# Avons-nous percé le mystère de la globozoospermie ?

## Have we unravelled the mystery of globozoospermia?

F. Ferfouri · G. Merdassi · F. Vialard

Reçu le 2 août 2011 ; accepté le 26 septembre 2011
© SALF et Springer-Verlag France 2011

**Résumé** Si la première description de la globozoocéphalie date de 1971, il aura fallu plus de 35 ans pour identifier la première cause génétique (une altération du gène *SPATA16*), et cela malgré la création de nombreux modèles murins et la certitude d'une cause purement génétique à ce syndrome par l'observation de fratrie de patients atteints. Malgré l'identification récente de nouveaux gènes comme *PICK1* et *DPY19L2*, la globozoocéphalie reste toujours un mystère. En effet, ce syndrome est probablement très polymorphe, comme le suggèrent les observations en microscopie électronique, et il est associé à un très mauvais taux de succès en assistance médicale à la procréation (AMP). Les prochaines études devront donc s'attacher à comprendre les mécanismes à l'origine de cette globozoocéphalie et à identifier des traitements pouvant contourner les déficits spermatiques majeurs associés à ce syndrome. *Pour citer cette revue : Andrologie 21 (2011).*

**Mots clés** Globozoocéphalie · Génétique · Globozoospermie

**Abstract** Globozoocephaly was first described in 1971, and 35 years were necessary to identify the first genetic origin (*SPATA16* mutation), despite the development of many mice models and the certainty of a genetic origin for this syndrome taking into account observations in many siblings. Despite the recent identification of the new genes *PICK1* and *DPY19L2*, globozoocephaly is still a mystery. This syn-

drome is probably polymorphic, as suggested by electronic microscopic details, and it is associated with a poor success rate in assisted reproductive technology (ART). Further studies are needed to understand the mechanism leading to the globozoocephalia and to define new therapeutic approaches to turn around major spermatic defects associated with this syndrome. **To cite this journal: Andrologie 21 (2011).**

**Keywords** Globozoocephalia · Genetics · Globozoospermia

La globozoocéphalie spermatique a été décrite pour la première fois en 1971, et sa fréquence a été initialement estimée inférieure à 0,05 % [1], puis ultérieurement réajustée à 0,1 % chez les patients infertiles [2]. Le terme « globozoospermie » a été pour la première fois suggéré par Wolf et al. en 1976 [3]. Dans un sperme de patients fertiles, la fréquence des spermatozoïdes présentant une globozoocéphalie est évaluée inférieure à 0,5 %, et estimée à 2,3 % dans le sperme de patients infertiles [4]. La globozoocéphalie est caractérisée par des spermatozoïdes présentant une tête ronde avec un acrosome absent ou anormal [3,5,6]. Cette anomalie s'associe fréquemment à une désorganisation de la pièce intermédiaire et du flagelle. Le spermogramme de ces patients montre donc une numération et une mobilité spermatique en général normale, associée à une altération majeure de la morphologie. Cette globozoocéphalie peut toucher l'ensemble des spermatozoïdes de l'éjaculat quand elle est totale, ou une fraction des spermatozoïdes de l'éjaculat lorsqu'elle est partielle.

Au total, l'absence d'acrosome est à l'origine d'une incapacité de ces spermatozoïdes à traverser la zone pellucide. Seul le recours à la fécondation in vitro avec injection intra-cytoplasmique du spermatozoïde (FIV-ICSI) permet à ces couples d'espérer avoir une descendance.

Dès les années 1970, l'étude de fratries de patients présentant une globozoocéphalie a fait émettre l'hypothèse d'une cause génétique pour expliquer la survenue de cette anomalie. Le développement de nombreux modèles murins a permis l'identification de mâles infertiles présentant des anomalies spermatiques dont la globozoocéphalie. Le

<footnote>F. Ferfouri · F. Vialard (✉)
Laboratoire d'histologie, embryologie, biologie de la reproduction, cytogénétique et génétique médicale, CHI Poissy-Saint-Germain, France
e-mail : fvialard@hotmail.com</footnote>

<footnote>EA 2493, université Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, France</footnote>

<footnote>G. Merdassi
Unité de procréation médicalement assistée,
hôpital Aziza-Othmana, place de La Kasbah,
1008 Bab Menara Tunis, Tunisie</footnote>
premier modèle murin de cette anomalie a été décrit en 1986
[7] chez les souris mâles *blind-sterile* qui présentaient une
anomalie majeure de la spermatogenèse avec une altération
de la formation de l'acrosome. Ce syndrome murin est dû à
l'inactivation du gène *Csnk2a2* (*casein kinase II alpha cata-
lytic subunit 2*) [8]. Actuellement, aucune mutation de ce
gène n'a été observée dans l'espèce humaine. Dès lors, de
façon épisodique, différents modèles murins ont été décrits,
avec à chaque fois des altérations de la formation de l'acro-
some. Ainsi, il a été identifié les gènes *Hrb* (*HIV-1 Rev
binding protein*) [9], *GOPC* (*Golgi-associated PDZ and
coiled-coil motif containing protein*) [10], *β-glucosidase 2*
[11], *PICK1* (*protein interacting with c kinase 1*) [12] et
récemment *Hsp90b1* (*heat-shock protein, 90-kd, β-member 1*)
[13]. Ces protéines ont, dans leur majorité, un rôle au niveau
des granules proacrosomiques de l'appareil de Golgi durant
la spermiogenèse.

Avec l'identification de mutations dans les modèles
murins, il a été envisagé de rechercher des mutations chez
l'homme [14]. Plusieurs équipes ont séquencé, chez quel-
ques patients atteints, différents gènes comme Csnk2a2 et
Csnk2b [15], Hrb, GOPC et Csnk2a2 [16]. Si initialement
aucune mutation n'a été retrouvée, mis à part quelques
polymorphismes génétiques, une étude récente, analysant
les gènes GOPC, HRB, CSNK2a2 et PICK1, a caractérisé
une mutation pour ce dernier gène [17]. À ce jour, aucune
autre mutation sur ce gène n'a été rapportée.

Puis, avec le développement des techniques de génétique
moléculaire, il a été possible de réaliser ce que l'on appelle
vulgairement « un tour de génome », c'est-à-dire étudier
à l'aide des puces génomiques plusieurs milliers, voire
million, de locus et identifier chez un individu les pertes
d'hétérozygotie. Ces pertes correspondent en général à des
zones dites de « consanguinité » et sont très importantes pour
rechercher des altérations géniques dans les familles de
patients atteints d'une même pathologie. C'est ce qui a été
réalisé chez une famille syrienne où, sur une fratrie de six
frères, trois ont présenté une globozoocéphalie [18]. Il a été
identifié ainsi le gène SPATA16, muté chez les individus
atteints. Ce gène code pour une protéine de l'appareil de
Golgi, comme les gènes précédemment cités, et sa localisa-
tion est importante au niveau des vésicules proacrosomi-
ques. Néanmoins, depuis 2007, aucune autre famille de
patients présentant une globozoocéphalie n'a été rapportée,
et il est possible que les altérations du gène SPATA16 ne
soient impliquées que dans un nombre restreint de familles.

Parallèlement, il a été réalisé une étude protéomique en
comparant les protéines spermatiques issues de patients
fertiles à celles des spermatozoïdes globozoocéphales d'un
patient infertile [19]. Cette étude a permis de montrer une
différence d'expression pour 35 protéines (9 surexprimées et
26 sous-exprimées) impliquées dans différents mécanismes
comme le métabolisme, la mobilité spermatique, le cytosque-

lette, la méiose masculine et la fusion gamétique. Cette étude présente néanmoins deux écueils. D'une part, elle ne s'appuie que sur un unique patient ayant une globozoocéphalie. D'autre part, elle n'étudie que le stade ultime de la maturation spermatique, le spermatozoïde, or les gènes précédemment décrits sont tous des gènes exprimés durant la spermiogenèse, et principalement dans l'appareil de Golgi qui est éliminé durant les derniers stades de la maturation.

Puis, en début d'année, il a été rapporté une délétion
homozygote récurrente du gène *DPY19L2* chez plusieurs
patients présentant un globozoocéphalie homogène [20].
Sur les 19 patients étudiés, 15 présentaient une délétion
homozygote de ce gène. L'identification de ce gène a été
possible grâce à la réalisation d'un « tour de génome » qui
a permis d'identifier des zones d'homozygotie. Ce gène a
une action sur la polarité cellulaire avec une action probable
sur la formation de l'acrosome et l'élongation de la tête
spermatique. Cela en fait donc un excellent candidat pour
expliquer la globozoocéphalie chez ces patients. Cette
protéine n'est retrouvée que dans le testicule, aucune détec-
tion n'a pu être faite dans le sperme éjaculé.

L'analyse fine des séquences en amont et en aval de ce
gène a permis de montrer que celui-ci était flanqué de part et
d'autre de séquences répétées (LCR), à l'origine de recom-
binaison homologue déséquilibrée. Cela explique donc, chez
des patients non apparentés, l'identification d'une délétion
identique n'emportant que le gène *DPY19L2*. Cette délétion,
à l'état hétérozygote, est d'ailleurs rapportée, dans les bases
de données, comme un variant chromosomique sans impact
sur les patients au niveau mental [21]. Sa fréquence a
été estimée à 1/125, ce qui fait une fréquence estimée de la
délétion homozygote à 1/62 500. Cette délétion est très
probablement la cause majeure de la globozoocéphalie dans
l'espèce humaine, et explique également le peu de mutations
rapportées jusqu'à présent. Néanmoins, comme la globozoo-
céphalie spermatique est d'une grande hétérogénéité phénoty-
pique [22], ce dont suggèrent les observations en microscopie
électronique, il existe probablement d'autres étiologies
génétiques pour expliquer ce syndrome.

Afin de résoudre ce trouble spermatique, il a été proposé à
ces patients le recours à la FIV-ICSI. Or, depuis 1994 et la
naissance du premier enfant issu d'un parent ayant une
globozoocéphalie [23], plusieurs publications ont été rapport-
tées, mais les taux de fécondation et de grossesse restent
faibles. Le taux de fécondation moyen est de 30,8 %
(123/400) [22] avec pour ces couples un maximum à 65,0 %
(13/20) [24]. Le taux d'implantation embryonnaire moyen
est de 20,0 % (19/95), et le taux de grossesse par tentative
de 22,6 % (14/62), dont quatre fausses couches ou grossesse-
ses extra-utérines. Ainsi, si une cause majeure de la survenue
de la globozoocéphalie a été identifiée, il reste à comprendre
la raison pour laquelle le faible taux de succès en FIV-ICSI
pour ces patients en comparaison aux taux observés en ICSI en général.

Afin de compenser ce déficit de fécondation, il a été proposé différentes méthodes d'activation ovocytaire avant de réaliser l'ICSI [22]. Les taux de fécondation moyens et de grossesse par tentative sont alors de 75,3 % (205/272) et 38,1 % (8/21) respectivement, soit supérieurs à ceux obtenus en ICSI classique.

Puis, il a été montré que la globozoocéphalie pourrait être associée à un déficit en PLCzeta [25]. En se basant sur cette donnée et sur le fait que PLCzeta est à l'origine des oscillations calciques nécessaires à l'activation ovocytaire, il a été réalisé, chez un patient présentant une globozoocéphalie spermatique et un déficit en PLCzeta, une ICSI avec activation ovocytaire par du calcium ionophore, et une grossesse a été obtenue [26]. De la même façon, une ICSI a été réalisée avec le même succès en réalisant une activation électrique ovocytaire [27]. Si cette approche présente une avancée dans la prise en charge des patients ayant une globozoocéphalie, il reste néanmoins à garantir, pour ces couples, l'innocuité d'une telle approche.

Une autre cause des échecs de la FIV-ICSI pourrait être une altération quantitative ou qualitative de l'ADN spermatique. Différentes études ont été réalisées sur ce sujet, mais les résultats restent très contradictoires aussi bien dans l'augmentation du taux d'aneuploïdie spermatique que du taux de fragmentation de l'ADN spermatique [28-30]. C'est la raison pour laquelle il a été très récemment proposé l'utilisation de l'IMSI, et une première grossesse vient d'être décrite [31]. D'autres cas devront être rapportés afin de savoir si cela pourra être appliqué à l'ensemble des patients globozoocéphales ou uniquement à un certain type.

D'autres études seront nécessaires pour élucider ce phénomène en se basant :

* sur une description fine de l'anomalie spermatique ;

* sur une analyse génétique avec, entre autres, la recherche de la délétion du gène *DPY19L2*.

En conclusion, si une grande avancée a été obtenue dans l'identification des déficits génétiques liés à la globozoocéphalie, il reste encore des travaux de recherche importants pour faire un lien entre ce phénotype spermatique, les déficits génétiques et les faibles taux de fécondation en FIV-ICSI. L'identification de ces mécanismes devrait nous permettre alors de proposer de nouvelles stratégies, peut-être moins invasives que celles proposées actuellement en utilisant du calcium ionophore ou une stimulation électrique. Au total, le mystère de la globozoocéphalie n'a pas encore été totalement percé, de nombreux travaux seront probablement encore nécessaires.

**Conflit d'intérêt** : les auteurs déclarent ne pas avoir de conflit d'intérêt.

Références

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