Les protéines du liquide séminal reflètent la maturité sexuelle et l'efficience alimentaire des taurillons de boucherie

Généralités

Le protéome est l'ensemble des protéines produites par une cellule, un tissu ou un organisme complet. La protéomique est l'étude de la structure, des fonctions et des interactions des protéines de divers échantillons biologiques. Les protéines associées à la fertilité (FAP, fertility-associated proteins) qui sont présentes dans le plasma séminal suscitent un intérêt croissant. Elles sont essentielles à la survie et au pouvoir fécondant des spermatozoïdes ainsi qu'à d'autres fonctions (Tableau 1). Ces protéines sont également liées au début de la puberté et à la maturité sexuelle; certaines études proposent même leur utilisation comme indicateurs de la fertilité des taureaux (Kumar et al., 2012).

Dans une publication récente, notre groupe démontre l'existence d'une relation antagoniste entre l'amélioration de l'efficience alimentaire et les mesures de paramètres liés à la fertilité chez des taurillons (Fontoura et al., 2016). Nous avons étudié ces caractères liés à la reproduction : qualité du sperme, texture des testicules (par échographie), microstructure des testicules (observation histologique) et circonférence scrotale. Nous avons également prélevé du plasma séminal des mêmes taureaux et, par la protéomique, nous avons étudié les associations suivantes :

  1. mesures des paramètres liés à la fertilité et protéines du liquide séminal;
  2. efficience alimentaire et protéines plasmatiques séminales.

Tableau 1. Sélection de protéines associées à la fertilité (FAP) et leurs fonctions métaboliques respectives.

Protéine Fonctions métaboliques
Protéine acide du liquide séminal (aSFP, acidic seminal fluid protein) Associée à la motilité, au métabolisme et à l'intégrité de la membrane des spermatozoïdes
Acrosine (ACR) Association positive avec la motilité des spermatozoïdes et leur concentration dans le sperme
Cathepsine D (CathD) Facilite la maturation des tubes séminifères
Protéine de liaison aux spermatozoïdes épididymaires 1 (ESBP1, epididymal sperm-binding protein) Se lie aux spermatozoïdes qui seront morts au moment de l'éjaculation et les marque
Glutathion peroxydase (GPX) Favorise l'homéostasie et prévient le stress oxydatif cellulaire
Protéine de Niemann-Pick type C2 (NPC2) Liée au métabolisme du cholestérol et à la concentration du sperme
Ostéopontine (OPN) Facilite la réaction acrosomique et l'interaction spermatozoïde-ovocyte
Phosphoglycérate-kinase 2 (PK2) Favorise l'homéostasie et la motilité des spermatozoïdes, prévient le stress oxydatif
Prosaposine (PSAP) Liée au développement structural du testicule
Inhibiteur de la protéine C (PCI, protein-C inhibitor) Protège le spermatozoïde d'une réaction acrosomique prématurée et d'une dégradation
Protéine plasmatique séminale 1 (BSP1, seminal plasma protein) Semblable à BSP3, assure la régulation de la consommation d'énergie pour la motilité du spermatozoïde
Protéine plasmatique séminale 3 (BSP3) Se lie au spermatozoïde et forme une réserve de spermatozoïdes dans les voies génitales de la femelle
Spermadhésine Z13 (SZ13) A des propriétés de décapacitation des spermatozoïdes, lié à la faible fertilité

Évaluation des taureaux, échantillonnage et analyse protéomique

Des taurillons hybrides provenant du Elora Beef Research Center et de la New Liskeard Research Station ont reçu une alimentation à base de maïs et ont été soumis à une évaluation systématique du rendement et à une évaluation de la prise alimentaire individuelle. On a calculé l'efficience alimentaire à partir de la prise alimentaire résiduelle (PAR) corrigée en fonction de la composition corporelle, et on a classé les taureaux en deux groupes, efficients (PAR faible) et non efficients (PAR élevée).

Chez des taurillons d'un âge moyen de 12,5 mois, on a effectué une évaluation de l'aptitude à la reproduction et une échographie testiculaire. Une partie du sperme prélevé a été préparée en vue d'une évaluation protéomique. Les analyses ont été effectuées au SPARC BioCentre (Hospital for Sick Children, Toronto). Dans le plasma séminal des taureaux, on a identifié plus de 500 protéines, dont on a évalué certaines plus en détail à la lumière de la littérature scientifique existante sur les protéines associées à la fertilité (FAP).

À l'abattage, on a prélevé les organes génitaux, qu'on a disséqués pour peser les testicules et l'épididyme. On a également prélevé des échantillons de testicules en vue d'une analyse histologique visant à déterminer le nombre de tubes séminifères à divers stades de maturité (voir Figure 1).

Que peut-on conclure de l'étude des protéines du liquide séminal?

Les protéines du liquide séminal sont associées à plusieurs processus biologiques et au développement des tissus des organes reproducteurs. Le Tableau 1 résume certains de ces aspects chez les taurillons. Les protéines PK2, PSAP et SZ13 sont associées au développement des organes reproducteurs. Notre étude montre des corrélations significatives entre certaines de ces protéines et la circonférence scrotale, le poids des testicules et le poids de l'épididyme (Tableau 2). Constatation intéressante, en plus de ses fonctions connues liées à l'homéostasie cellulaire et à la motilité des spermatozoïdes, PK2 semble jouer un rôle dans le développement et la taille des organes reproducteurs. Dans le cas de PSAP, la corrélation inverse avec la taille des organes s'explique peut-être par son activité dans le développement approprié des organes reproducteurs. De façon générale, les organes reproducteurs de petite taille et en cours de développement sont associés à de plus grandes concentrations de PSAP. On s'attendait aux corrélations négatives constatées entre SZ13 et les paramètres liés à la fertilité parce qu'il s'agit d'une protéine anti-fertilité, et que la taille des organes est fortement corrélée avec la capacité de spermatogénèse.

Tableau 2. Corrélations entre les protéines du liquide séminal et le développement des organes reproducteurs (%)

Caractères
PK2
PSAP
SZ13
Circonférence scrotale
56
-38
-66
Poids des testicules
58
-40
-63
Poids de l'épididyme
39
-48
-65

* Les corrélations peuvent aller de - 100 % et + 100 %. Les valeurs négatives et positives correspondent respectivement à un antagonisme et à une synergie.

La motilité des spermatozoïdes était positivement corrélée avec aSFP (39 %) et BSP1 (45 %). Ces protéines sont liées à la consommation et à la conservation d'énergie par les spermatozoïdes, ainsi qu'à leur pouvoir fécondant. La concentration du sperme était positivement corrélée avec ACR (49 %) et NPC2 (37 %). Ces protéines ont une corrélation positive bien connue avec la concentration du sperme chez d'autres espèces également. Par conséquent, chez les taureaux, les plus fortes concentrations d'aSFP, de BSP1, d'ACR et de NPC2 dans le plasma séminal sont associées à une meilleure qualité de sperme.

On a évalué la structure des testicules par échographie testiculaire, et elle est positivement corrélée avec BSP1 (43 %) et SZ13 (40 %). Ces associations s'expliquent probablement par le fait que ces protéines présentes en abondance dans le plasma séminal peuvent accroître l'échogénicité de l'organe en question et rendre les images échographiques plus claires. Ces observations ont un certain intérêt pratique parce que l'échographie testiculaire permet une évaluation rapide et facile qui peut être effectuée sur place dans les exploitations commerciales.

La microstructure des testicules (analyse histologique des tubes séminifères où s'effectue la spermatogénèse) était corrélée avec plusieurs protéines (Figure 1). Cette constatation revêt une certaine importance parce que la microstructure des testicules est un indicateur de maturité sexuelle. La corrélation entre CathD et l'état de maturité des tubes séminifères permet de montrer que cette protéine, ainsi que BSP3, peut contribuer au développement adéquat de la microstructure des testicules. De la même façon, OPN et GPX sont associés à la présence de tubes à l'état de maturité. Des études antérieures montrent qu'OPN est associé à une meilleure performance des spermatozoïdes et que GPX prévient le stress oxydatif qui nuit à la qualité du sperme.

Corrélations (en pourcentage) entre la quantité de protéines et l'état de maturité des tubes séminifères dans les testicules de taurillons. Ces images sont des coupes transversales de tubes séminifères, grossissement 400 x.

Figure 1. Corrélations (en pourcentage) entre la quantité de protéines et l'état de maturité des tubes séminifères dans les testicules de taurillons. Ces images sont des coupes transversales de tubes séminifères, grossissement 400 x.

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Outre ces corrélations entre la structure des organes reproducteurs et la qualité du sperme, les protéines du liquide séminal sont aussi liées à l'efficience alimentaire. La Figure 2 montre l'abondance relative de ces protéines chez des taureaux efficients et non efficients. Trois d'entre elles (ESBP1, GPX et NPC2) sont associées à une qualité moindre du sperme. On sait qu'ESBP1 est fortement corrélé avec le nombre de spermatozoïdes morts présents dans l'éjaculat, et que NPC2 est un précurseur de cette protéine. Certains indices montrent que l'accroissement de la quantité de GPX est également associé à certaines anomalies des spermatozoïdes. À l'inverse, PCI est associé à la préservation des spermatozoïdes et à une meilleure fertilité. Ces résultats montrent que chez les taureaux non efficients, le profil des protéines du liquide séminal était meilleur, par rapport à la fertilité, que celui des taureaux efficients.

Différence d'expression des protéines chez des taurillons selon le groupe d'efficience alimentaire

Figure 2. Différence d'expression des protéines chez des taurillons selon le groupe d'efficience alimentaire.

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Messages à retenir

  • Les protéines associées à la fertilité tirées du plasma séminal de taurillons sont liées à la maturité sexuelle mesurée selon les caractères de fertilité (taille des organes, qualité du sperme, échographie testiculaire et histologie des testicules).
  • Les principales protéines associées à la fertilité ne sont pas les mêmes chez les taurillons efficients et non efficients. Ces protéines devraient être prises en compte dans l'évaluation de l'efficience alimentaire et du potentiel de fertilité.
  • Les écarts relevés entre les protéines du liquide séminal chez les taurillons efficients et non efficients vont dans le sens d'une association entre le retard de la maturité sexuelle et l'amélioration de l'efficience alimentaire.
  • La recherche devrait porter sur des stratégies d'identification des sujets à haute efficience alimentaire assortie d'une maturité sexuelle précoce et d'une fertilité démontrée à un jeune âge.

Remerciements

Nous remercions les organismes suivants de leur soutien financier : Conseil de recherche sur les bovins de boucherie, Agriculture et Agroalimentaire Canada, Beef Farmers of Ontario, Canadian Simmental Association et ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales de l'Ontario. Nous remercions également le personnel du Elora Beef Research Centre de son aide.

Références

Fontoura ABP, Montanholi YR, Diel de Amorim M, Foster RA, Chenier T, Miller SP. Associations between feed efficiency, sexual maturity and fertility related measures in young beef bulls. Animal 2015; 10:95-106.

Kumar P, Singh I, Yadac PS. Seminal plasma proteome: promising biomarkers for bull fertility. Agricultural Research 2012; 1:78-86.


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