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Hypofertilité masculine Yves J.R Ménézo, PhD, Dr Sci UNILABS, Paris Genève Marc Cohen, MD, Clinique Natecia , Lyon. Several environmental Causes Chemicals (domestic use), electromagnetic fields, food. Une baisse de la fertilité masculine?.

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Presentation Transcript
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Hypofertilité masculineYves J.R Ménézo, PhD, Dr Sci UNILABS, Paris GenèveMarc Cohen, MD, Clinique Natecia , Lyon
several environmental causes chemicals domestic use electromagnetic fields food

Several environmental CausesChemicals (domestic use),electromagnetic fields, food

electromagnetic radiations wifi mobile phones
Electromagnetic radiations: Wifi, Mobile phones….

Mobilite et viabilite diminue significativement apres

exposition aux ondes electro magnetiques

Augmentation de 8-OH-dG, and DNA fragmentation biomarqueurs du stress oxydatif De Iuliis GN, Newey RJ, King BV, Aitken RJ.2008

Menezo and Cohen 2010

m taux lourds stress oxydatif et spermatog n se
Métaux lourds, stress oxydatif et spermatogénèse

Des taux élevés de cadmium et de plomb sont associés a un niveau de stress oxydatif élevé et à des dommages associés dans la lignée germinale AR, Aydemir B, Onaran I, Alici B, Ozkara H, Gulyasar T, Akyolcu MC.2007

Le taux endogène de glutathion et de GST (glutathione S-transferase) sont inversement corrélés à la teneur en métaux lourds dans le sérum et le liquide séminal

drogues et medicaments
Drogues et medicaments

Cannabis : THC et spermatogenese!!!

Steroides anabolisants

Regulateurs du cholesterol et de la pression sanguine

antidepresseurs, cimetidine, phenitoine, Li+

Traitements contre la chute des cheveux!!!

Minoxidil et Propecia: à deconseiller fortement si spermatogénèse defaillante

estrogens
estrogens :

estrogens (USA), elevage

Elimination dans l’eau : Pillule patch

endocrine disruptors
Endocrine disruptors

Agriculture (water and food) : pesticides (lindane...) and herbicides

Xeno-oestrogens : impact as early as fetal life, irreversible

Testicular dis-genesis (malformation GO in males, apoptose germinal cells,

Testicular cancer. Micro-penis

Menezo et Cohen 2009

disrupteurs endocriniens
Disrupteurs endocriniens

DDT: reduces sperm count (estrogen like)

Detergents: alkylphenol polyethoxylate

Vinclozin (fungicide): estrogenic antiandrogenic

L

PE : Usage domestique: DHEP: Bis(2-ethylhexyl)phthalate) plastifiant Jouets pour 1er age, cosmetiques

Plastic: Nonyphenol, Bisphenol, effet Disrupteur associe aà une augmentation du stress oxydatif

cons quences d croissance de la qualit du sperme
Conséquences:décroissance de la qualité du sperme?

Concentration, numeration mobilité?

Oui mais controverses

Danemark: Carlsen 1992

France: Auger et al 1995

Italie: Bilotta et al 1999

modification de la morphologie cytogramme
Modification de la morphologie(Cytogramme)

Augmentation du % de formes anormales*

oui, consensus

Benshushan 1997

Andolz 1999

*featuring ADN quality in sperm

slide12

Acrosome

Genetic material

compacted

Chromatine

(protamines + DNA)

Mid-piece

Mitochondria

« engine »

« Propeller»

slide13

FERTILIZATION

  • Intact sperm
  • Acrosome reaction (after the cell has bound to ZP).
  • After AR the acrosomal cap has disappeared
slide14

MORPHOLOGICALLY NORMAL SPERMATOZOA

A. Spermac stain:

B. Papanicolaou stain:

C. Diff-Quick stain:

slide15

HEAD ABNORMALITIES

A. Macrocephalic. Rounded head with various degrees of enlargement.

The acrosome extends further than normal (we speculate that these cells

are often diploid = spermatogenesis defect)

B. Microcephalic with round head and absence of the acrosome

(intense pink staining of the nucleus attribuable to a hypercondensation of sperm

chromatin. Spermac stains the nuclear portion of the head pink, proportional

to the degree of nuclear condensation)

slide16

MIDPIECE ABNORMALITIES

A. Pseudodroplet. Mitochondria (m) have loosened proximally and have

clumped distally (arrow = proximally denuded axoneme)

B. Mitochondrial loss. The mitochondria have detached completely (arrow)

t = tail

determination de la quantit de spermatozo des efficaces ii
Determination de la quantité de spermatozoïdes efficaces II

Impact de la morphologie

1-Les anomalies du flagelles et de la pièce intermédiaire peu favorables à la remontée des spz: IAC à déconseiller, meme chose pour Acrosome

2-Anomalies de la têtes qualité de l’ADN

Nécrospermie signe généralement une fragmentation élévée (pic de l’iceberg)

slide19

MIDPIECE ABNORMALITIES

A. Broken neck. Head still attached to the middle of the midpiece by means of a small cytoplasmic stalk (arrow)

B. Broken midpiece. Midpiece folden back on itself in the middle (arrow). This defect is characterized by severe axonemal disruption including rupture abd disorganization of fibrils.

slide20

TAIL ABNORMALITIES

A. Minor « Dag » defect. Simple folding back of the tail arround

a distal cytoplasmic droplet (dd)

B. Dag defect. More severe form with tail coiled once arround

the midpiece (arrows)

slide21

ELONGATED HEAD FORMS

A.Mild elongation with small lateral equatorial vacuole on the left side (acrosome intact)

B. Mild elongation. Slightly more elongated cell with narrowing in the postacrosomal region (acrosome intact)

slide22

SECONDARY ACROSOMAL ALTERATIONS

A. Complete loss of acrosomal contents

B. Acrosomal membrane damage shown by the fuzzy outline of the acrosome (arrows) with irregular loss of acrosomal contents. Dark-staining material (probably thickened midpiece and not cytoplasm). This damage is commonly seen after cryopreservation.

slide23

PRIMARY ACROSOMAL ABNORMALITIES

A. Acrosomal cyst (nipple acrosome) = large apical cyst within the acrosome, with empty center (arrow). The circular area just above the equatorial region is probably also a cyst within the acrosome.

B. Acrosomal cyst. Severe central equatorial cyst with lighter center (arrow).

slide24

Sperm DNA fragmentation: Definition

ADN

  • DNA fragmentation = damages in the double strand due to « agression ».
  • Apoptosis,ROS, anomalies in topoisomerase activity, sperm antibodies

Breaks

slide25

Collecting Lens

Photomultiplier

Tube

Stained Cells

Excitation Source

(Laser Beam)

Flow Cytometry

slide26

SCSA® - Acridine

Orange Stained DNA

100

Native DNA Stainability

(green fluorescence)

0

100

Fragmented DNA (red fluorescence)

slide27

HDS 3%

DFI: 68%,

slide28

Dernier étape avant necrospermie?

DFI

Coeff. de corrélation de Spearman:

rho = 0,65

 p < 2,2 x 10-16

100

80

60

40

20

NECROSPERMIE

20

40

60

80

100

Menezo 2007

140 patients

age and dfi
Age and DFI

Age et fragmentation: Notre experience

(Ménézo et al. 2005)

P<0.0001: 83 patients

Y= 0.098X + 34.4

Menezo 2008

apoptose arret du cycle cellulaire reparation tolerance
Apoptose, arret du cycle cellulaireReparation,Tolerance

CDC25

TP 53

Menezo 2007

OK +++

Mutagenesis, carcinogenesis)

icsi avec sperm totalement fragmente 8modele souris fernandes gonzales et al biol reprod 2008
ICSI avec sperm totalement fragmente 8modele souris)Fernandes-gonzales et al. Biol Reprod 2008
  • Anatomopathological analysis of animals at 16

months of age showed some large organs and an

increase in pathologies (33% of CD1 females produced

with DFS presented some solid tumors: lungs and dermis of back or neck.

  • 20% of the B6D2F1 generated with DFS died during the

first 5 months of age, 25% of the surviving animals

showed premature ageing symptoms

  • 70% of mice died earlier than control with

different kind of tumors.

Menezo 2008

slide32
Antioxidants and fertilityL’ovocyte a une capacité limitée à réparer l’ADNCette capacité diminue avec l’Age maternel

Plusieurs centaines de milliers d’opérations de DNA repair

pendant les premières 24 heures Post fecondation

Ménézo and Cohen 2011

slide33

Antioxidants and fertilityTenter de diminuer la charge de réparation de l’ovocyteTout dépassement de la capacité de reparation entrainera arrêt de développement embryonnaireouMutation

les anti oxydants habituellement utilis s bas s sur le vieillissement
Les Anti-oxydants habituellement utilisés. Basés sur le vieillissement

The role of free radicals and antioxidants in reproduction.

Agarwal A, Gupta S, Sikka S 2006

Ménézo 2009

Selenium

Vitamine C (A+E)

SOD

Le vitamines du groupe B?

sperm dna fragmentation se vit c vit a vit e treatments hds 57 patients

Sperm DNA fragmentation Se, vit C, Vit A , VIT E treatments: Δ HDS, 57 patients

Increase in

HDS

DFI

HDS

Decrease in HDS with treatment

Menezo et al. 2007

dfi hds and antioxidant treatments 57 patients

DFI / HDS and antioxidanttreatments : 57 patients

32.4

DFI p<0.0004

HDS p<0.0009

26.2

21,5

17.5

After treament

Before treatment

slide37

Acrosome

Genetic material

compacted

Chromatine

(protamines + DNA)

Mid-piece

Mitochondria

« engine »

« Propeller»

selenium
Selenium
  • - Sodium selenite induit l’apoptose par generation de RLO° via les mitochondries (Wong 2009)
  • - “Mitochondries principale source de RLO dans le sperme ” (Aitken 2007)
  • - Jamais de déficience en selenium decrite dans la “Caucasian population “
  • -Une interaction se produit entre certaines structures associees au selenium et les “Zinc finger proteines” impliquées dans la réparation de l’ADN
    • Se: anticarcinogénique à faible concentration mais
  • compromet la stabilité génétique à de fortes concentrations : il affecte la möthylation de l’ADN (Hartwig et al. 2003, Davis et al. 2000)

Ménézo 2009

glutathion
Glutathion:

Sulfur

Oxigen

Nitrogen

Carbone

SH

S-S

antioxydants i quercetine
Antioxydants: IQuercetine

*Folliquelia, procrelia, condensyl,

Alleviative effects of quercetin and onion on male reproductive toxicity induced by diesel exhaust particles.Izawa H et al. Biosci Biotechnol Biochem. 2008

Stimulating effects of quercetin on sperm quality and reproductive organs in adult male rats.Taepongsorat L, AsianJ Androl. 2008

Quercetin protects spermatogonial cells from 2,4-d-induced oxidative damage in embryonic chickens.Mi Y.J Reprod Dev. 2007

absorption des polyphenols ils stimulent la synthese endogene de glutathion
Absorption des polyphenols:Ils stimulent la synthese endogene de Glutathion

.Measurement of GSH in mouse gastrocnemius (muscle)

3-4wks intake P<0.01

betala nes betanine and indicaxanthine
Betalaïnes (Betanine and Indicaxanthine)

Indicaxanthine

Betanine: purple red

betala nes protection against lipid peroxidation
Betalaïnes: protection against lipid peroxidation

Augmentation de la resistance à l’oxydation des LDL en présence de betalaînes Tesoriere L 2003

Betalains: elles se lie aux lipides des LDL ; eles s’oxydent et protege le cœur lipidique de l’oxydation

Les LMDL enrichies en Indicaxanthin et betanin sont plus resistantes à la peroxydation induite par les ions cuivre

Menezo and Cohen 2010

antioxydants acide folique zn et toutes les vitamines du groupe b
Antioxydants: acide folique, Zn et TOUTES les vitamines du groupe B

*Folliquelia, procrelia, condensyl, Fertibiol

Association membrane methylation and motility

Associations of MTHFR DNMT3b 4977 bp deletion in mtDNA and GSTM1 deletion, and aberrant CpG island hypermethylation of GSTM1 in non-obstructive infertility in Indian men. Dhillon VS, Mol Hum Reprod. 2007

Low seminal plasma folate concentrations are associated with low sperm density and count in male smokers and nonsmokers. Wallock LM et al 2001

Depression of human sperm motility by inhibition of enzymatic methylation. Sastry BV, Janson VE.2007

Menezo and Cohen 2010

empreinte apoptose et defense contre le stress oxydatif
Empreinte, apoptose et defense contre le stress oxydatif

Incorporation of uracyle in DNA (/thymidine)

Defective

methylation

Hyperhomocysteinehemie et deficience en folate

Oxidative

Stress

Me

Diminution de la croissance cellulaire

Diminution de

L’expression

génique

Alteration de la synthese proteique

Alteration des lipides

membranaires

Fragmentation

DeL’ADN

a

Cellular dysfonctions

Apoptosis

Menezo and Cohen 2010

before any treatment
Before any treatment

Ménézo et Cohen 2009

Check

Fragmentation

Decondensation

Various dosages of AO and folic acid according to the type of defects

mr c m 40 years old naples italy decondensation
Mr C.M. 40 Years old, Naples Italydecondensation

March 200845%

July 2008

51%

August 2008, did 90 days Folliquelia therapy

Tosti 2009

mr c m 40 years old naples italy
Mr C.M. 40 Years old, Naples Italy

January 2009

13%

February 2009

3%

slide50

Intégrité de la structure nucléoprotéique (ADN Protéine) du spermatozoïde: therapeutique

Différents types d’altération de cette structure

Structure Iaire et IIaire

Apoptose (# nécrose)

Cassure de l’ADN en fragments de

200 paires de bases (chaîne des caspases)

Cassure de la double hélice ADN

Rupture des ponts disulfures

Exploration par coloration au

bleu d’aniline (agent intercalant)

Exploration par technique TUNEL

Valeur pathologique: frag > 35%

Origine des cassures

Décondensation: Altération de la structure tertiaire de l’ADN

Condensyl

Génétique : anomalies des

enzymes de réparation de ADN

(topoisomérases …)

Action des ROS

Radicaux libres oxygénés

Utile si dispersion < 20%

Procrelia

Traitements

par antioxydants

Pas de traitement

si dispersion > 20%

conclusions i
Conclusions I

Le viellissement et la fertilité masculine: PASLE MEME COMBAT. Selenium , vit C trop forte: à proscrire,

Toutes les B sont nécéssaires (recyclage de l’homocysteine en Méthionine)

Traitements avec vitamines larga manu, sans connaitre le type de dégats: le remède peut etre pire que le mal

“Primum non nocere”: valide pour l’infertilité

Decondensation

Fragmentation

Avec ou sans association

Ménézo and Cohen 2009

conclusions ii
Conclusions II

Cercle vicieux

La stimulation des systèmes de protection endogènes contre les radicaux libres est plus efficace que la “distribution” de composés anti-oxydants forts (dispersion, effet feed back))

Homocysteine et d’une façon générale tous les AA soufrés sont des éléments clefs dans le régulation du stress oxydatifs et apoptose

Homocysteine

(RL*) Apoptose

chez la femme , de faibles dose d’acide folique associées à la quercetine et betalaïnes pourraient aussi etre recommandées même si l’impact de RL* est beaucoup plus dur à établirto establish

Ménézo and Cohen 2010