermatogonia that initiates differentiation to produce spermatozoa. Germ cell specification and differentiation involve specific environmental stimuli and a sequential order of maturating phases required for gamete function. Spatio-temporal controls similarly dictate the erasure of somatic methylation marks and the subsequent acquisition of sex-specific marks at imprinted genes in gametes. We review here the recent advancements in male germ cell derivation from ES cells and discuss the limits of these in vitro methods in providing a kinetics and a microenvironment suitable for the programming of a proper gametic and parental identity.