Chemotherapeutic agents used to treat testicular cancer affect the sperm proteome, male fertility and progeny outcome

Testicular cancer is the most common cancer affecting young men of reproductive age. Fortunately, with the considerable advancements made in the treatment protocol, namely the coadministration of bleomycin, etoposide, and cisplatin (BEP) subsequent to orchidectomy, the cure rate has drastically improved to over 90 percent. This high cure rate, in conjunction with the young age of patients, requires more emphasis to be placed on post-treatment quality of life, including fertility. Knowing that this treatment results in reproductive chemotoxicity, the goal of this thesis was to determine the effects of BEP exposure on the sperm head proteome and its resulting impact on male fertility and progeny outcome in the Brown Norway rat, with emphasis on spermatozoa after recovery of treatment. The first objective was to elucidate the effect of BEP treatment on the sperm chromatin integrity and sperm head protein profiles. The susceptibility of DNA to denaturation and the number of strand breaks was significantly increased in mature spermatozoa following BEP treatment; however, most interestingly was the change in the expression of sperm head proteins, including histones, protamines, and sperm-egg interacting proteins, in BEP-treated spermatozoa subjected to a 9-week recovery period. The next objective was to identify the mechanism by which the histone to protamine ratio is altered in BEP-treated sperm after recovery and its potential consequence on the F1 generation. The progeny sired from spermatozoa of BEP-treated males after a recovery period, which had abnormalities in chromatin structure due to the altered expression of chromatin remodeling proteins, displayed changes in the testicular expression of reproductive-related genes at postnatal day 6. Moreover, the resulting litter size was significantly reduced, suggesting that the BEP-inflicted modifications of the sperm chromatin structure may have led to early embryonic death. The last objective was to understand the implications of up-regulated sperm-egg interacting proteins, following BEP treatment, on fertilization capacity and early embryo development. In-vitro fertilization studies confirmed that the up-regulation of sperm-egg interacting proteins, localized to the sperm head plasma membrane, increased the fertilization capacity of BEP-treated spermatozoa following a 9-week recovery period; however, when these recovery animals sired eight-cell stage embryos via natural matings, the expression of several stem cell transcription factors important in early embryo development were modified. Collectively, these studies indicate that despite a prolonged cessation of treatment, exposure to BEP chemotherapy results in persistent effects on spermatogenesis, with paternally mediated repercussions on progeny outcome initiating a major cause for concern.Le cancer testiculaire est le type de cancer le plus commun chez les hommes en âge de procréer. Grâce à des avancées considérables, notamment la co-administration de la bléomycine, étoposide et cisplatine (BEP) qui suit l'orchidectomie, le taux de guérison atteint aujourd'hui plus de 90%. Ce taux élevé de guérison, en conjonction avec le jeune âge des patients, crée le besoin d'études mettant l'accent sur la qualité de vie post-traitement de ces hommes et notamment, sur leur fertilité. Sachant que le traitement a un effet chimiotoxique sur le plan reproducteur, le but de cette thèse était de déterminer les effets de l'exposition au BEP sur le protéome de la tête du spermatozoïde et leur impact sur la fertilité masculine et sur la progéniture, pendant et après le traitement chez le rat de souche Brown Norway. Le premier objectif était d'étudier les effets du traitement BEP sur l'intégrité de la chromatine du spermatozoïde et sur le protéome de la tête du spermatozoïde. La sensibilité de la structure chromatinienne à la dénaturation ainsi que le nombre de cassures des brins d'ADN étaient significativement augmentés dans le spermatozoïde mature après traitement; cependant, le changement le plus notoire fut celui des niveaux d'expression de certaines protéines de la tête du spermatozoïde dont les histones, protamines et de certaines des protéines impliquées dans l'interaction des deux gamètes, chez les spermatozoïdes des rat 9 semaines après la fin du traitement. L'objectif suivant était d'identifier le mécanisme qui modifie le ratio histone-protamine dans les spermatozoïdes des rats traités après les 9 semaines de rétablissement, ainsi que les potentielles conséquences de ces altérations sur la portée de la première génération, F1, de ces rats. Les rats âgés de 6 jours post partum, issus des males 9 semaines post traitement, dont les spermatozoïdes présentent des anomalies dans la structure chromatinienne induite par la modification d'expression des protéines du remodelage chromatinien, présentent des modifications du niveau d'expression testiculaire de certains gènes de la reproduction. De plus, la taille des portées est significativement réduite, suggérant que les modifications structurales de la chromatine suite au traitement pourraient induire une mort embryonnaire. Le dernier objectif était de comprendre les implications de la surexpression de certaines protéines impliquées dans l'interaction spermatozoïde-ovocyte induite par le traitement, sur la capacité à fertiliser des spermatozoïdes et sur les premiers stades de développement embryonnaire. Les études de fertilisation in vitro ont confirmé que la surexpression de ces protéines, localisées sur la surface de la tête du spermatozoïde, augmentait la capacité de fertilisation des spermatozoïdes traités après les 9 semaines de rétablissement; cependant, les embryons au stade 8 cellules, issus de fécondation naturelle, présentaient des modifications dans le niveau d'expression de certains facteurs de transcriptions connus pour être importants lors des premiers stades de développement embryonnaire. Ensemble, ces résultats montrent que malgré la longue période de rétablissement qui suit le traitement, l'exposition au BEP induit des effets persistants sur la spermatogenèse, avec des répercussions d'origine paternelle sur la progéniture, mettant à jour des préoccupations majeures dans le milieu de la reproduction