Etude de l’Adhésion Gamétique par Mesure de Force (Modulation des propriétés d’adhésion par organisation des protéines membranaires)
Antoine Jegou (LPS)

Etude de l’Adhésion Gamétique par Mesure de Force
Modulation des propriétés d’adhésion par organisation des protéines membranaires

La fécondation chez les mammifères se conclut par la succession d’une étape d’adhésion
entre les membranes du spermatozoïde et de l’ovocyte et d’une étape de fusion membranaire.
Nous proposons une technique expérimentale originale permettant d’étudier les premiers
instants de l’adhésion entre un spermatozoïde et un ovocyte de souris dans des conditions
proches de la physiologie. A l’aide d’un Biomembrane Force Probe que nous avons adapté aux
besoins de la mesure de l’interaction entre deux cellules, nous mesurons l’évolution de la force
de traction subie par les deux gamètes au cours de la séparation après leur mise en contact.
L’analyse des données obtenues révèle l’existence de deux types de microdomaines à la
surface de l’ovocyte, que nous appelons domaine E et V, offrant des propriétés d’adhésion
différentes. La tétraspanine CD9 est une protéine transmembranaire de l’ovocyte nécessaire
pour la fusion des gamètes et à l’origine de la formation de complexes de protéines. Pour des
ovocytes n’exprimant pas CD9, les expériences de mesure de forces d’adhésion indiquent la
disparition des domaines E à la surface de l’ovocyte. L’implication de la tétraspanine CD9
est ainsi montrée dès l’étape d’adhésion entre les gamètes. L’ensemble de ces expériences
décrit la modulation de l’adhésion gamétique par organisation des récepteurs membranaires
de l’ovocyte.
Par ailleurs, l’analyse des courbes force-distance met en évidence la possibilité d’étirer des
filaments à partir de la membrane de l’ovocyte. Pour une durée d’interaction inférieure à la
seconde, la proportion d’événements comportant un unique point d’attachement permet de
caractériser la réponse mécanique de l’ovocyte ainsi que d’évaluer l’énergie d’adhésion entre
la membrane et le cytosquelette de l’ovocyte.
Ce travail montre que l’approche utilisée ici est prometteuse pour décrire les événements
moléculaires conduisant à la fécondation.

Mots-clés : fécondation, Biomembrane Force Probe, adhésion cellulaire, liaison membranecytosquelette,
filaments de membrane, tétraspanine.

Gametes Adhesion Study by Force Measurements
Modulation of adhesion properties by membrane proteins organization
Mammalian fertilization is a succession of biological events that ends up with the adhesion and fusion of gametes membrane.

In the present work, we develop an original experimental technique to study the early
stage of the adhesion between a single mouse spermatozoon and an oocyte in physiological
conditions. By adapting the Biomembrane Force Probe to the requirements of the study of
gametes interaction, we measure the evolution of the traction force between the two cells
during the separation phase after a short contact. The data reveal the existence of two types
of microdomains at the oocyte surface, with different adhesion properties. We have called
them E and V domains.
CD9 tetraspanin is a transmembrane protein, expressed by the oocyte, that is necessary
for fusion to occur. It controls the formation of protein complexes. For CD9-null oocytes, force
adhesion experiments show the disappearance of E domains at the oocyte’s surface. This result
show that CD9 is therefore implied in the adhesion step. Together those experiments describe
the modulation of gametes adhesion by the organisation of receptors at the oocyte surface.
Moreover, for short contact times, single point attachment events allow to probe the elastic
response of the oocyte, to measure its effective membrane viscosity by pulling tethers, and to
give an estimate of the adhesion energy between its membrane and cytoskeleton.
This work shows that the biophysical approach we developped is a promising tool to study
the adhesion at the molecular level, very complementary to biological strategies.

Keywords : fertilization, Biomembrane Force Probe, cell-cell adhesion, membrane-cytoskeleton
interaction, membrane tether, tetraspanin.