Les cellules souches de la lignée germinale mâle: de l’approche fondamentale aux nouvelles technologies de transgenèse Germ stem cells: from basic knowledge to their use in gene transfer

Au cours des 20 dernières années, les recherches en génétique moléculaire des mammifères, et bon nombre de leurs applications, ont développé et utilisé des technologies pour manipuler le génome des organismes supérieurs en général et de la souris en particulier. Il s’agit d’inscrire une modification du génome dans la lignée germinale, par une intervention à une étape très précoce du développement, avant la première mise en place des précurseurs de la gamétogenèse. Trois voies sont utilisées, la microinjection d’ADN dans un oeuf fécondé, le transfert dans les cellules souches embryonnaires (lignées ES), et plus récemment, le « clonage reproductif » par reprogrammation du noyau d’une cellule somatique injecté dans un oeuf énucléé. Un nouvel accès au génome de l’embryon très précoce est aujourd’hui ouvert par les progrès de nos connaissances sur les cellules germinales, en particulier les cellules germinales mâles plus facilement accessibles. Modifier de manière permanente les gamètes, cellules à vie courte constamment renouvelées, exige une intervention sur les cellules souches dont ils dérivent. Or, jusqu’à une date récente, peu de choses était connu de la biologie de la cellule souche germinale. En très petit nombre (20-30000 par testicule adulte), ces cellules pendant toute la vie adulte produisent, à des intervalles rigoureusement définis, une cellule fille engagée dans la voie de différenciation menant à la méiose, puis à la formation du spermatozoïde (spermiogenèse) [1]. Des progrès significatifs récents ouvrent des voies nouvelles tant pour la recherche fondamentale que pour les biotechnologies. Après une première caractérisation cytologique et histologique fine [2], l’étude fonctionnelle des cellules souches germinales n’est devenue possible que depuis les travaux récents du laboratoire de R. Brinster à Philadelphie [3] (Figure 1). Il a été montré que les cellules germinales extraites d’un testicule (donneur) peuvent être implantées dans un testicule receveur d’un mâle stérile. L’arrêt, temporaire ou permanent, de la spermatogenèse du receveur peut être le fait d’une mutation du récepteur Kit (récepteur du stem cell factor) chez le mutant W^-, d’une irradiation ou d’un traitement pharmacologique. Toutes les étapes de la différenciation germinale sont reconstituées à partir des cellules implantées. La spermatogenèse est rétablie à long terme, avec ses cycles réguliers caractéristiques, montrant bien que dans la fraction germinale transférée, relativement hétérogène, existait bien une fraction de cellules souches, minoritaire mais essentielle. Ces résultats impliquent, mais on le savait par ailleurs, que ni les traitements utilisés pour stériliser le testicule receveur, ni la mutation W^-, n’affectent les cellules somatiques de l’épithélium séminifère qui assurent la fonction de support de la différenciation germinale (cellules de Sertoli). Il est à noter qu’une telle restitution complète d’un tissu adulte par transplantation de cellules souches n’a été possible jusqu’à présent que dans un autre cas, celui des cellules hématopoïétiques, capables de reconstituer tout le répertoire des cellules sanguines. L’efficacité de la reconstruction dépend pour une large part de la préparation des cellules germinales du testicule donneur, que l’on s’attachera à enrichir en cellules souches par des moyens physiologiques ou moléculaires. L’utilisation du testicule dit cryptorchide (stérilité induite par la température) permet un enrichissement significatif. On sait que le maintien, pathologique ou expérimental, du testicule dans la cavité abdominale (à 37 °C alors qu’en position externe, il est normalement à 30-32 °C) aboutit à la disparition des cellules germinales en voie de différenciation, alors que les stades germinaux précoces survivent. Les fractions germinales cryptorchides montrent ainsi une augmentation de l’ordre de 25 fois de la proportion des cellules capables de coloniser les tubes séminifères du receveur. Un second moyen a été d’utiliser des marqueurs de surface des cellules souches pour un fractionnement immunologique. Ainsi, les anticorps …