Une étude, dont les résultats intitulés «Tubulin glycylation controls axonemal dynein activity, flagellar beat, and male fertility» ont été publiés dans la revue Science, a permis de révéler une modification enzymatique particulière d’une protéine (la tubuline), appelée glycylation, qui est essentielle pour maintenir la nage des spermatozoïdes en ligne droite. Cette découverte implique qu'une perturbation de cette modification pourrait être à l'origine de certaines formes de stérilité masculine chez l'homme.

Relevons tout d'abord que les microtubules, «de minuscules tubes constitués d'une protéine appelée tubuline», font partie du cytosquelette «un composant essentiel de chaque cellule de notre organisme» et que «les cils et les flagelles (des structures semblables à des antennes qui sont présentes à la surface de la plupart des cellules de notre corps) contiennent de nombreux microtubules».

La queue des spermatozoïdes, «essentielle à la fertilité masculine et donc à la reproduction sexuelle», constitue un exemple de flagelle. Comme «le flagelle doit battre de manière très précise et coordonnée pour permettre une nage progressive du spermatozoïde», s'il n'est pas ainsi, le flagelle «peut entraîner la stérilité masculine». Des modifications de la protéine tubuline par des enzymes sont susceptibles d'affecter le maintien de la nage des spermatozoïdes en ligne droite.

L'étude ici présentée a analysé en détails «l'une de ces modifications, appelée glycylation», qui «était jusqu'à présent l'une des moins explorées». Elle a observé «qu'en l'absence de glycylation sur la tubuline, la façon dont les flagelles battent est perturbée, ce qui fait que les spermatozoïdes nagent le plus souvent en rond».

Concrètement, «le noyau du flagelle du spermatozoïde est composé de microtubules, ainsi que de dizaines de milliers de minuscules moteurs moléculaires, appelés dynéines, qui permettent de courber rythmiquement ces microtubules afin de produire des 'vagues' pour le mouvement et le pilotage». Alors que «l'activité de ces dynéines doit être étroitement coordonnée», il est apparu, qu'en l'absence de glycylation, «elles sont devenues non coordonnées» de sorte que soudainement des spermatozoïdes se sont mis à nager en rond.

Ces défauts fonctionnels ont été constaté «sur le sperme de souris dépourvues de glycylation, ce qui a entraîné une réduction de la fertilité». De ce fait, «un défaut similaire chez l'homme pourrait conduire à la stérilité masculine». Afin de savoir «pourquoi le manque de glycylation a conduit à une perturbation de la motilité des spermatozoïdes et à la sous-fertilité masculine», l'étude a fait appel à «la cryo-microscopie électronique pour visualiser la structure moléculaire du flagelle et de ses moteurs moléculaires (des dynéines)».

A la suite de l'analyse des flagelles, il a été constaté « que la mutation interfère non pas au niveau de l’architecture du flagelle mais plus subtilement avec la coordination de l'activité des dynéines (les moteurs qui alimentent le battement du flagelle)», ce qui explique «pourquoi la nage des spermatozoïdes est perturbée».

Cette étude, qui apporte «la preuve directe que les microtubules jouent un rôle actif dans la régulation des processus biologiques fondamentaux par le biais d'un code de modifications de la tubuline», est «un excellent exemple de la façon dont les modifications du cytosquelette microtubulaire affectent directement la fonction d'autres protéines dans les cellules».