La reproduction sexuée des organismes supérieurs

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1 La reproduction sexuée des organismes supérieurs I. La méiose II. La gamétogenèse - L ovogenèse - La spermatogenèse III. La fécondation Sabine Lindenthal Faculté de Médecine Tel.:

2 Gamétogenèse et fécondation chez l humain

3 cellules germinales primordiales spermatogenèse (testicules) mitose ovogenèse (ovaires) Spermatozoïde primaire Spermatozoïde secondaire mitose méiose I méiose II Ovocyte primaire Ovocyte secondaire Spermatozoïdes (petits, mobiles) Ovule (volumineux, 100 µm de diamètre, immobile, totipotente, hautement spécialisée)

4 Anatomie de l appareil génital interne féminin

5 L ovogenèse : le début de la première division méiotique pendant la vie fœtal Franges Trompe de Fallope Absence d hormones androgènes - Formation des ovaires (9 ème semaine fœtale) Ovaire - Multiplication des cellules germinales primordiales (ovogonies) par mitose (5 ème mois fœtal) Utérus - les ovocytes primaires s arrêtent en stade diplotène (dernière partie de la vie fœtal)

6 Le début de la première division méiotique pendant la vie fœtal (suite) ovogonie début de la méiose I Ovocyte primaire arrêté en prophase I situé dans un follicule primaire naissance Avant la naissance : formation des ovocytes primaires ( ) qui produit des granules corticaux et s entoure de cellules folliculaires. Il n y a pas de production de nouveaux ovocytes après la naissance!

7 Maturation de l ovocyte et début de la deuxième division méiotique début de la méiose I fin méiose I début méiose II ovogonie ovocyte primaire premier globule polaire ovocyte secondaire arrêté en métaphase II entouré de la granulosa ovulation contrôle hormonal puberté À partir de la puberté : expulsion d un ovocyte secondaire par mois lors de l ovulation

8 Maturation de l ovocyte (suite) Cellules folliculaires Membrane pellucide Noyau Ovocyte primaire L ovocyte primaire (2n, 4C) s entoure de la membrane pellucide. (n = nombre de jeu haploïde de chromosome, C = quantité d ADN par jeu haploïde de chromosomes) Les cellules folliculaires donnent naissance à plusieurs couches.

9 Maturation de l ovocyte (suite) Cellules folliculaires 1 er globule polaire Métaphase II Espace péri-vitellin Membrane pellucide Ovocyte secondaire (1n) Ovocyte secondaire dépourvu de cellules folliculaires - l ovocyte primaire termine la méiose I et débute la méiose II ; arrêt en métaphase II - Formation de l ovocyte secondaire (1n, 2C)

10 Maturation du follicule Cellules folliculaires Antrum Ovocyte secondaire Membrane pellucide Granulosa Thèque Le follicule passe en 14 jours de 40 µm à 20 mm. Le follicule mature : la thèque, la granulosa, l antrum et l ovocyte secondaire.

11 Fin de la deuxième division méiotique ovogonie début de la méiose I fin méiose I début méiose II Ovocyte primaire premier globule polaire fin méiose II provoquée par la fécondation Ovocyte secondaire deuxième globule polaire ovule spermatozoïde

12

13 Organisation générale de l ovaire au cours du cycle

14 Anatomie de l appareil génital masculin Uretère Pubis (os) Vessie Tissu érectile Urètre Pénis Ampoule Rectum Vésicule séminale Prostate Canal éjaculateur Glande bulbo-urétrale Épididyme Scrotum Testicules Canal déférent

15 Les testicules spermatogonie - Avant le septième mois fœtal : descente des testicules qui contiennent les cellules germinales primordiales dans le scrotum. Spermatocyte primaire Spermatocyte secondaire Coupe transversale d un tube séminifère - Puberté : la sécrétion de testostérone déclenche la maturation du système génital. Spermatides en cours de différentiation Spermatozoïdes lumière du tube séminifère - Les tubes séminifères sont le lieu de la spermatogenèse : La prolifération La méiose La spermiogenèse

16 Coupe transversale d un tube séminifère Cellule de Sertoli Spermatogonie Mitose Spermatogonie Spermatocyte primaire (2n,4C) Cellules de Leydig Fig Alberts B., Biologie moléculaire de la cellule, 3ème édition Méiose I Méiose II Cellule de Sertoli Spermatocyte secondaire (1n, 2C) soit X, soit Y Spermatide (1n,1C) Spermatide en cours de différentiation Spermatozoïde dans la lumière Les spermatogonies se divisent continuellement par mitose. Quelques cellules filles migrent vers la lumière et se différencient en spermatozoïde.

17 Formation des spermatozoïdes spermiogenèse Mitose Méiose I Méiose II Spermatogonie Spermatogonies Spermatocytes primaires (2n) Ponts cytoplasmiques x2 Spermatocytes secondaires (1n) Spermatides Spermatides en cours de différentiation Corps résiduels - Les spermatogonies donnent naissance aux spermatocytes primaires (2n, 4C). - Chaque spermatocyte I se divise par méiose I en deux spermatocytes II (1n, 2C) qui donnent naissance à quatre spermatides (1n,1C). - Les cellules filles restent reliées par des ponts cytoplasmiques (cytocinèses incomplètes). Spermatozoïdes matures Fig Alberts B., Biologie moléculaire de la cellule, 3ème édition

18 Structure d un spermatozoïde (1) La tête acrosome noyau (1n) (2) La pièce intermédiaire mitochondries Les trois parties d un spermatozoïde mature : (1) la tête (noyau et acrosome) (2)+(3) La queue membrane plasmique (2) la pièce intermédiaire (riche en mitochondries) (3) Le flagelle (3) le flagelle (d organe de propulsion) Spermatozoïde humain en coupe longitudinale Fig Alberts B., Biologie moléculaire de la cellule, 3ème édition

19 Structure d un spermatozoïde (suite) -Les protéines non-histones ont été éliminées. - Les histones ont été remplacées par des protamines. - Dimensions d un spermatozoïde : 3 µm (de large) x 60 (µm de long) - la masse d ADN fait 20% du poids sec.

20 La spermiogenèse Spermatozoïde noyau du spermatide Pièce intermédiaire tête queue

21 Coupe transversale d un tube séminifère Notez la taille du noyau des spermatides

22 Cellule de Sertoli Rôle des cellules de Sertoli et de l épididyme Spermatogonie Les cellules de Sertoli (en vert) - nourrissent - phagocytent - détruisent - sécrètent Lame basale Epididyme Cellules de Leydig - Dans l épididyme (6m) les spermatozoïdes deviennent mobiles - et le sperme devient plus concentré (x100). Testicule tubes séminifères - Le canal déférent (45cm) est un lieu de stockage.

23 Les glandes annexes Uretère Pubis (os) Vessie Tissu érectile Urètre Pénis Ampoule Rectum Vésicule séminale Prostate Canal éjaculateur Glande bulbo-urétrale Épididyme Scrotum Testicules Canal déférent Ces trois glandes produisent la majeure partie du sperme.

24 Fonctions des glandes annexes Les vésicules séminales : - sécrètent un liquide alcalin, visqueux et jaunâtre (fructose, de l acide ascorbique et des prostaglandines); 60% du volume du sperme La prostate : - glande unique - sécrète un liquide alcalin (enzymes de coagulation) ; 30% du volume du sperme Les glandes bulbo-urétrales : produisent un mucus épais translucide

25 Comparaison ovogenèse/spermatogenèse ovogenèse Cytocinèse inégale Production d un seul gros ovule et des globules polaires. Les ovules sont une ressource non renouvelable. L ovogenèse montre des périodes d interruption La méiose II se termine après la fécondation spermatogenèse Production de quatre cellules qui se différencient en spermatozoïdes Les divisions mitotiques des spermatogonies débutent à la puberté et continuent jusqu à un âge avancé de l homme Spermatogenèse ininterrompue Production de spermatozoïdes mûrs (= méioses I et II terminées)

26 Fig Alberts B., Biologie moléculaire de la cellule, 3ème édition La fécondation

27 La maturation final du spermatozoïde, la capacitation 200 spermatozoïdes arrivent dans la trompe 1% des spermatozoïdes déposés arrivent dans l utérus Glaire cervicale 3 x 10 8 spermatozoïdes sont déposés à chaque éjaculation Pendant la traversée des glaires le spermatozoïde acquiert son pouvoir fécondant (capacitation).

28 La membrane pellucide Photographhie au microscope électronique à balayage d un œuf de hamster montrant la membrane pellucide (A) et la membrane plasmique sous-jacente (B) Fig Alberts B., Biologie moléculaire de la cellule, 3ème édition Le spermatozoïde capacité doit pénétrer la couche de cellules folliculaires, la corona radiata, puis la membrane pellucide.

29 Processus de la fécondation : I. la réaction acrosomiale (1) Fixation à la pellucide (5) Pénétration du noyau dans l œuf (2) Réaction acrosomiale (3) Pénétration de la pellucide (4) Fusion des membranes (1) Le spermatozoïde traverse la corona radiata et se fixe à la pellucide. (2) L interaction avec des glycoprotéines induit l exocytose de l acrosome (la réaction acrosomiale). (3) Pénétration de la pellucide grâce aux enzymes libérées. (4) Fusion de la membrane interne acrosomique avec la membrane plasmique de l œuf Fig Biologie moléculaire de la cellule, Alberts B., 3ème édition (5) Pénétration du noyau mâle

30 Processus de la fécondation : II. Fixation à la membrane plasmique de l œuf (3) Le spermatozoïde interagit avec les microvillosités qui couvrent la surface de l œuf. Les microvillosités voisines entourent le spermatozoïde et le maintiennent fixé.

31 Processus de la fécondation : III. Fusion des membranes (4) et (5) spermatozoïde lié noyau Réaction cortical Protéines de la membrane pellucide membrane plasmique granules corticaux - La fusion des membranes déclenche la réaction corticale de l œuf Blocage de la polyspermie sécrétion des enzymes hydrolytiques deuxième spermatozoïde zone pellucide altérée - Les enzymes libérées altèrent la structure de la membrane pellucide (blocage de polyspermie) - Le noyau mâle est projeté dans le cytoplasme de l œuf. Fig Biologie moléculaire de la cellule, Alberts B., 3ème édition

32 Un zygote avant la fusion des pronulei

33 Processus de la fécondation : V. Fusion des pronuclei noyau haploïde femelle cytosol chromosomes 1n centriole centriole Deux noyaux diploïdes 1n noyau haploïde mâle Fig Biologie moléculaire de la cellule, Alberts B., 3ème édition La formation des pronuclei correspond à la phase G1 Il suit la phase S puis les pronuclei viennent en contact (stade G2) Les centrioles femelles dégénèrent Formation du fuseau de division par les centrioles spermatiques ; les enveloppes nucléaires se romprent Métaphase de la première division du zygote Les mitochondries mâles dégénèrent

34 Fusion de gamètes après une fécondation in vitro Ovule en métaphase II Le deuxième globule polaire est expulsé; à partir de la région du noyau mâle s étendent des microtubules Les deux pronuclei ont fusionné Les centrosomes mâles ont organisé le fuseau et les chromosomes sont alignés sur la plaque métaphasique Fig Molecular biology of the cell, Alberts B., 4ème édition Micrographie d immunofluorescence de deux pronuclei humains dans un œuf fécondé; vert: anticorps anti-tubuline, bleu: colorant de l ADN, flèche: queue du spermatozoïde qui est toujours associée avec un des deux centrosomes

35 À regarder sur Youtube : «reproduction humaine» (part 01) et (part 02)

36 Diverses étapes de l ovogenèse Cellule germinale primordiale Méiose I pénètre dans l ovaire (à partir du 3ème mois fœtal) Mitoses Ovogonie (2n) Les ovogonies se multiplient par mitose vers le 5ème mois fœtal 6 à 7 millions d ovogonies sont produites avant la naissance, l ovogonie amorce la méiose I, elle reste bloquée en stade diplotène de la prophase I Ovocyte primaire (2n) évolution supplémentaire de l ovocyte primaire (ex. production de l enveloppe et des granules corticaux) naissance puberté Méiose II fécondation 1er globule polaire 2nd globule polaire environ ovocytes primaires sont présents à la naissance, chacun situé dans un follicule primaire achèvement de la méiose I (plusieurs vagues d ovocytes par mois) début de la méiose II, l ovocyte reste bloqué en métaphase II Ovocyte secondaire (1n), situé dans un follicule mature (un seul sera expulsé lors de chaque ovulation (400 au total)) la pénétration du spermatozoïde provoque l achèvement de la méiose II Ovule (1n) fécondé

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