Skip to main content

Advertisement

La sélection des spermatozoïdes à fort grossissement permet-elle une diminution de la fréquence des aneuploïdies spermatiques?

Can high-power morphological selection of spermatozoa be effective to reduce the chromosomal risk for patients with high rates of sperm aneuploidy?

Article metrics

  • 233 Accesses

  • 2 Citations

Resume

L’infertilité masculine sévère peut se retrouver chez 2 catégories d’hommes. Les hommes infertiles à caryotype anormal, qui représentent 2 à 14% des sujets infertiles, peuvent produire des spermatozoïdes porteurs du déséquilibre chromosomique lié au remaniement initial du patient entraînant un risque variable de transmission de cette anomalie à leur conceptus. La deuxième catégorie est celle des hommes infertiles à caryotype normal chez qui il a été décrit un taux d’aneuploïdie spermatique augmenté lorsqu’ils présentaient une oligo et ou une asthénozoospermie sévère et/ou lorsqu’ils étaient issus de couples en échec d’implantation. Le traitement classique en Assistance Médicale à la Procréation pour ses 2 catégories étant l’ICSI en dépit du risque chromosomique accru évident. Se pose alors la question de savoir s’il est possible de reconnaître morphologiquement les spermatozoïdes au contenu chromosomique anormal au cours de l’ICSI.

Malheureusement, il n’a pas été mis en évidence de relation entre la morphologie des spermatozoïdes au grossissement ×200 de l’ICSI et leur contenu chromosomique. Néanmoins depuis la fin des années 90, l’équipe de Bartoov a mis au point une méthode d’observation fine de la morphologie spermatique, dénommée MSOME, qui propose d’observer les spermatozoïdes avec un grossissement allant jusqu’à ×12250. Cette technique étant proposée dans les cas d’échecs répétés d’ICSI, l’amélioration des taux d’implantation ainsi que des taux de grossesse est-elle due à une meilleure sélection du contenu chromosomique du spermatozoïde à injecter ?

L’objectif de ce travail a donc été d’évaluer l’intérêt du MSOME dans la sélection des spermatozoïdes euploïdes (contenu chromosomique normal). Pour cela, nous avons choisi de travailler sur 2 groupes de patients connus pour leur taux d’aneuploïdie spermatique augmenté.

Le groupe 1, constitué de 2 patients à caryotype normal, présentant un syndrome de macrocéphalie spermatique avec plus de 99% de spermatozoïdes aneuploïdes.

Les groupes 2, constitués de 11 patients à caryotype anormal, 6 patients porteurs de translocations réciproques et 5 patients porteurs de translocations robertsonniennes.

Le but de l’étude était de comparer les résultats de la FISH sur spermatozoïdes après sélection au grossissement ICSI et MSOME par rapport au sperme entier. Les particularités de notre protocole ont été: (1) tous les spermatozoïdes sélectionnés en MSOME étaient des “top spermatozoïdes” (2) de fixer les spermatozoïdes sélectionnés ; (3) valider la lecture en FISH sur les cellules sélectionnés par deux lecteurs différents.

L’analyse en FISH des chromosomes X, Y et 18 chez les patients présentant la macrocéphalie spermatique a montré que la sélection en MSOME élimine les spermatozoïdes polyploïdes et diploïdes, mais les 6 spermatozoïdes sélectionnés sont tous haploïdes aneuploïdes. Pour les 5 sujets porteurs de translocations robertsonniennes, les résultats de l’analyse en FISH ont montré paradoxalement une diminution significative du taux de spermatozoïdes euploïdes en sélection MSOME par rapport au sperme entier. Concernant les 6 patients porteurs de translocations réciproques, les résultats globaux de l’analyse en FISH des différentes translocations réciproques étaient homogènes entre les patients et le taux d’aneuploïdie global n’était pas différent entre le sperme entier et les 2 méthodes de sélection. Par contre, nous avons remarqué une diminution significative de la fréquence des ségrégations adjacente 1 et 2 entre le sperme entier et la sélection en MSOME, accompagnée d’une augmentation significative de la fréquence de la ségrégation 3:1. Les ségrégations (adjacente 1 et 2) qui modifient la structure des chromosomes pourraient entraîner des modifications morphologiques visibles en MSOME et seraient donc éliminées. L’hypothèse d’une modulation de l’efficacité de l’apoptose spermatique en fonction de la morphologie et du contenu chromosomique du spermatozoïde est à discuter.

En conclusion, le MSOME semble permettre d’éliminer les spermatozoïdes di ou polyploïdes, mais ne garantit pas le contenu chromosomique haploïde des “top“ spermatozoïdes sélectionnés. De plus, les résultats que nous avons obtenus sur une petite série de patients suggèrent que le MSOME pourrait éliminer certaines anomalies chromosomiques qui altéreraient la structure nucléaire spermatique.

Abstract

Severe male infertility concerns two categories of men. Men with abnormal karyotype, who represent 2 to 14% of infertile men and who can produce sperm cells carrying unbalanced chromosomes related to the patients initial chromosomal reorganization inducing a variable risk of transmission of the abnormality to their conceptus. The second category is men with a normal karyotype but an increased rate of spermatic aneuploidy in a context of severe oligo- and/or asthenozoospermia and men from couples in implantation failure. ICSI is the standard Assisted Medical Reproductive technique for most of these 2 categories despite the obvious increased chromosomal risk. This raises the question of how to morphologically identify sperm cells with abnormal chromosome content during ICSI ?

Unfortunately, no relationship has yet been found between sperm morphology in the ICSI sperm fraction (×200) and their chromosome content. Nevertheless, since the end of the 1990s, Bartoov’s team has developed MSOME (Motile Sperm Organelle Morphology Examination) consisting of high-power examination of sperm cells up to × 12,250. This technique was indicated for cases of repeated ICSI failures and appeared to increase pregnancy rates. But was this improvement due to better selection of the chromosomal content of sperm cells to be injected? The present study addressed this question by estimating the value of MSOME in the selection of euploid sperm cells in 2 groups of patients known to have an increased rate of sperm aneuploidy.

Group 1 was composed of 2 patients with normal karyotype who presented a macrocephalic sperm syndrome with more than 99% of aneuploid sperm. Group 2 was composed of 11 patients with abnormal karyotype: 6 patients with reciprocal translocation and 5 patients with Robertsonian translocation.

The purpose of this study was to compare spermatozoa aneuploidy rates in fresh semen, to those obtained after ICSI selection (×200) and MSOME selection (×6000). Three specific steps of the protocol were (1) all sperm cells selected in MSOME were “top sperm cells“ (2) fixation of selected sperm cell (average loss of 15% during FISH washes) (3) FISH results were validated by two different examiners.

FISH analysis of X, Y and 18 chromosomes showed that MSOME eliminates polyploid and diploid sperm cells in patients with macrocephalic sperm syndrome, but the 6 sperm cells selected were all haploid and aneuploid.

FISH analysis of X, Y and 18 chromosomes of all other patients did not show any influence of the selection method on the aneuploidy rate. For the 5 subjects with a Robertsonian translocation, the global results of FISH analysis paradoxically showed a significant decrease of the euploidy rate in MSOME selection. The global results of FISH analysis for the 6 patients with mutual reciprocal translocations, showed that the various mutual translocations were not modified between whole sperm and the 2 selection methods. On the other hand, a significant decrease of adjacent 1 and 2 segregation frequency was observed between whole sperm and MSOME selection, associated with a significant increase of 3:1 segregation frequency suggesting that the segregations which modify the structure of chromosomes, for example adjacent 1 and 2 segregations, would induce visible morphological modifications selected by MSOME. We hypothesized that the efficacy of spermatic apoptosis could be modulated by morphology but also by the chromosome contents of the sperm cell.

In conclusion, MSOME does not provide any guarantee of the normal chromosome contents of the TOP selected sperm cell. However, these results obtained in a small series of patients suggest that MSOME can eliminate some chromosome abnormalities (adj1 and 2) which would alter sperm nuclear structures.

Références

  1. 1.

    AUGER J., EUSTACHE F.: Standardisation de la classification morphologique des spermatozoïdes humains selon la méthode de David modifiée. Andrologie, 2000, 10: 358–373.

  2. 2.

    BARTOOV B., BERKOVITZ A., ELTES F., KOGOSOWSKY A., MENEZO Y., BARAK Y.: Real-time fine morphology of motile human sperm cells is associated with IVF-ICSI outcome. J. Androl., 2002, 23: 1–8.

  3. 3.

    BARTOOV B., BERKOVITZ A., ELTES F. et al.: Pregnancy rates are higher with intracytoplasmic morphologically, selected sperm injection than with conventional intracytoplasmic injection. Fertil. Steril., 2003, 80: 1413–1419.

  4. 4.

    BERKOVITZ A., ELTES F., YAARI S. et al.: The morphological normalcy of the sperm nucleus and pregnancy rate of intracytoplasmic injection with morphologically selected sperm. Hum. Reprod., 2005, 20: 185–190.

  5. 5.

    BERKOVITZ A., ELTES F., ELLEBOGEN A., PEER S., FELDBERG D., BARTOOV B.: Does the presence of nuclear vacuoles in human sperm selected for ICSI affect pregnancy outcome? Hum. Reprod., 2006, 21: 1787–1790.

  6. 6.

    BERKOVITZ A., ELTES F., LEDERMAN H. et al.: How to improve IVF-ICSI outcome by sperm selection. RBM Online, 2006,12: 634–638.

  7. 7.

    BRANCO M.R., POMBO A.: Intermingling of chromosome territories in interphase suggests role in translocations and transcription- dependent associations. Plos. Biol., 2006, 4: 780–788.

  8. 8.

    BRUGNON F., VAN ASSCHE E., VERHEYEN G. et al.: Study of markers of apoptosis and meiotic segregation in ejaculated sperm of chromosomal translocation carrier patients. Hum. Reprod., 2006, 21: 685–693.

  9. 9.

    BOUGHALI H., WITTEMER C., VIVILLE S.: Intérêt de l’analyse de la morphologie fine et de la qualité nucléaire des spermatozoïdes dans le cadre des techniques d’AMP. Andrologie, 2006, 16: 38–45.

  10. 10.

    CALOGERO A.E., BURRELLO N., DE PALMA A., BARONE N., D’AGATA R., VICARI E.: Sperm aneuploidy in infertile men. RBM Online, 2003, 6: 310–317.

  11. 11.

    CELIK-OZENCI C., JAKAB A., KOVACS T. et al.: Sperm selection for ICSI: shape properties do not predict the absence or presence of numerical chromosomal aberrations. Hum. Reprod., 2004, 19: 2052–2059.

  12. 12.

    DAVID G., BISSON J.P., CZYGLIK F et al.: Anomalies morphologiques du spermatozoïde humain. Proposition pour un système de classification. J. Gynecol. Obstet. Biol. Reprod., 1975, Suppl. 1: 17–36.

  13. 13.

    DE VOS A., VAN DE VELDE H., JORIS H., VERHEYEN G., DEVROEY P., VAN STEIRTEGHEM P.: Influence of individual sperm morphology on fertilization, embryo morphology, and pregnancy outcome of intracytoplasmic sperm injection. Fertil. Steril., 2003, 79: 42–48.

  14. 14.

    FAURE A.K., AKIN-SEIFER I., FREROT G. et al.: Predictive factors for an increase risk of sperm aneuploidies in oligo-asthenoteratozoospermic males. Int. J. Androl., 2007, 30: 153–162.

  15. 15.

    GARDNER R., SUTHERLAND G.: Chromosome Abnormalities and Genetic Counselling. 2nd ed., New York, Oxford University Press, 1996.

  16. 16.

    GUTHAUSER B., VIALARD F., DAKOUANE M., IZARD V., ALBERT M., SELVA J.: Chromosomal analysis of spermatozoa with normalsized heads in two infertile patients with macrocéphalic sperm head syndrome. Fertil. Steril., 2006, 85: 750 e5–750 e7.

  17. 17.

    HASSOLD T., HUNT P.: To err (meiotically) is human: the genesis of human aneuploidy. Nat. Rev. Genet., 2001, 2: 280–291.

  18. 18.

    HAZOUT A., DUMONT-HASSAN M., JUNCA A.M., COHEN BACRIE P., TESARIK J.: High-magnification ICSI overcomes paternal effect resistant to conventional ICSI. RBM Online, 2006,12: 19–25.

  19. 19.

    HAZZOURI M., ROUSSEAU S., MONGELARD F. et al.: Genome organization in the human sperm nucleus studied by FISH and confocal microscopy. Mol. Reprod. Dev., 2000, 55: 307–315.

  20. 20.

    KAHRAMAN S., BENKHALIFA M., DONMEZ E. et al.: The results of aneuploidy screening in 276 couples undergoing assisted reproductive techniques. Prenat. Diagn. 2004, 24: 307–311.

  21. 21.

    KRUGER, T. F., MENKVELD R., F.S. STANDER F.S. et al.: Sperm morphologic features as a prognostic factor in in vitro fertilization. Fertil. Steril., 1986, 46: 1118–1123.

  22. 22.

    LIEBAERS I., BONDUELLE M., VAN ASSCHE E., DEVROEY P., VAN STEIRTEGHEM A.: Sex chromosome abnormalities after intracytoplasmic sperm injection. Lancet, 1995, 346: 1095.

  23. 23.

    MACHEV N., GOSSET P., VIVILLE S.: Chromosome abnormalities in sperm from infertile men with normal somatic karyotypes: teratozoospermia. Cytogenet. Genome Res., 2005, 111: 352–357.

  24. 24.

    MOREL F., ROUX C, BRESSON J.L.: FISH analysis of the chromosomal status of spermatozoa from three men with 45,XY,der(13;14)(q10;q10) karyotype. Mol. Hum. Reprod., 2001, 7: 483–488.

  25. 25.

    PANG M. G., HOEGERMAN S.F., CUTICCHIA A.J. et al.: Detection of aneuploidy for chromosomes 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 17, 18, 21, X and Y by fluorescence in-situ hybridization in spermatozoa from nine patients with oligoasthenoteratozoospermia undergoing intracytoplasmic sperm injection. Hum. Reprod., 1999, 14: 1266–1273.

  26. 26.

    PEER S., ELTES F., BERKOVITZ A. et al.: Is fine morphology of the human nuclei affected by in vitro incubation at 37°C? Fertil. Steril., 2007, 88: 1589–1594.

  27. 27.

    PETIT F.M., FRYDMAN N., BENKHALIFA M.: Could sperm aneuploidy rate determination be used as a predictive test before intracytoplasmic sperm injection? J. Androl., 2005, 26: 235–241.

  28. 28.

    PRISANT N., ESCALIER D., SOUFIR J.C. et al.: Ultrastructural nuclear defects and increased chromosome aneuploidies in spermatozoa. Hum. Reprod., 2007, 22: 1052–1059.

  29. 29.

    RIVES N., SAINT CLAIR A., MASURIER S. et al: Relationship between phenotype, semen parameters and aneuploidy frequency in sperm nuclei of 50 infertile males. Hum. Genet., 1999, 105: 266- 272.

  30. 30.

    RIVES N., MOUSSET-SIMEON N., MAZURIER S., MACE B.: Primary flagellar abnormality is associated with an increased rate of spermatozoa aneuploidy. J. Androl., 2005, 26: 61–69.

  31. 31.

    ROUSSEAUX S., CHEVRET E., MONTEIL M. et al.: Meiotic segregation in male heterozygote for reciprocal translocations: analysis of sperm nuclei by two and three colour fluorescence in situ hybridization. Cytogenet. Cell. Genet., 1995, 71: 240–246.

  32. 32.

    RUBIO C., GIL-SALOM M., SIMON C. et al.: Incidence of sperm chromosomal abnormalities in a risk population: relationship with sperm quality and ICSI outcome. Hum. Reprod., 2001,16: 2084–2092.

  33. 33.

    SERMON K., MOUTOU C., HARPER J. et al.: ESHRE PGD Consortium data collection IV: May–December 2001. Hum. Reprod., 2005, 20: 19–34.

  34. 34.

    SHI Q., MARTIN R.H.: Aneuploidy in human spermatozoa: FISH analysis in men with constitutional chromosomal abnormalities, and in infertile men. Reproduction, 2001, 121: 655–666.

  35. 35.

    SERMONDADE N., VIALARD F., BERGERE M. et al.: Evaluation de l’apport de la methode d’observation des spermatozoïdes à fort grossissement en ICSI. Andrologie, 2007, 17: 212–221.

  36. 36.

    SUN F., KO E., MARTYIN R.H.: Is there a relationship between sperm chromosome abnormalities and sperm morphology? Reprod. Biol. Endocrinol., 2006, 25: 4:1.

  37. 37.

    TESARIK J., MENDOZA C.: Treatment of severe male infertility by micromanipulation-assisted fertilisation: an update. Front. Biosci., 2007, 12: 105–114.

  38. 38.

    VAN STEIRTEGHEM A., M. BONDUELLE M., DEVROEY P., LIEBAERS I.: Follow-up of children born after ICSI. Hum. Reprod. Update, 2002, 8: 111–116.

  39. 39.

    VIALARD F., PETIT C., BERGERE M. et al.: Evidence of high proportion of premature unbalanced separation of sister chromatids in the first polar bodies of women of advanced age. Hum. Reprod., 2006, 21: 1172–1178.

  40. 40.

    VIVILLE S., MOLLARD R., BACH M.L., FALQUET C., GERLINGER P., WATER S.: Do morphological anomalies reflect chromosomal aneuploidies ?: case report. Hum. Reprod., 2000, 16: 1779–1780.

Download references

Author information

Correspondence to Mohamed Hassen Chelli or Martine Albert or Denise Molina Gomez or Ibrahim Hammoud or Jaqueline Selva or François Vialard.

Additional information

Prix Master Pro SALF 2007

Rights and permissions

Reprints and Permissions

About this article

Cite this article

Chelli, M.H., Albert, M., Gomez, D.M. et al. La sélection des spermatozoïdes à fort grossissement permet-elle une diminution de la fréquence des aneuploïdies spermatiques?. Androl. 18, 274 (2008) doi:10.1007/BF03040721

Download citation

Mots clefs

  • spermatozoïde
  • morphologie
  • MSOME
  • macrocéphalie
  • translocation
  • FISH

Key words

  • spermatozoa
  • morphology
  • MSOME
  • macrocephaly
  • translocation
  • FISH