Les gamètes et la fécondation

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1 Les gamètes et la fécondation Les cellules germinales et la fécondation La sexualité n est pas nécessaire à la reproduction Reproduction asexuée : A partir d une cellule somatique : mitose A partir d une cellule germinale : parthénogénèse - Organismes unicellulaires : Protozoaires, etc. (mitose) - Reproduction végétative chez les Plantes (mitose) - Bourgeonnement chez les hydres d eau douce et anémones (mitose) - Vers marins, étoiles, etc... : section en 2 individus et régénération (mitose) - Certains lézards : uniquement femelles (parthénogénèse) BioGen B DC Gillan - UMons 1

2 Reproduction sexuée chez Eucaryotes : Liée à la méiose. Mélange des génomes. La progéniture est différente génétiquement des parents. Avantage : augmentation de la variabilité : permet l adaptation rapide des espèces à un milieu changeant (sélection naturelle). La majorité des êtres vivants ont adopté la sexualité. Chez les Procaryotes (Bactéries / Archées) Asexués. Pas de méiose Echanges génétiques fréquents via plasmides, transduction virale, transposons! Evolution rapide possible. Les gamètes 1. Les ovules. Cellules hautement spécialisées. - Sphériques ou ovoïdes - Grande taille par rapport aux cellules somatiques typiques (20 μm) Homme et oursin : 100 μm Grenouille et poissons : 1 2 mm (noyau : 400 μm) Oiseaux et reptiles : plusieurs cm - Le cytoplasme très développé : comporte des réserves nutritionnelles Organites uniques : - Plaquettes vitellines - Gouttelettes lipidiques - Granules corticaux jaune de l oeuf BioGen B DC Gillan - UMons 2

3 Plaquettes vitellines ou vitellus Organites complexes et variés Riches en protéines de réserve condensées en cristalloïdes Peuvent contenir de l ADN vitellin, sans rôle génétique Petits oeufs (homme, oursin) : charge vitelline nulle Oeufs alécithes Oeufs hétérolécithes : vitellus présent, différence entre les deux pôles (gradient de vitellus). Ex : grenouille. Grands oeufs (oiseaux, reptiles) : charge vitelline énorme Oeufs télolécithes (jaune : jusque 95% du volume) Proportions vitellus/lipides variable en fct de l espèce (amphibiens : peu de lipides; oiseaux : 80% du jaune = lipides) Plaquettes vitellines chez la grenouille BioGen B DC Gillan - UMons 3

4 - Granules corticaux Vésicules de sécrétion sous la membrane plasmique (dans le cortex) et distribués de manière homogène Répandus, présent chez les Mammifères La fécondation par un spermatozoïde va provoquer une exocytose de ces granules. La zone pellucide sera altérée de façon à empêcher d autres spermatozoïdes de rentrer. Le cytoplasme des ovules et oeufs n est pas homogène : Présence de gradients de concentration Grenouilles : le vitellus et les ribosomes forment un gradient La polarité de l oeuf déterminera la polarité de l embryon. ribosomes vitellus Pôle animal (PA) noyau Pôle végétatif (PV) BioGen B DC Gillan - UMons 4

5 Le noyau = vésicule germinative Les chromosomes sont en cours de méiose. Chez la plupart des animaux (sauf Mammifères) on observe des chromosomes plumeux (lampbrush chromosomes) : les bivalents diplotènes s étirent et forment des boucles latérales, d apsect plumeux. Taux de transcription très élevé (synth. mrna) Forme de la chromatine la plus active connue. Rem : les chromosomes mitotiques sont toujours silencieux. Les chromosomes plumeux des ovocytes Bivalents du stade diplotène (tétrades) A et A : chomosomes homologues, chacun fissurés en deux chromatides (1, 2, 3, 4) Les chromatides forment des boucles (b) issues d épaississements (c) BioGen B DC Gillan - UMons 5

6 Rappel : Prophase I, stade diplotène (diplos, «double») Eloignement des chromosomes homologues de chaque paire (restent accolés aux chiasmas) chiasmas Les chiasmas maintiennent les chromosomes ensembles jusqu à l anaphase I Les nucléoles sont très actifs : synthèse de nombreux ribosomes. Chez de nombreuses espèces les nucléoles sont multipliés. De nombreux nucléoles surnuméraires sont ainsi produits dans le noyau. Amplification de l appareil nucléolaire. Insectes : 400 copies des gènes 18S-28S (200 dans glandes salivaires) Crapaud Xénope : copies des gènes 18S-28S distribuées dans 1000 nucléoles (1000 copies des gènes dans cellules somatiques) Mammifères : pas d amplification (petits oocytes) Production de nombreux ribosomes BioGen B DC Gillan - UMons 6

7 Cytoplasme des oocytes : - Nombreux ARN messagers et trna - Nombreuses mitochondries - Granules de glycogène (réserve de glucose) Ex : composition de l oocyte de Xénope (Amphibien) Protéines : 125 μg (80% : protéines du vitellus) Polysaccharides : 42 μg (70% : glycogène) ARN : 4 μg (95% : ARN ribosomial) ADN : 0,036 μg (36 ng) 50% : ADN mitochondrial (cytoplasmique) 50 % : ADN vitellin (cytoplasmique) 0,1 % : ADN nucléaire Peu de lipides dans les ovules d Amphibiens Couches protectrices de l oeuf Matrice extracellulaire de glycoprotéines, sécrétée par l oeuf et par des cellules externes (les oeufs se forment dans les ovaires). Contre la membrane plasmique. Couche vitelline (non Mammifères : oursins, etc.). Zone pellucide (zona pellucida, Mammifères). Des cellules folliculeuses issues de l ovaire peuvent entourer la zone pellucide (ex : corona radiata de l oeuf alécithe chez la Femme).! Protection mécanique! Barrière aux spermatozoïdes des autres sp BioGen B DC Gillan - UMons 7

8 Zone pellucide = membrane de glycoprotéines entourant la membrane plasmique des ovocytes Autres couches chez les non mammifères Sécrétées par cellules externes à l oeuf Ex : couche gélatineuse des oeufs de grenouille (chorion), acquise pendant le transit dans l oviducte (cellules épithéliales) Ex : le blanc de l oeuf de poule (albumine : réserve nutritive extraembryonnaire); la coquille. Sont ajoutés pendant le transit dans l oviducte. Ex : la couche vitelline des oeufs d insectes est convertie en un chorion épais, par les cellules folliculeuses entourant l oeuf dans l ovaire. BioGen B DC Gillan - UMons 8

9 Oeufs de grenouille La formation des gamètes par méiose = gamétogénèse. Cellule de départ = gamétocyte ou méiocyte. Animalia : La gamétogénèse se déroule dans les gonades : Plantae : - ovaires ovules : oogénèse ou ovogenèse - testicules spermatozoïdes : spermatogénèse La gamétogénèse se déroule dans les gamétanges : - archégones, ovaires ovules ou oosphères - anthéridies (étamines) spermatozoïdes (pollen) anthérozoïdes BioGen B DC Gillan - UMons 9

10 Gamètes : Gamètes mâles = spermatozoïdes Gamètes femelles = ovules Ovogenèse ou oogenèse Gamétogenèse animale femelle. Se déroule dans l ovaire au cours de la méiose. Les ovaires sont les gonades femelles. Elles sont paires. Les ovaires comportent : des cellules germinales : ovocytes. des cellules somatiques (non reproductrices) : Les cellules folliculaires. Forment une enveloppe close autour de chaque cellule germinale en voie de différenciation. L ensemble constitue un follicule ovarien. BioGen B DC Gillan - UMons 10

11 Localisation des gonades chez Homo sapiens BioGen B DC Gillan - UMons 11

12 Coupe schématique d un ovaire de Mammifère ovocyte cellules folliculaires follicule cavité folliculaire 1. croissance 3. régression 2. ovulation tissu conjonctif de l ovaire ovule Accroissement de la taille de l ovocyte Formation zone pellucide Multiplication des cellules folliculaires (plusieurs couches) + creusement progressif d une cavité croissance régression BioGen B DC Gillan - UMons 12

13 Follicules primordiaux Nombreux et de petite taille Ovocyte central entouré de quelques cellules folliculaires Follicules primaires Une couche continue de cellules folliculeuses Follicules secondaires Différenciation des cellules folliculaires en deux thèques : interne et externe. Tissu folliculaire, producteur d hormones et vascularisé. Follicules tertiaires (cavitaires) Apparition de petites cavités dans le tissu folliculaire, qui fusionnent. Follicule à maturité = follicule de De Graaf Taille maximale : 1,5 2 cm Importante cavité folliculaire remplie de liquide folliculaire Corps jaune Formé de cellules toutes semblables, les cellules lutéiniques, chargées de lutéine (pigment jaune). lutéine type de caroténoïde BioGen B DC Gillan - UMons 13

14 Coupes histologiques d ovaires (lapin) Follicules primordiaux et primaires BioGen B DC Gillan - UMons 14

15 Follicule secondaire Follicule mûr ou de De Graaf BioGen B DC Gillan - UMons 15

16 Granulosa : cellules folliculeuses autour de l ovocyte Atrésie folliculaire : dégénérescence naturelle de certains follicules ovariens. Rappel : la méiose Méiocyte (2n) Division réductionnelle Division équationnelle Gamètes (n) BioGen B DC Gillan - UMons 16

17 Etapes de la méiose 0. Interphase Divison réductionnelle 1. Prophase I a. Leptotène b. Zygotène c. Pachytène d. Diplotène e. Diakinèse 2. Métaphase I 3. Anaphase I 4. Télophase I Division équationnelle 5. Prophase II 6. Métaphase II 7. Anaphase II 8. Télophase II Ovogenèse - Un seul gamète fonctionnel sera produit à partir d un méiocyte ( spermatogenèse) - La croissance de l ovocyte sera considérable ( spermatogenèse) - Le phénomène est discontinu dans le temps ( spermatogenèse) : La méiose se bloque à un certain stade (variable selon sp.) La cellule susceptible d être fécondée est variable selon l sp. Ovule = gamète femelle dans le tractus génital Oeuf = gamète femelle (fécondé ou non) pondu dans le milieu ext. BioGen B DC Gillan - UMons 17

18 L ovogenèse comporte plusieurs étapes principales avant l ovulation Multiplication des cellules germinales Les cellules germinales se forment dans l embryon et prolifèrent par mitose. On les appelle oogonies (2n) Duplication des chromosomes Croissance Entrée en Méiose Apparition de cellules folliculaires Blocage éventuel de la méiose Maturation : reprise de la méiose et augmentation de taille des cellules germinales et du tissu folliculaire Ovulation : Libération de l ovocyte dans le milieu extérieur : formation de l ovule. Déhiscence de l enveloppe du follicule, l ovule est collecté par l oviducte. Maturation et ovulation sont synchrones ou disjoints dans le temps selon les espèces. BioGen B DC Gillan - UMons 18

19 Lors de la maturation (méiose) des ovocytes, les cellules qui se forment ont une taille très inégale : Oogonie (2n) Ovocyte I (4N) Division réductionnelle 1 er globule polaire Ovocyte II (2N) Division équationnelle 2 e globule polaire Ootide (N) Les ovocyte II (de 2 e ordre) et les ootides ont bcp de cytoplasme Les globules polaires sont de minuscules cellules restant accolées aux ovocytes. Cellules abortives. 1 er globule polaire 2 e globule polaire 1 er globule polaire Ovocyte II Ootide 1 oogonie 1 seule ootide BioGen B DC Gillan - UMons 19

20 L ovogenèse en résumé Duplication ADN Entrée en méiose Ovocyte I (4N) Maturation Accroissement 1 er globule polaire Division réductionnelle Ovocyte II (2N) Division équationnelle Oogonies (2N) Multiplication 2 e globule polaire Ootide (N) Ovulation Stade de l ovocyte au moment de l ovulation (ou ponte) : * Ascaris, Polychaetes, Mollusques, Astéries Maturation non débutée * Ascidies, insectes Maturation bloquée en métaphase I * Vertébrés Maturation bloquée en metaphase II (1 globule polaire) * Oursins Maturation totalement achevée BioGen B DC Gillan - UMons 20

21 Cycle ovarien chez Homo sapiens (femme) Maturation Duplication ADN et entrée en Méiose = oogonies Début Méiose Reprise Terminaison Arrêt stade diplotène Arrêt stade ovocyte II Méiose Femme Stade foetal : Multiplication des oogonies, duplication des chromosomes. La prophase I de méiose débute dans l ovaire du foetus et est bloquée au stade diplotène : ovocytes I (4N). Les ovaires comportent à la naissance à ovocytes I. Puberté : La croissance des follicules reprend selon un rythme cyclique propre aux Mammifères. Un cycle féminin dure 28 jours et couvre la croissance, la maturation (reprise méiose), l ovulation et la dégénérescence d un seul follicule. Seuls 300 à 400 ovocytes I arriveront à maturité (= 0,1%). Tous les autres vont dégénérer : atrésie folliculaire. BioGen B DC Gillan - UMons 21

22 La femme n est féconde qu au moment de l ovulation. La fécondation provoque l émission du 2 e globule polaire. L ovulation rythmée se poursuit pendant toute la vie de l adulte. Elle s arrête vers 50 ans. Vers 50 ans : l ovulation devient irrégulière puis s'arrête = ménopause. A ce moment, la femme n est plus féconde. Le cycle ovarien chez Mammifères : 3 phases (28 jours) 1. La phase folliculaire ou pré-oestrus - Durée : jours; 14 en moyenne - Un follicule (parfois 2-3), bloqué depuis la vie foetale, achève son évolution. 2. Ovulation ou oestrus - Durée : bref - Spontané chez femme ou provoqué par le coït (lapine, chatte, furet) - Rupture du follicule mûr et libération de l ovule (ovocyte et corona radiata) dans le pavillon de la trompe (avec liquide folliculaire) BioGen B DC Gillan - UMons 22

23 3. Phase lutéinique ou post-oestrus - Durée de 14 jours chez la femme - Formation, évolution et régression du corps jaune : les cellules folliculaires de la granulosa se multiplient et se chargent d un pigment (jaune-orangé chez la femme). En fin de cycle le corps jaune régresse rapidement et laisse place à un nodule blanchâtre. Accroissement de la taille de l ovocyte Formation zone pellucide Multiplication des cellules folliculaires (plusieurs couches) + creusement progressif d une cavité BioGen B DC Gillan - UMons 23

24 Le cycle de l utérus L utérus comprend 2 parties : - Le myomètre : muscle lisse très épais - L endomètre : tissu conjonctif riche en vaisseaux sanguins et recouvert par un épithélium. L endomètre est modifié au cours du cycle : Phase folliculaire : reconstitution de l endomètre. Epaississement, invagination de l épithélium (formation de glandes en tube). Phase lutéinique : l endomètre continue de s accroître (jusque 5 mm). Les glandes en tube sécrètent du glycogène, deviennent ramifiées : dentelle utérine. Les artérioles se spiralisent. En fin de cycle : les parois des artérioles se rompent. Hémorragie et desquamation des tissus (règles). endomètre myomètre BioGen B DC Gillan - UMons 24

25 Utérus phase folliculaire Utérus phase lutéinique Les hormones ovariennes Ovaire = glande endocrine - Thèque interne des follicules : sécrète les hormones oestrogènes (préparent l oestrus) : estradiol - Le corps jaune : sécrète la progestérone (produite uniquement pendant la phase lutéinique). Prépare la gestation. BioGen B DC Gillan - UMons 25

26 oestrogènes progestérone Oestrogènes : épaississement endomètre, prolifération glandes en tube, accroissement irrigation sanguine. Progestérone : formation dentelle utérine, sécrétion glycogène par les glandes en tube. Le cycle ovarien est sous contrôle hypophysaire L hypophyse agit sur l ovaire par l intermédiaire de deux hormones (des gonadostimulines) : - la folliculo-stimuline : FSH - l hormone lutéinisante : LH 1. Phase folliculaire 2. Ovulation 3. Phase lutéinique BioGen B DC Gillan - UMons 26

27 LH et FSH SNC Hypothalamus RH Hypophyse FSH LH Ovaire Follicule Corps jaune Oestrogènes Progestérone RH : releasing hormone Effecteurs BioGen B DC Gillan - UMons 27

28 LH : glycoprotéine hétérodimérique - sous-unité α (92 aa) - sous-unité β (121 aa) FSH : glycoprotéine hétérodimérique - sous-unité α (92 aa) - sous-unité β (118 aa) Identité des sous-unités α Le spermatozoïde μm de long chez l homme BioGen B DC Gillan - UMons 28

29 Les spermatozoïdes (SZ) peuvent avoir différentes formes : Amiboïdes : Nématodes Etoilés : Crabes Biconcaves : Insectes protoures Fusiformes non flagellés : Insectes Aspect en têtard de grenouille : le plus souvent. Sz nématodes Sz crustacés Noyau : dense, nucléoplasme très réduit, pas de nucléole; Plus d histones chez certaines espèces Acrosome : organite du cytoplasme, coiffant le noyau à une extrémité. Propre aux SZ. Sert à perforer les enveloppes de l ovule. Contient enzymes lytiques (issus de l appareil de Golgi). Collet : petit étranglement à l arrière du noyau renfermant un centrosome (1 centriole proximal + 1 distal devenu cinétosome, c est-à-dire granule basal du flagelle) Queue : portion proximale renflée en pièce intermédiaire, renfermant les mitochondries disposées autour de la base de l axonème. Cytoplasme : très réduit (pas de ribosomes, RE, Golgi). BioGen B DC Gillan - UMons 29

30 «Tête» Acrosome Noyau Collet Pièce intermédiaire Queue Coupe transversale (pièce intermédiaire) 9 fibres denses BioGen B DC Gillan - UMons 30

31 Fibres denses (2 terminées) Gaine fibreuse externe Coupe transversale SZ cochon d inde BioGen B DC Gillan - UMons 31

32 Sperme = SZ 10 8 /ml + liquide séminal Liquide séminal - vésicule séminale - prostate Nutriments des SZ Mobilité des SZ BioGen B DC Gillan - UMons 32

33 Quantité de SZ produits au cours de la vie d un homme : La production débute à la puberté dans les tubes séminifères des testicules. La spermatogenèse est continue L essentiel de la différenciation se fait après la méiose Paroi des tubes séminifères : plusieurs couches de cellules : Stades successifs de la spermatogenèse (de la périphérie vers la lumière) Etapes de la spermatogenèse - Multiplication des cellules souches germinales formées dans l embryon : spermatogonies (2N). Commence dans le foetus et s arrête à la naissance. Reprise à la puberté - Léger accroissement de la taille : entrée en méiose et formation des spermatocytes I (4N) - Première division de méiose : formation des spermatocytes II (2N) - Deuxième division de méiose : formation des spermatides (N) - Différenciation : formation des SZ (N) : spermiogenèse BioGen B DC Gillan - UMons 33

34 Cellules interstitielles = cellules de Leydig CT testicule rat rat homme homme BioGen B DC Gillan - UMons 34

35 Les cellules de Sertoli : Enveloppent les SZ en formation (les spermatides) Apport de nutriments BioGen B DC Gillan - UMons 35

36 Hormones masculines Cellules interstitielles du testicule = cellules de Leydig : testostérone Déversée dans le sang (testicule : glande endocrine) Hypophyse de l homme : sécrétion de LH et FSH en continu (pas de variations cycliques) LH : stimule la sécrétion de testostérone par cellules de Leydig. FSH : stimule la spermatogenèse avec la testostérone (tubes séminifères) spermatogonies Ponts cytoplasmiques Echanges de nutriments spermatocytes I spermatocytes II spermatides spermiogénèse Aussi entre ovocytes et cellules folliculeuses (gap junctions) BioGen B DC Gillan - UMons 36

37 La fécondation Modalités de la fécondation La fécondation est généralement croisée, même chez les hermaphrodites La modatité dépend : * de l espèce * du milieu * de la mobilité des gamètes La fécondation peut être interne ou externe BioGen B DC Gillan - UMons 37

38 Fécondation externe Essentiellement chez espèces aquatiques Gamètes émis dans l eau, fécondation dans l eau. Pas d accouplement Les gamètes se rencontrent car les individus vivent proches les uns des autres (espèces fixées ou sédentaires), ou parce-que les individus se rapprochent (parades, nids,...) Exemples : anémones, oursins, poissons, crustacés... Fécondation interne Essentiellement chez les espèces terrestres (insectes, vertébrés) mais aussi chez certaines espèces aquatiques (pieuvres, cétacés). Présence d organes copulateurs Accouplement Rapprochement des individus : phéromones sexuelles BioGen B DC Gillan - UMons 38

39 La fécondation chez l oursin Couche vitelline Gangue de mucus La méiose est terminée : Oeuf = ootide noyau Granules corticaux Membrane plasmique L ootide ne comporte plus de centrioles Paracentrotus lividus (Lamarck 1816) BioGen B DC Gillan - UMons 39

40 La fécondation est externe Les SZ doivent traverser 3 barrières : - Gangue de mucus : polysaccharide sulfaté riche en fucose, inducteur de la réaction acrosomale. - Couche vitelline - Membrane plasmique de l oeuf Réaction acrosomiale - Au contact de la gangue de mucus, exocytose massive du contenu de l acrosome : enzymes hydrolytiques pour lyser la gangue et l enveloppe vitelline. - Formation du filament acrosomial rigide grâce à la polymérisation de filaments d actine. Le membrane du filament acrosomial est l ancienne membrane de l acrosome. - L extrémité du filament acrosomial se fixe spécifiquement à la couche vitelline grâce à la «bindine» (protéine de surface du filament acrosomial). La bindine reconnaît des récepteurs dans la couche vitelline. Hydrolyse enveloppe vitelline. - Fusion de la membrane du filament acrosomial avec la membrane de l ovule, injection du noyau et de deux centrioles. BioGen B DC Gillan - UMons 40

41 Réaction acrosomiale (ou acrosomique) Exocytose (fusion acrosome-membrane cellulaire) Dévagination avec formation filament acrosomial. BioGen B DC Gillan - UMons 41

42 Si l éjection du filament acrosomial est tangente à la gangue il n y aura pas de fécondation. Si l éjection du filament acrosomial est radiale à la gangue il pourra y avoir fécondation. L entrée du SZ va activer l oeuf : il déclenche un programme déjà présent. Un oeuf peut être activé artificiellement par différents traitements physico-chimiques. Le SZ n est pas toujours nécessaire. Ex : oeuf de grenouille piqué avec aiguille. Le développement d un tel ovule, sans SZ, est la parthénogenèse. L activation de l oeuf débute par des changements de concentrations ioniques (très rapide) : 1. Augmentation de la perméabilité de la membrane plasmique de l oeuf au Na + : dépolarisation de la membrane (qq secondes) Rappel La membrane plasmique se dépolarise puis revient lentement à son potentiel de départ (-60 mv). Il s agit du premier blocage à la polyspermie appelé blocage rapide de la polyspermie BioGen B DC Gillan - UMons 42

43 2. Sortie massive de Ca 2+ depuis des compartiments intracellulaires (RE) séquestrant le Ca 2+ : augmentation [Ca 2+ ] cytosol pendant 2,5 minutes (pic) (la [ ] augmente 100x). C est ce signal qui va activer l oeuf (via la calmoduline). 3. Exocytose des granules corticaux (= réaction corticale) suite à l augmentation du Ca 2+. Contiennent des enzymes protéolytiques : destruction de la bindine de la couche vitelline (attachement SZ); la couche vitelline s éloigne de la membrane plasmique et se durcit («crosslinkage» enzymatique). Formation d une membrane de fertilisation (ou de fécondation). C est le 2 e blocage à la polyspermie appelé blocage lent de la polyspermie. Conséquences : - l oeuf devient imperméable à d autres SZ - déclenchement du programme de développement de l oeuf 4. Augmentation ph intracellulaire (efflux H +, entrée Na + ) Conséquence: synthèse des protéines et réplication de l ADN BioGen B DC Gillan - UMons 43

44 Juste après la pénétration du noyau du SZ : formation du zygote Le zygote est la première cellule diploïde (les noyaux ne sont pas encore fusionés) Amphimixie = Fusion des noyaux - Les deux centrioles du SZ (un centrosome) injectés dans l oeuf deviennent le centre d un aster de microtubules : le spermaster - Le noyau du SZ gonfle et devient le pronucléus mâle (décondensation ADN). Idem avec pronucléus femelle. - Les deux pronucléi se rapprochent grâce au spermaster - 20 minutes après pénétration du SZ, les membranes des deux pronucléi fusionnent. Premier noyau 2n. Mélange des chromosomes. - Le centrosome se dédouble et la mitose débute (phase S, etc.) minutes après pénétration du SZ : stade deux blastomères BioGen B DC Gillan - UMons 44

45 La fécondation chez les Mammifères La méiose n est pas terminée : Cellule fécondée (ovule) = ovocyte II (1 seul gl. polaire) L ovocyte II ne comporte pas de centrioles (idem oursin) La fécondation chez les Mammifères Exemple chez Homo sapiens Fécondation interne Canal du col avant l ovulation Les propriétés du col sont modifiées à l ovulation Canal du col pendant l ovulation Glandes du col Mucus fortement ramifié imperméable aux SZ = glaire cervicale Mucus faiblement ramifié perméable aux SZ et ph alcalin Canal utérin étroit = «bouchon du col» Canal utérin élargit BioGen B DC Gillan - UMons 45

46 Remarques : - Le bouchon muqueux du col fait office de filtre : les SZ atypiques y restent accrochés. Seuls les SZ normalement formés et bien mobiles peuvent franchir la barrière muqueuse du col. Ceci est reproduit par centrifugation pour les inséminations artificielles. SZ anormaux - Les glandes du col ou cryptes produisent le mucus et peuvent immobiliser des SZ pendant plusieurs jours. Capacitation des SZ : ensemble des modifications qui mènent à l'hyperactivité du SZ et qui lui permettent de subir plus tard la réaction acrosomique. Ces modifications sont essentielles et se font dans les voies génitales femelles. Nécessaire pour pouvoir pénétrer la membrane cellulaire de l'ovule. Maturation de la membrane des SZ : activation de récepteurs membranaires. La motilité est augmentée (flagelle) : hyperactivité BioGen B DC Gillan - UMons 46

47 La fécondation se fera dans la zone ampulaire de la trompe. Pour SZ, seul un y parviendra (donc : 200 au total) Isthme de la trompe de Fallope Pavillon de la trompe de Fallope Zone ampulaire de la trompe de Fallope : site de la fécondation Cavité utérine Existence d ondes de contractions (utérus et trompes) provoqués par hormones prostatiques du liquide séminal (prostaglandines) : aide les SZ. L ovule est un ovocyte II (un seul globule polaire) arrêté en métaphase II et entouré de cellules folliculeuses : Corona radiata Ovocyte II Zone pellucide Pas de centrosome - Près de l ovule les SZ traversent les cellules de la corona radiata - Reconnaissance des glycoprotéines ZP3 de la zone pellucide BioGen B DC Gillan - UMons 47

48 Reconnaissance spécifique grâce aux glycoprotéines ZP3 Membrane du SZ acrosome Noyau du SZ Glycoprotéine ZP3 Zone pellucide Induction de la réaction acrosomique Réaction acrosomique : le contenu de l'acrosome est libéré vers l'extérieur. L acrosome fusionne avec la membrane cellulaire. Le contenu de l'acrosome (hyaluronidase et acrosine) parvient à l'extérieur par plusieurs pores ( oursin). pores membrane cellulaire Noyau du SZ sortie du contenu acrosomique membrane acrosomique interne Pas de filament acrosomal BioGen B DC Gillan - UMons 48

49 Les enzymes acrosomiaux provoquent une digestion locale de la zone pellucide et permettent le passage de la zone pellucide. Lorsque la réaction acrosomique s'est achevée, le SZ n'est alors recouvert à l'avant plus que par ce qui était la membrane acrosomique interne. Ceci est déterminant pour la suite de la fécondation membrane acrosomique interne Noyau du SZ membrane cellulaire Fusion des membranes membrane ovule membrane SZ La membrane de l ovule doit être polarisée Pas de blocage rapide à la polyspermie (peu de SZ) BioGen B DC Gillan - UMons 49

50 Le «contenu» du SZ (noyau, centrosome, axonème, mitochondries) est complètement intégré au cytoplasme de l'ovule. mito. axonème noyau n centrosome La fusion des membranes provoque une libération de Ca 2+ qui enclenche : - réaction corticale - reprise de la méiose de l ovocyte II Les mitochondries du SZ sont marquées à l ubiquitine et seront dégradées. L axonème se désintègre (microtubules). Reprise de la méiose de l ovocyte II Bloqué en métaphase II, il poursuit la méiose : anaphase II, télophase II et cytocinèse : formation du 2 e globule polaire, rejeté en périphérie. Le noyau haploïde (n) formé est appelé pronucleus femelle. Réaction corticale : blocage secondaire de la polyspermie Exocytose des granules corticaux. Les glycoprotéines de la zone pellucide seront dénaturés (les ZP3). Aucun autre SZ ne pourra entrer. La zone pellucide se durcit également. BioGen B DC Gillan - UMons 50

51 Formation du pronucléus mâle Le noyau du SZ va subir une série de transformations pour donner un pronucléus mâle. - Dislocation de l enveloppe nucléaire - Décondensation de l ADN - Reformation d une enveloppe nucléaire autour des chromosomes décondensés. Les pronucléi ne fusionnent pas directement ( oursins) Les pronucléi mâle et femelle restent éloignés l un de l autre pendant 20 h avant leur rapprochement et l amphimixie. Durant la période précédant l amphimixie les chromosomes des deux pronucléi subissent indépendament une phase S ( oursins). Phase S des deux pronucléi Chaque chromosome sera formé de 2 chromatides soeurs. Le centrosome (apporté par le SZ) se dédouble. Pronucléus mâle centrosome Pronucléus femelle Avant Phase S Phase S Après BioGen B DC Gillan - UMons 51

52 Amphimixie - 20 h après la pénétration du SZ les deux pronucléi se rapprochent et occupent une position au centre du premier fuseau mitotique - Les deux enveloppes nucléaires se rompent simultanément - Les chromosomes se mélangent et forment la première plaque métaphasique : il s agit de la première cellule (2n) appelée zygote. - La mitose se poursuit et forme les deux premiers blastomères (28-32 h après pénétration du SZ). BioGen B DC Gillan - UMons 52