La Fécondation. I. Introduction

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1 La Fécondation I. Introduction La fécondation : Phénomène complexe mettant en jeu une série d interaction entre les deux gamètes haploïdes d origine masculine (spermato) et féminine (ovocyte) permettant la formation d un zygote A lieu dans l ampoule tubaire de la femme (1/3 distal de la trompe) Elle implique : La reconnaissance des gamètes L adhésion des gamètes La fusion des deux gamètes L incorporation d un spermatozoïde dans le cytoplasme de l ovocyte ovulé L activation de l ovocyte fécondé, permettant ainsi la reprise de la méiose L Ovocyte ovulé : Entouré de Cellules Folliculaires (corona radiata) qui sont dispersées dans une matrice d acide hyaluronique Bloqué en métaphase de deuxième division de Méiose (GP1 dans l espace périvitellin) Métaboliquement inerte Durée de vie : H (mort par apoptose) Les spermatozoïdes : Cellules qui peuvent être mobiles dont la fonction consiste à livrer le contenu de leur génome haploïde à l ovocyte ovulé tout en induisant la reprise de la méiose. Seuls les Spermato capacités

2 II. Différentes Étapes de l Interaction Gamétique lors de la Fécondation A. Traversée de la Corona Radiata Les Spermato vont s insinuer dans les espaces intercellulaires des cellules folliculaires qui entourent l ovocyte ovulé dans l ampoule tubaire Après l infiltration d une centaine de spermato entre les cellules : phénomène de rétraction par rétrécissement des espaces intercellulaires des cellules folliculeuses empêchant que d autres spermato s insinuent Une Protéine de la membrane plasmique de la tête des spermato capacités exprime une activité hyaluronidase : la PH-20 o Traversée des espaces intercellulaires par les spermatozoïdes en lysant la MEC riche en acide hyaluronique et en dissociant les cellules folliculeuses Lors de cette traversée les spermato capacités ont toujours un acrosome intact pour la majorité d entre eux o Modification ultérieure de la structure de l Acrosome lors de la réaction acrosomique o Une petite proportion des spermatozoïdes vont néanmoins réaliser une réaction acrosomique «spontanée» permettant la libération d Enz de l acrosome et ainsi faciliter la traversée de la corona radiata (spermato «sacrifiés») B. Fixation Primaire 1) Structure Zone Pellucide Zone pellucide = structure constituée de 3 GlycoProtéines majeures : ZP1, ZP2, ZP3 (Initialement identifiées chez la souris) Chaines polypeptidiques sur lesquelles sont fixées des oligosaccharides Degré d homologie de structure de ces glycoprotéines entre la souris et l homme : ~70% ZP2 et ZP3 sont associées pour former des filaments qui sont pontés par ZP1 La zone pellucide reconnait et fixe spécifiquement les spermato de la même espèce lorsqu ils sont capacités Pas de zone pellucide = pas de reco d espèce

3 2) Tête du Spermatozoïde Dans la membrane plasmique péri-acrosomique des spermatozoïdes capacités o Présence d une enzyme de type galactosyl transférase qui va se lier à la partie glucidique (radical galactosyl) de ZP3 de la zone pellucide de l ovocyte. Fixation enzymatique : liaison enzyme-substrat L apex du spermato entre donc en premier en contact avec la ZP Cette liaison entre la zone pellucide et les spermatozoïdes capacités dont l acrosome reste intact définit la fixation primaire o Plusieurs spermato vont ainsi se fixer à la ZP o Le spermato fécondant ne doit donc pas faire sa réaction acrosomique avant la fixation primaire à la zone pellucide C. La Réaction Acrosomique Puis, la Liaison entre la Partie peptidique de ZP3 et une protéine de la membrane plasmique de la tête du spermatozoïde : la Protéine sp95 va permettre : o L activation de la protéine sp95 o L initiation de la réaction acrosomique L activation de la sp95 va induire l activation d une phospholipase C membranaire du spermato qui sera à l origine de la formation : o D inositol triphosphate (IP3) o Diacylglycérol (DAG) o Diacylglycérol (DAG) Ca 2+ Acrosome Ca 2+ Extracellulaire Le Diacylglycérol va permettre l activation de la protéine Kinase C o L activation de la Kinase C + IP3 intracytoplasmique = Ouverture de canaux calciques De l acrosome (via IP3) Membrane plasmique (via activation PKC)

4 Elévation du taux de calcium intracellulaire o Préalable à la fusion des membranes o Indispensable au déroulement de la réaction acrosomique Via ME : - Gonflement de l acrosome - Fusion de la membrane externe de l acrosome et de la membrane plasmique - Formation de vésicules qui se dispersent avec libération du contenu de l acrosome (enzymes +++) par exocytose La réaction acrosomique nécessite l instabilité de la membrane plasmique Ne peut donc avoir lieu que sur des spermato capacités - Une fois la réaction acrosomique terminée, la membrane interne de l acrosome limite la tête spermatique sur les 2/3 supérieurs du noyau Sur le 1/3 postérieur du noyau, la membrane plasmique reste intacte : région postacrosomiale. La zone de jonction entre la membrane interne de l acrosome et la membrane plasmique constitue le segment équatorial. La réaction acrosomique va permettre la libération d enzymes contenues dans la vésicule acrosomiale qui vont favoriser la traversée de la zone pellucide par des spermatozoïdes : o Hyaluronidase : catabolise l acide hyaluronique de la matrice de la ZP o L Acrosine : catabolise ZP1 et permet la libération des filaments ZP2 ZP3 La capacitation acrosomique n est possible que : - S il y a eu capacitation au préalable - Présence de Ca 2+ permettant la fusion des membranes

5 D. Traversée des Spermato dans la ZP Mécanisme Enzymatique Réaction acrosomique Mécanisme Mécanique Mouvements Hyperactivés des spermato Les Mouvements Hyperactivés des spermato permettent la traversée de la ZP par un mécanisme de cisaillement Trajectoire oblique Plusieurs spermato peuvent traverser la ZP E. Fixation Secondaire Puis, une nouvelle fixation dite secondaire intervient pour maintenir les spermato qui ont subi leur réaction acrosomique tout en leur permettant de poursuivre leur progression Liaison entre ZP2 et la proacrosine exposée sur la mb interne de l acrosome (2/3 sup de la tête du spermato) Ancrage des spermato à la ZP de l ovocyte Résumé : Interactions Spermato ZP Fixation Primaire : Spermato intacts Fixation secondaire : Spermato ayant subi leur réaction acrosomique Ces fixations ne peuvent avoir lieu qu entre deux gamètes de la même espèce : spécificité d espèce

6 F. Fusion Gamétique Le spermato se pose ensuite à plat et au contact des microvillosités qui hérissent la membrane plasmique ovocytaire. La fusion initiale avec la mb plasmique ovocytaire se réalise au niveau de la région post-acrosomiale (segment équatorial) du spermato Mise en commun des couches lipidiques de la mb plasmique du spermato et de l ovocyte. Cette zone de fusion s étend ensuite progressivement à l ensemble du spermato = ensemble de la mb du spermato fusionne. Le Spz entier est absorbé Le spermato s intègre en totalité progressivement dans le cytoplasme ovocytaire Le noyau et le centriole proximal restent intacts tandis que les mitochondries et l axonème du flagelle se désintègrent et disparaissent rapidement dans l ovocyte. La fusion est un mécanisme actif qui va mettre en jeu des protéines de fusion dite «protéines fusiogènes» Des protéines «désintégrines» de la famille ADAM Situées dans la mb plasmique du spermato (fertilines a et b) Vont se lier, à des protéines (intégrines) situées dans la mb plasmique de l ovocyte, permettant la fusion des gamètes Ce phénomène de fusion des membranes est NON SPÉ D ESPECE

7 III. Activation de Cet Ovocyte Ovulé A. Signal Calcique L incorporation des spermato dans le cytosol de l ovocyte génère une série d oscillations de la concentration calcique intracytoplasmique ovocytaire. Le déclenchement de ces oscillations est dû, au moins en partie, à une protéine cytoplasmique du spermato appelée Oscilline. Ces Oscillations Calciques sont indispensable à la Réaction Corticale, la Reprise de la Méiose de l Ovocyte et à la formation des Pronoyaux Oscillations calciques = première étape de l activation ovocytaire L influx de Ca 2+ intracellulaire provient : Du RE ovocytaire Du Milieu Extracellulaire B. Réaction Corticale Elle permet de modifier la structure de la mb plasmique de l ovocyte mais également de sa ZP. Elle prévient l entrée d autres spermato, et donc la polyspermie et donc assure la monospermie. Elle commence au niveau de point de fusion du spermato avec l ovocyte puis se répand en quelques dizaines de secondes sur tout le pourtour de l ovocyte.

8 Granules Corticaux : organites (origine Golgi) situés à la périphérie du cytosol ovocytaire. L espace Péri-Vitellin : est situé ente la ZP et ka mb plasmique ovocytaire. Réaction Corticale : Exocytose des granules corticaux et libération de leur contenu. (enzymes, glycoprotéines) dans l espace péri-vitellin - La libération du contenu des granules corticaux : Modification de la structure physique et chimique et la ZP et de la mb plasmique de l ovocyte empêchant la pénétration d autre spermato Blocage de la polyspermie C. Reprise de la Méiose Une élévation du taux de Calcium intracell est à l origine de l activation du MPF (Mitotic Promoting Factor) Reprise de la méiose La 2 e division de méiose de l ovocyte, jusque-là bloquée en métaphase se termine A la fin de la télophase Emission du deuxième globule polaire Dans l espace péri-vitellin, près du premier globule polaire 23 chromosomes avec une chromatide Constitué essentiellement de chromosome : quasi pas de cytosol

9 D. Les Pronoyaux Le Pronoyau Maternel : Il se forme à partir du lot haploïde de chromosome maternel résultant de la deuxième division de méiose, Ø µm. Les 23 chromosomes se décondensent en même temps qu une mb, provenant du RE ovocytaire, les entoure. Nucléoles : Corps sphériques, nucléaires qui contiennent des ARNr. Pronoyau Paternel : Décondensation des chromosomes du spermato par rupture des ponts disulfures des protamines (vol. x500). Remplacement des Protamines par des Histones d origine ovocytaire sous l influence de facteurs de décondensation ovocytaires (Glutathion) Apparition de la mb du Pronoyau Paternel constituée à partir du RE ovocytaire Puis, des Nucléoles apparaissent L ensemble = Zygote : 2 ProNoyaux, 2 Globules Polaires, 1 Ovocyte avec ZP. Le spermatozoïde fusionné apporte le centriole proximal qui reste très proche du Pronoyau Paternel.

10 Emission de microtubules par ce Centriole Proximal le Spermaster Les microtubules du spermaster attirent le Pronoyau Maternel vers le Pronoyau Paternel puis les microtubules s étendent et permettent la migration des 2 Pronoyaux au centre du Zygote. Puis, après leur rapprochement (qqs heures), le Spermaster se dégrade et disparait. Positionnement des 2 Pronoyaux au contact l un de l autre, sans fusion, au centre de l ovocyte fécondé 16 à 18 heures après la fusion gamétique Formation d un zygote (les 2 ProNx, les 2 GP et la ZP) De façon concomitante à ce positionnement des Pronoyaux, la Réplication de l ADN (phase S de premier cycle de mitose) va se dérouler indépendamment dans chacun des 2 Pronoyaux quelques heures après leur formation. Puis les membranes des deux Pronoyaux se lysent durant la prophase de la première division et les chromosomes des deux Pronoyaux se disposent sur le plan équatorial des microtubules Division par Mitose E. Reprise de l Activité Traductionnelle L activité traductionnelle de l ovocyte jusque-là au repos, va reprendre Il n y a pas de synthèse d ARNm, pas de transcription, ce sont les ARNm stockés dans l ovocyte qui vont être traduits en protéines du fait de l activation de l ovocyte par les oscillations calciques. F. Redistribution des Organites Cellulaires Dégradation des mitochondries du spermato par le cytoplasme ovocytaire Seules les Mitochondries Maternelles persistent Regroupement des mitochondries ovocytaires autour des Pronoyaux pour l apport en énergie nécessaire à leur fonctionnement à la réplication d ADN