Ce qui fait grandir un ovocyte

Un sujet d'actualité scientifique éclairé par une chercheuse ou un chercheur du Collège de France.

Au cours de leur croissance, les ovocytes, cellules reproductrices féminines chez les mammifères, accumulent les ressources nécessaires à leur future fécondation et au développement préimplantatoire. Un amas récemment découvert dans des ovocytes de souris apparaît justement lorsque cette croissance s’accélère. Les premières observations de cette structure ont permis de mieux comprendre le développement des ovocytes et pourraient aider, sur le long terme, à déterminer lesquels sont aptes à être fécondés et présentent un bon potentiel de développement futur.
Rencontre avec Noemi Zollo*, biologiste au Collège de France.

Avant de pouvoir être fécondé, l’ovocyte doit grandir et accumuler des réserves nécessaires aux premières étapes du développement de l’embryon. À l’issue de cette croissance, évaluer la qualité de l’ovocyte reste pourtant un défi. Cette difficulté se pose par exemple lors d’une fécondation in vitro, technique d’assistance médicale à la procréation. Des ovocytes ayant achevé leur croissance et repris leur processus de division cellulaire, donc considérés comme prêts pour la fécondation, sont prélevés dans les ovaires pour être fécondés par des spermatozoïdes en laboratoire. « Mais la taille des ovocytes ne suffit pas pour savoir s’ils sont de bonne qualité », souligne Noemi Zollo. Beaucoup d’études ont porté sur les étapes qui conduisent à la formation des ovocytes et sur celles, notamment les divisions cellulaires, qui leur permettent d’être fécondés. Entre ces deux phases, la croissance de ces cellules reste cependant moins bien connue. L’observation d’une structure inattendue a ouvert une nouvelle piste pour comprendre ce qui se joue pendant cette expansion.

À la découverte du Zollo body

Noemi Zollo devait étudier la phase finale de la croissance des ovocytes de souris. Mais, par curiosité, la doctorante s’est penchée aussi sur des cellules plus petites. À l’aide d’un marqueur qui révèle les ARN, des molécules qui servent notamment à la fabrication de protéines, elle remarque un amas condensé près du noyau. « À la base, je n’avais aucune expérience avec les ovocytes, donc je ne savais pas ce qui était “normal” ou pas », raconte-t-elle. Sur les conseils de ses encadrantes de thèse, Maria Almonacid et Marie-Hélène Verlhac, la chercheuse consulte la littérature scientifique pour déterminer si sa découverte correspond à une structure connue ou si elle mérite une étude à part entière, et s’aperçoit qu’elle n’avait encore jamais été décrite. « Je n’arrivais pas à y croire. J’étais juste curieuse et j’ai eu de la chance, parce que je n’étais pas censée étudier ça à la base », poursuit-elle.

La biologiste pense d’abord avoir observé un amas qui ressemble au corps de Balbiani, une structure connue dans les ovocytes de nombreux animaux, mais présente plus tôt dans leur développement. Pour explorer cette similarité, la chercheuse utilise des anticorps, des protéines du système immunitaire capables de reconnaître une cible précise et de s’y fixer. En choisissant ceux qui visent des protéines caractéristiques du corps de Balbiani, elle espère les déceler dans ce nouveau composant. « C’était vraiment frustrant, se rappelle Noemi Zollo, car je n’arrivais pas à trouver les protéines. » Elle change alors d’approche, afin de ne plus limiter ses travaux aux protéines attendues sur la base d’une ressemblance avec le corps de Balbiani. Plutôt que de rechercher des éléments potentiels identifiés à l’avance, elle extrait directement les amas des ovocytes pour les isoler. Elle les analyse ensuite par spectrométrie de masse, une technique qui permet notamment de déterminer les protéines présentes dans un échantillon.

Baptisé par Marie-Hélène Verlhac « Zollo body », en hommage à la doctorante, l’assemblage rassemble des ARN, des protéines et plusieurs types d’organites, de petites structures qui assurent chacune une fonction précise. Pour comprendre le rôle du Zollo body dans l’ovocyte, la biologiste examine plus en détail les ARN qu’il contient. Certains portent les instructions nécessaires à la fabrication des protéines, un processus appelé traduction. Parmi eux, elle identifie des ARN permettant de produire des protéines impliquées dans la croissance de l’ovocyte et du follicule, la structure qui entoure l’ovocyte dans l’ovaire. D’autres servent à fabriquer des protéines qui participent elles-mêmes à cette traduction. L’amas réunit ainsi des ARN susceptibles de contribuer à la croissance de la cellule et à sa capacité de produire de nouvelles protéines. La chercheuse relève aussi que le Zollo body apparaît lorsque l’ovocyte atteint environ 60 micromètres de diamètre. Il lui aura fallu environ deux semaines pour atteindre cette dimension à partir d’une taille initiale de 20 à 40 micromètres. « À ce stade, la croissance s’accélère de façon flagrante : en seulement deux à trois jours, l’ovocyte atteint sa dimension finale, autour de 80 micromètres », précise Noemi Zollo.

À partir de ces observations, elle formule l’hypothèse que le Zollo body participe activement à la croissance de l’ovocyte et de son follicule. Il favoriserait la production des protéines et des organites nécessaires au développement de la cellule pour sa préparation à la fécondation.

Une fonction dans la croissance des ovocytes

« Observer le Zollo body au moment où l’ovocyte grandit rapidement ne suffit pas à démontrer qu’il contribue à cette croissance », rappelle la chercheuse. Pour tester son hypothèse, elle vérifie d’abord que la cellule a accumulé des protéines en grandissant, plutôt que de simplement gonfler en diluant son contenu. Puis, elle compare la concentration en protéines à différentes étapes du développement et constate que celle-ci est restée stable malgré l’augmentation de volume de l’ovocyte. La quantité totale de protéines augmente donc avec sa taille. Ces mesures établissent que la cellule s’enrichit en protéines en grandissant, mais ne permettent pas encore d’attribuer cette accumulation au Zollo body. « Les amas isolés nous ont permis d’en analyser la composition. Mais pour étudier leur rôle dans la croissance, nous avions besoin de suivre l’ovocyte avec le follicule qui l’entoure pendant plusieurs jours, explique Noemi Zollo. Nous les avons donc observés dans du tissu ovarien ». Dans cet environnement préservé, elle a retrouvé la structure caractéristique de sa découverte.

La biologiste passe de l’observation à la perturbation de l’assemblage. « Parmi les protéines repérées, nous avons identifié DDX5, qui pourrait agir comme une colle et maintenir tous les composants ensemble sans qu’ils se dispersent dans l’ovocyte », indique-t-elle. Elle bloque son activité pour examiner les conséquences sur la croissance de l’ovocyte. « Après avoir inhibé DDX5, l’amas s’est défait, et la croissance de l’ovocyte et de son follicule s’est complètement arrêtée ! », rapporte Noemi Zollo. Des expériences de contrôle ont par ailleurs permis de vérifier que cet arrêt ne s’explique pas simplement par les conditions expérimentales. Le rôle actif de l’assemblage dans le développement de la cellule et de son follicule est alors prouvé.

L’équipe cherche désormais à vérifier si les protéines produites dans le Zollo body contribuent effectivement à la formation de nouveaux organites. Noemi Zollo aimerait, elle, mieux comprendre ce qui maintient l’assemblage. Elle s’intéresse notamment au rôle de « colle » attribué à DDX5. « Cette protéine est assez peu abondante dans la structure, donc peut-être que d’autres protéines pourraient aussi jouer ce rôle », détaille la chercheuse. Elle souhaite également étudier ensemble l’ovocyte et le follicule qui l’entoure, aujourd’hui souvent analysés séparément.

Les expériences ayant été menées chez la souris, la présence du Zollo body chez l’humain reste à établir. L’accès à des ovocytes au bon stade de développement constitue toutefois un obstacle majeur. Ceux donnés à la recherche après un traitement de fécondation in vitro ont souvent déjà terminé leur croissance. « À ce stade, l’amas aurait déjà disparu s’il suivait la même évolution que chez la souris », explique Noemi Zollo. Quant aux ovocytes qui n’ont pas répondu au traitement, la chercheuse s’interroge sur les raisons de cette absence de réponse et sur l’éventualité d’un problème dans leur développement. Les recherches se poursuivent chez la souris, avec un enjeu plus large : la biologiste souhaite comprendre si tous les ovocytes passent par cette étape pour achever leur croissance et rassembler tous les composants nécessaires à la fécondation. Au-delà de la découverte d’une structure, il s’agit de comprendre comment une cellule reproductrice se prépare à rendre possible le début d’une nouvelle vie.

*Noemi Zollo est docteure en biologie cellulaire, ayant réalisé son doctorat au sein de l’équipe Mécanique et morphogenèse de l'ovocyte, au Centre interdisciplinaire de recherche en biologie du Collège de France, sous la responsabilité des Drs Marie-Hélène Verlhac, Maria Almonacid et Gilles Tessier (Sorbonne Université).