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Abstract piRNAs are crucial for transposon silencing, germ cell maturation, and fertility in male mice. Here, we report on the genetic landscape of piRNA dysfunction in humans and present 39 infertile men carrying biallelic variants in 14 different piRNA pathway genes, including PIWIL1, GTSF1, GPAT2, MAEL, TDRD1, and DDX4. In some affected men, the testicular phenotypes differ from those of the respective knockout mice and range from complete germ cell loss to the production of a few morphologically abnormal sperm. A reduced number of pachytene piRNAs was detected in the testicular tissue of variant carriers, demonstrating impaired piRNA biogenesis. Furthermore, LINE1 expression in spermatogonia links impaired piRNA biogenesis to transposon de-silencing and serves to classify variants as functionally relevant. These results establish the disrupted piRNA pathway as a major cause of human spermatogenic failure and provide insights into transposon silencing in human male germ cells.

Azoospermia (the complete absence of spermatozoa in the semen) is a common cause of male infertility. The etiology of azoospermia is poorly understood. Whole-genome analysis of azoospermic men has identified a number of candidate genes, such as the X-linked testis-expressed 11 (TEX11) gene. Using a comparative genomic hybridization array, an exonic deletion (exons 10-12) of TEX11 had previously been identified in two non-apparent azoospermic patients. However, the putative impact of this genetic alteration on spermatogenesis and the azoospermia phenotype had not been validated functionally. We therefore used a CRISPR/Cas9 system to generate a mouse model (Tex11Ex9-11del/Y) with a partial TEX11 deletion that mimicked the human mutation. Surprisingly, the mutant male Tex11Ex9-11del/Y mice were fertile. The sperm concentration, motility, and morphology were normal. Similarly, the mutant mouse line's testis transcriptome was normal, and the expression of spermatogenesis genes was not altered. These results suggest that the mouse equivalent of the partial deletion observed in two infertile male with azoospermia has no impact on spermatogenesis or fertility in mice, at least of a FVB/N genetic background and until 10 months of age. Mimicking a human mutation does not necessarily lead to the same human phenotype in mice, highlighting significant differences species.

Résumé Contexte Si les réarrangements chromosomiques sont connus pour être à l’origine d’une altération de la spermatogenèse, leur impact dépend fortement des chromosomes impliqués. À l’heure actuelle, la réalisation d’un caryotype et le dépistage des microdélétions du chromosome Y sont les tests génétiques réalisés en première intention chez les patients atteints d’azoospermie non obstructive. S’il est généralement admis que les réarrangements impliquant les chromosomes X ou Y entraînent un arrêt méiotique et réduisent fortement les chances de retrouver des spermatozoïdes après une biopsie testiculaire, nous manquons de marqueurs permettant de définir une probabilité d’extraction de spermatozoïdes testiculaires chez les patients présentant d’autres réarrangements chromosomiques. Résultats Nous avons utilisé l’hybridation génomique comparative sur puces (SNP-CGH) et le séquençage entier de l’exome (SEE) pour deux patients présentant une azoospermie non obstructive avec arrêt méiotique, une translocation réciproque: t(X;21) et t(20;22), et sans spermatozoïde retrouvé après biopsie testiculaire Aucune autre anomalie génétique n’a été identifiée chez le patient porteur de la t(X;21) - ce qui suggère que la translocation seule altére la spermatogenèse. En revanche, le patient porteur de la t(20;22), consanguin, présentait deux variants homozygotes délétères dans le gène TMPRSS9 qui pourraient contribuer à l’arrêt méiotique. Le variant génétique a été confirmé par séquençage Sanger et par immunohistochimie sur des coupes de tissu testiculaire. Conclusions Premièrement, nous faisons l’hypothèse d’un impact du défaut du gène TMPRSS9 sur la spermatogenèse. De plus, en fonction des points de cassures chromosomiques pour les patients azoospermes ayant une translocation réciproque, nous suggérons de ne pas limiter les analyses génétiques à la réalisation d’un caryotype afin d’affiner le conseil génétique. Compte tenu des risques associés à la TESE, il est essentiel de réaliser un SEE en amont et en particulier pour les patients consanguins. Mots clés Arrêt méiotique, azoospermie non obstructive, translocation, séquençage de l’exome, TMPRSS9.

Résumé Alors que la stratégie actuelle d'analyse de génétique moléculaire de l'infertilité masculine est basée sur une approche dite "gène candidat", le développement des technologies de séquençage de nouvelle génération, comme le séquençage complet de l'exome (WES), offre la possibilité d'analyser de nombreux gènes en une seule technique. Afin de recommander le WES ou le séquençage complet du génome, après un conseil génétique, une évaluation objective des différentes stratégies de dépistage génétique est nécessaire, tout en prenant en considération que la complexité d'une utilisation des nouvelles technologies n'est pas abordé dans ce commentaire.

Résumé La spermatogenèse est un processus complexe régulé par une multitude de gènes. L’identification et la caractérisation des gènes spécifiques des cellules germinales mâles sont essentielles pour comprendre les mécanismes par lesquels les cellules se développent. Le terme «gène TEX» a été inventé par Wang et al. (Nat Genet. 2001; 27: 422–6) après avoir utilisé l’hybridation soustractive d’ADNc (SSH) pour identifier de nouveaux transcrits qui n’étaient présents que dans la spermatogonie de souris. Puis, des orthologues TEX ont été trouvés chez d’autres vertébrés (mammifères, oiseaux et reptiles), des invertébrés et des levures. À ce jour, 69 gènes TEX (Testis expressed) ont été décrits dans différentes espèces et différents tissus. Pour évaluer l’expression de chaque gène TEX/tex, nous avons compilé les données de 7 bases de données différentes d’ARNm RNA-Seq chez l’homme, et 4 chez la souris selon la base de données de l’atlas d’expression. Diverses études ont mis en évidence le rôle de plusieurs de ces gènes dans la spermatogenèse. Ici, nous passons en revue les connaissances actuelles sur les gènes TEX et leurs rôles dans la spermatogenèse et la fécondation chez l’humain et, comparativement, chez d’autres espèces (notamment la souris). Comme prévu, les gènes TEX semblent avoir un rôle majeur dans la reproduction en général et dans la spermatogenèse chez l’homme, mais aussi chez d’autres mammifères comme la souris. La plupart d’entre eux sont exprimés spécifiquement ou principalement dans les testicules. Comme la plupart des gènes TEX sont hautement conservés chez les mammifères, des défauts chez le mâle (mutations géniques chez l’homme et KO murin) conduisent à l’infertilité. À l’avenir, l’accumulation des données sur les fonctions physiologiques et les dysfonctionnements physiopathologiques des gènes TEX humains devraient devenir disponibles et confirmer le rôle essentiel de cette famille dans le processus de reproduction. Treize gènes TEX sont désormais référencés dans la base de données OMIM, et 3 ont été liés à un phénotype spécifique. TEX11 (sur Xq13.1) est. actuellement le gène le plus fréquemment rapporté comme étant associé à l’azoospermie.

Résumé Comme pour beaucoup de maladies humaines, les analyses génétiques en cas d’azoospermie étaient initialement limitées à la réalisation d’un caryotype, conduisant au diagnostic de réarrangements chromosomiques comme pour le syndrome de Klinefelter ou autres syndromes. L’avènement de la biologie moléculaire, dans les années 1980, a permis l’élargissement du dépistage génétique à la recherche des microdélétions du chromosome Y et aux anomalies du gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Il a fallu attendre plusieurs décennies et l’apparition des techniques d’analyses du génome entier pour que soit réalisée l’identification d’autres anomalies génétiques associés à l’azoospermie humaine. Si les anomalies des gènes TEX11 et ADGRG2 sont fréquemment décrites dans la littérature pour les hommes présentant une azoospermie, la plupart des altérations génétiques découvertes à ce jour sont privées, identifiées dans un petit nombre de familles souvent consanguines. L’objectif dans cette revue est de fournir un aperçu actualisé de toutes les anomalies génétiques décrites dans la littérature et associées à l’azoospermie humaine tout en essayant de fournir des guides de conduite diagnostique en fonction du phénotype de l’azoospermie. En plus des mutations homozygotes et délétères, les polymorphismes et les défauts épigénétiques sont également brièvement abordés. Néanmoins, comme ces variations ne sont que de potentiels facteurs de prédisposition à l’azoospermie, une étude spécifique sera nécessaire pour compiler l’ensemble des données de la littérature pour chaque variant génétique.