3. La spermatogenèse :

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1 3. La spermatogenèse : Le testicule assure deux fonctions : o La production de cellules sexuelles mâles : c est la spermatogenèse. o La production d hormones stéroïdes mâles : c est la stéroïdogenèse. L hormone la plus importante est la testostérone. Cf schéma p3 Ces deux fonctions sont associées à une compartimentation fonctionnelle du testicule. Il y a tout d abord les tubes séminifères, dans ces tubes a lieu la spermatogenèse. Ces tubes sont disséminés dans un tissu interstitiel dans lequel sont localisé les cellules de Leidig responsables de la production de testostérone. Le testicule est composé de différents lobules. Au sein de ces lobules, on distingue les tubes séminifères. Ces tubes se rejoignent/s anastomosent au niveau d un réseau, le Rete testis. Ce réseau va déboucher dans l épididyme. L épididyme est composé de tubes contournés qui vont s étendre sur toute la longueur du testicule. L épididyme est composé de différente région : la tête, le corps et la queue. Il a un rôle majeur dans le stockage mais surtout dans la maturation des spermatozoïdes. La maturation des spermatozoïdes a lieu dans l épididyme car lorsqu ils sortent du testicule, ils ne sont pas fécondants. Ils vont subir des remaniements membranaires caractérisés par des modifications de lipides membranaires et résidus glucidiques. Ces remaniements vont faire apparaître un système de reconnaissance qui va permettre de reconnaître l ovocyte et plus particulièrement la zone pellucide de l ovocyte. Il y a également la réorganisation des différents organites, celles-ci ont pour but de mettre à jour des récepteurs pour reconnaître l ovocyte. Il y a la fabrication d un système de protection qui va recouvrir ces récepteurs afin de les protéger durant tout le transit dans les voies génitales mâles et femelles. Après être dans l épididyme, les spermatozoïdes vont se retrouver dans le canal déférent. Au sein des tubes séminifères, il y a la présence de différents types cellulaires qui peuvent être très différents les unes des autres. La majeure partie de ces types cellulaires correspond à des cellules qui sont à différents degrés de représentation de la spermatogenèse. Au sein de ces tubes il y a donc des cellules somatiques et des cellules germinales. On trouve des cellules somatiques très allongées ce sont des cellules péritubulaires ou cellules myoïdes. Ces cellules entourent le tube séminifère, elles ont un caractère de cellules musculaires (myoïdes). Ce caractère permet d évacuer le fluide testiculaire et les spermatozoïdes dans la lumière du tube séminifère. A l intérieur, on trouve les cellules de Sertoli, ce sont de grosses cellules avec un noyau pas arrondi. Ces cellules envoient des prolongements cytoplasmiques qui entourent les cellules germinales dans le tube séminifère. Les cellules de Sertoli ont un rôle majeur dans la spermatogenèse : un rôle de soutien architectural, un rôle nourricier et un rôle différentiateur. Il y a également différents types de cellules germinales. Plus les cellules germinales sont près du pôle basal (au niveau des cellules myoïdes), moins ces cellules sont différenciées. Plus on se 8

2 trouve à l intérieur du tube séminifère, plus elles sont différenciées. Ces différents types de cellules germinales sont : o Les spermatogonies de type A. o Les spermatogonies de type B, qui sont déjà différenciées. o Les spermatocytes à des degrés différents des étapes de méiose. o Les spermatides, près de la lumière du tube séminifère, qui donneront les spermatozoïdes. 1. Les différentes étapes de la spermatogenèse : Cf schéma p3 La spermatogenèse est l ensemble des processus qui aboutissent à la formation des spermatozoïdes. a) La phase de multiplication : Cette phase correspond aux divisions goniales. Lors de cette étape, les spermatogonies A ont deux voies possibles. Soit elles donnent de nouvelles spermatogonies A, soit elles rentrent en différenciation pour donner des spermatogonies de type A, qui donneront par la suite les autres types cellulaires. Cette étape à un double but : le 1 er est de conserver le capital des cellules souches en réserve, le 2 nd est de multiplier le nombre de spermatozoïdes formés. Chez l homme, il y a environ 200millions de spermatozoïdes produit par jour, soit environ 2500 par secondes. Cf schéma p4 b) La méiose : La méiose débute à partir de la puberté, c est un processus continu. Tout d abord, les spermatogonies de type A se différencient pour donner des spermatogonies de type B. on rentre alors au stade de prophase de 1 ère division. A la fin de la première division, on obtient des spermatocytes II. On arrive alors en deuxième division au bout duquel on obtient des spermatides. NB : on observe les étape de méiose identiques à celles décrites dans le chapitre précédent. Cf schéma p 4 c) La spermiogenèse : La spermiogenèse concerne la transformation des spermatides en spermatozoïdes. Cette étape permet la fabrication de cellules hautement spécialisées. Elle comprend une réorganisation du noyau, la mise en place et le développement à partir de l appareil de Golgi d une structure : la vésicule acromiale. Cette vésicule va se développée pour donner l acrosome. Dans l acrosome, on trouve un sac rempli d enzymes qui coiffent le noyau. Ces enzymes sont des enzymes protéolytiques qui vont intervenir lors du franchissement de la zone pellucide par le 9

3 spermatozoïde, mais également dans l assemblage des structures du flagelle. Pour cela, un des deux centrioles va servir à la formation de l axonème en flagelle. En parallèle de cette formation, on observe une réorganisation des organites intracellulaires notamment les mitochondries qui vont venir entourées la base du flagelle pour faire un manchon mitochondrial. Celui-ci va apporter l énergie nécessaire au mouvement du flagelle. La maturation finale du spermatozoïde est entre autre d acquérir une mobilité. La dernière étape de la spermiogenèse est l élimination des fragments cytoplasmiques. Ces gouttelettes de cytoplasme sont appelées : corps résiduels. (Cellule ronde cellule avec tête+flagelle). L étape de spermiation correspond à la libération des spermatozoïdes dans la lumière du tube. Les cellules germinales présentent au cours de lors formation un certain nombre de caractère qui détermine l aspect histologique des tubes séminifères. 2. Caractéristiques spatio temporelles : Cf schéma p5 La durée de la spermatogenèse est constante pour une espèce donnée (chez homme : 74 jours, chez le rat : 48 jours), car chaque étape a une durée constante. L entrée en spermatogenèse se fait périodiquement tous les 16 jours chez l homme. Ces spermatogonies A entrent en groupe en spermatogenèse et reste reliées entre elles par des ponts cytoplasmiques qui vont assurer le synchronisme de l évolution du groupe. Comme la durée de l intervalle est régulière en un point du tube séminifère, on va avoir plusieurs cycle de spermatogonies en spermatogenèse. L évolution temporelle et spatiale de la spermatogenèse fait que l on peut observer 4 à 5 générations de cellules à un même moment dans le tube : c est le cycle de l épithélium séminifère. Ces générations de cellules germinales superposées forment des associations cellulaires caractéristiques : ce sont les stades de l épithélium séminifère. La succession de tous ces stades correspond au cycle de l épithélium séminifère. 4. L ovogenèse : L ovogenèse se produit dans l ovaire et a une triple fonction : o La production de stéroïdes sexuels qui sont les œstrogènes et la progestérone. o La production de cellules sexuelles, ces cellules sont les ovocytes = fonction gamétogene. o Production des hormones permettant l implantation et le développement de la gestation. 1. Introduction : l ovocyte et le follicule : Cf schéma p6 L ovocyte lorsqu il est produit est une grosse cellule qui devra être capable de fusionner avec un spermatozoïde, de transformer son noyau et d assurer les premières divisions de l œuf. Pour 10

4 devenir apte à remplir ces fonctions, l ovocyte doit subir une longue évolution cytologique, moléculaire et fonctionnelle : c est l ovogenèse. L ovocyte est entouré par des cellules folliculaires, cette étape de croissance et de différenciation et dépendante des cellules folliculaires qui entourent l ovocyte : c est la folliculogenèse. Le follicule est un ensemble cellulaire autour de l ovocyte. L ensemble des étapes qui aboutissent à la formation d un ovocyte mature est la folliculogenèse. Cette étape concerne une maturation importante des cellules entourant l ovocyte. 2. Les étapes de l ovogenèse et de la folliculogenèse : Tout débute au stade fœtal avec l entrée en méiose et le blocage au stade diplotène. Lorsque la puberté est atteinte, à chaque cycle juste avant l ovulation, la méiose va reprendre pour donner un ovocyte 2 qui va être bloqué en métaphase de division II de méiose. S il y a fécondation, alors la méiose reprendra et il y aura l expulsion du 2 ème globule polaire. L ovaire présente une structure très dense avec beaucoup de follicules. A la périphérie de l ovaire, on trouve les follicules primordiaux. Jusqu à la puberté, des follicules vont se former, le nombre de couches et donc de cellules entourant l ovocyte va augmenter, pour former ainsi différents stades de folliculogenèse. Jusqu à la puberté, aucun follicule n aboutira, on aura toujours une dégénérescence. Même après la puberté, la très grande majorité des follicules en maturation vont dégénérer : ce phénomène est appelé atrésie folliculaire (cf schéma p7). Chez la femme, 70 à 99% des follicules vont se dégénérer par atrésie. L entrée en croissance des follicules est un phénomène continu mais cela ne pourra aboutir avant la puberté. La maturation des ovocytes et des cellules folliculaires correspond à la folliculogenèse. 3. Les différents stades de l évolution des follicules : Cf schéma p7 On observe une phase de multiplication importante. Les follicules primordiaux (environ 40microns) vont évolué jusqu à un follicule énorme (1 à 30mm). La multiplication cellulaire intense permet la croissance du follicule. Le follicule primaire (deux couches) puis les follicules secondaires et tertiaires eux ont plus de couches qui les entourent. Toutes ces cellules qui entourent (l ovocyte) sont des cellules de la granulosa. On observe également, un autre type cellulaire : les cellules de la thèque. Les cellules qui entourent directement l ovocyte forment la corona radiata (ce sont des cellules de la granulosa). La thèque est composée d une partie interne et d une partie externe. 11

5 Entre les cellules de la granulosa et les cellules de la thèque, on observe une membrane basale. Et entre l ovocyte et les cellules de la granulosa, on distingue également une membrane : c est la zone pellucide. Les cellules vont se multiplier, la zone pellucide va se former entre la fin des follicules primaires et le début des follicules secondaires. La zone pellucide est une zone perméable aux molécules. Les cellules périovocytaires (cellules de la granulosa) envoient des prolongements cytoplasmiques qui s ancrent à l ovocyte. Ces jonctions qui relient les ovocytes aux cellules de la granulosa sont des jonctions perméables assurant un couplage métabolique parfait entre la membrane plasmique de l ovocyte et les cellules folliculaires. Ce couplage permet des échanges permanent entre deux types cellulaires et permet donc une synchronisation de la croissance ovocytaire et folliculaire. Entre les différentes cellules de la granulosa, il y a aussi des jonctions communicantes. Au cours de la folliculogenèse, il va apparaître au stade tertiaire une cavité : l antrum. L antrum va se remplir de liquide folliculaire, va grossir et va finalement entourer l ovocyte et la petite zone de cellule de la granulosa. Cette petite zone correspond à la région du cumulus ophorius. Au cours de cette croissance, il y a une multiplication cellulaire et une différenciation. Cette différenciation sera une différenciation fonctionnelle. Les cellules somatiques synthétisent les stéroïdes ovariens. Il y a une collaboration entre les cellules de la granulosa et les cellules de la thèque pour qu il y ait une synthèse d œstrogène. Il y a alors l acquisition d une capacité à répondre à l hormone gonadotrope de type LH. Au début de leur développement, les seules cellules possédant les récepteurs à la LH sont les cellules de la thèque. Les cellules de la granulosa possèdent quant à elles, des récepteur à l hormone gonadotrope : la FSH. De plus en plus au cours de la croissance, on constate que les cellules de la granulosa acquièrent des récepteurs à la LH, c est l étape finale. L étape ultime consiste à expulser l ovocyte sous l effet du pic de LH. Cf schéma p8 4. La croissance folliculaire : dynamique et régulation : a) L initiation et la croissance basale : Dans la 1 ère partie, on distingue les follicules primordiaux, primaires et secondaires. Cette phase est indépendante des hormones gonadotropes, mais elle dépende des facteurs de croissance présents localement. Ces facteurs sont produits par les cellules de la granulosa et par l ovocyte lui-même. L ovocyte produit la GDF9 qui intervient dans la différenciation et la multiplication des cellules de la granulosa. Cette phase se nomme la croissance basale. Les follicules primordiaux entament leur croissance basale pour devenir alors des follicules primaires puis des follicules secondaires. Ces étapes sont indépendantes. b) Le développement folliculaire terminal : 12

6 Cette dernière étape est sous la dépendance de la FSH et de la LH mais aussi sous l effet de facteurs locaux autocrines ou paracrines. Dans cette étape terminale, il y a une sélection qui aboutit à la formation d un follicule dominant qui sera ovulé : c est la différenciation en triangle. Cette étape est très longue dans le temps. Le développement folliculaire débute plus de 100jours avant l ovulation. La durée de l étape de formation des follicules primordiaux et primaires est indéterminée. Entre les follicules primaires et les follicules tertiaires, il se déroule environ 120jours. On ne doit pas oublier qu à chaque étape, on observe de l atrésie folliculaire. Entre le début de follicule à antrum et le follicule final, il y a 85jours. La croissance terminale ne dure que 15 jours, ces 15 jours correspondent au 15 premiers jours du cycle. La croissance terminale consiste à recruter un seul follicule au sein d une cohorte (ensemble de follicule à antrum), c est le follicule dominant. 5. La croissance de l ovocyte : Cf schéma p9 Au cours de ces étapes, on a donc observé l évolution et la différenciation des cellules somatiques. Il y a également l évolution importante de l ovocyte bloqué en phase diplotène, l ovocyte va subir une différenciation au niveau de leur cytoplasme. Cette différenciation correspond à la synthèse d ARN mais aussi de protéines. D autre part, avec l acquisition de la compétence méiotique, l ovocyte est capable de répondre au pic de LH juste avant de l ovulation pour reprendre sa méiose. Lorsque l ovocyte est bloqué au stade diplotène, on appelle ce stade le stade VG. Au pic de LH vont se produire beaucoup d évènements avec notamment une différenciation des différents organites qui vont devenir plus abondants. Les mitochondries sont les organites les plus touchés par cette différenciation, ils vont se rassembler et migrer au niveau du cortex de l ovocyte. Cette réserve produira par la suite toutes les mitochondries de l embryon car les mitochondries des spermatozoïdes vont mourir. L appareil de Golgi est en plein développement, il participe à la formation de la zone pellucide et des granules corticaux. Ces granules sont des petites vésicules contenants des enzymes, elles ont un rôle important lors de la fécondation pour empêcher la polyspermie. Au pic de LH, il y aura une séparation entre l ovocyte et les cellules folliculaires via une rupture des jonctions perméables qui unissaient l ovocyte aux cellules du cumulus avoisinantes, ceci va lever l inhibition exercée par l OMI (Ovocyte Meiotic Inhibitor), qui est un facteur empêchant la reprise de la méiose. L OMI va être présent pendant toute la vie jusqu au moment où on a le pic de LH. Ce pic va provoquer une brèche dans les cellules de la granulosa, ces brèches vont libérer l ovocyte et les cellules qui l entourent dans l antrum : il n y aura plus d influence de blocage de la méiose. En parallèle, il y a différents remaniements morphologiques. 13

7 En réponse au pic de LH et FSH, il y a une rupture folliculaire. L ovulation se produit 35 à 36h après le pic de ovulatoire de LH (12 à 13 cz souris). La dissociation des fibres de collagène des cellules de la thèque et la protéolyse de la membrane basale va aboutir à la rupture de la paroi folliculaire. En parallèle, la reprise de la méiose qui va se caractériser par la rupture de vésicule terminale GVBD. Alors se poursuit la méiose. A la fin de la 1 ère division de méiose, il y a la formation du premier globule polaire qui va dégénérer au bout d un moment. Une fois que l ovocyte a repris sa méiose, il y a d autres facteurs cytostatiques : CSF qui va bloquer l ovocyte en métaphase 2 de méiose. S il n y a pas de fécondation, l ovocyte va dégénérer. Par contre s il y a fécondation, l ovocyte va reprendre sa méiose, il y aura expulsion du 2 ème globule polaire et formation du stade de pronoyau. Acquérir et reprendre sa méiose correspond à se préparer à l intervention d un facteur MPF qui intervient dans tous les cycles cellulaires. Le MPF est un dimère composé de cdc2 et de cycline B. Ce complexe va devenir actif par association de deux sous unités par phosphorylation et déphosphorylation. L acquisition de la compétence de méiose est en partie due à l acquisition de MPF (M-Phase Promoting Fcator). Avant le pic de LH, on doit avoir un pic d oestrogènes. Ce pic est rendu possible grâce à la différenciation folliculaire. II. La fécondation : La fécondation est la fusion du spermatozoïde et de l ovocyte pour former des cellules souches diploïdes totipotentes à l origine des différents tissus et organismes d un individu. Lors de ce phénomène, l œuf est activé pour commencer son programme de développement et les noyaux des deux gamètes vont former le génome du nouvel individu. On observe deux étapes : o Transformation du spermatozoïde pour qu il soit capable de reconnaître l ovocyte et de le fixer = phénomène de capacitation et s accompagne également d un changement de modification. o Réaction acrosomique = fixation et exocytose du contenu de l acrosome. Ceci permet l attachement de la membrane plasmique des deux gamètes et l activation de l œuf c'est-à-dire la mise en marche du 1 er cycle cellulaire achevé par la 1 ère division de segmentation. 1. La capacitation : 1. Lieu et mécanismes mis en jeu : La capacitation représente l ensemble des transformations qui rendent le spermatozoïde apte à reconnaître l ovocyte et à le féconder. A la sortie des voies génitales mâles les spermatozoïdes ne sont pas capables de féconder et possède une mobilité réduite. L ensemble de ces transformations se déroule donc dans les voies génitales femelles. 14

8 Au niveau de l épididyme, les spermatozoïdes acquièrent un système de reconnaissance, d autre part ce système est protége pour le transit dans la fin des voies génitales mâles et le début des voies génitales femelles. Il y a alors acquisition des récepteurs capables de reconnaître l ovocyte, ces récepteurs sont protégés. La capacitation a lieu dans l utérus et dans les trompes utérines. La première étape consiste tout d abord à éliminer le plasma séminal. Le plasma séminal correspond à l ensemble des sécrétions des glandes annexes (= prostate, vésicule séminal et glande pulbométrales). La capacitation se déroule sous l action des sécrétions du tractus et notamment d enzymes protéolytiques. De plus le ph (environ 6.5) du liquide utérin contribue également au détachement des protéines épididymaires qui recouvraient le système de reconnaissance. 2. Les conséquences membranaires et moléculaires : La première conséquence est l élimination du cholestérol présent dans la bicouche lipidique. Ce cholestérol va être capté et fixer par l albumine et par des lipoprotéines qui sont présentes dans les voies génitales femelles. Le retrait du cholestérol va entraîner une modification de fluidité membranaire. Cette modification va entraîner l activation de canaux ioniques. Ces canaux ioniques sont les canaux calciques et les canaux bicarbonates. L ouverture de ces canaux va provoquer une hyperpolarisation de la membrane. Ces remaniements membranaires vont permettre l apparition de récepteurs qui vont assurer la reconnaissance et la fixation à la zone pellucide de l ovocyte. L activation des canaux va entraîner au niveau intracellulaire une augmentation de calcium cytoplasmique. Cette augmentation va être suivie d une série de phosphorylations et notamment des phosphorylations de protéines du flagelle, ce qui va entraîner l augmentation de la mobilité des spermatozoïdes. Tous ces phénomènes rendent les récepteurs du spermatozoïde, récepteur de la zone pellucide accessible et augmentent la mobilité des spermatozoïdes. Ce phénomène de capacitation peut être obtenue in vitro quand on réalise une fécondation in vitro (il y a une étape de préparation du spermatozoïde). Cette capacitation in vitro dure la même durée que in vivo, soit 1h pour la souris et quelques heures chez l homme. Une fois que la capacitation a eu lieu, les gamètes vont devoir se reconnaître pour qu il y ait une fusion des membranes. 2. De la reconnaissance des gamètes à la fusion : 1. La reconnaissance : Le spermatozoïde interagit avec la zone pellucide de l ovocyte. Cette zone pellucide doit être reconnue. La zone pellucide est une enveloppe glycoprotéique d une épaisseur d environ 7 microns 15

9 qui entoure l ovocyte. Elle résulte à la fois des sécrétions de l ovocyte et des cellules de granulosa de la corona radiata. La zone pellucide est un complexe macromoléculaire composé de trois glycoprotéines : o ZP1 (ZP = zone pellucide) o ZP2 o ZP3 Ces trois glycoprotéines sont fortement glycosylées. ZP2 et ZP3 s assemble pour former un polymère fibrillaire ces polymères sont complexés de façon non covalente par des dimères de ZP1. ZP3 est responsable en grande partie de la liaison spécifique entre le spermatozoïde et l ovocyte. Il existe de nombreux récepteurs spermatiques qui vont reconnaître ZP3 : o PH-20 (cobbaye) o 1.4 galactosyl transférase (souris) o d-mamosidase (homme) o SOB3 (homme) o ZRK (zona receptor kinase (souris)) o Sp6 (souris) Il existe donc plusieurs récepteurs spermatiques mais en aucun cas un seul récepteur interagit avec ZP3. 2. La réaction acrosomique : Quand les deux gamètes se sont reconnus, on observe la réaction acrosomique. L acrosome (sac rempli d enzymes) possède une membrane interne et une membrane externe, qui est en contact avec la membrane du spermatozoïde. La fixation du spermatozoïde à la zone pellucide déclenche un processus de fusion de la membrane plasmique du spermatozoïde et de la membrane externe de l acrosome. Il y a alors formation de petites vésicules espacées par des trous. Ces trous vont permettre au contenu de l acrosome de se déverser au contact de la zone pellucide. Cette vésicularisation commence au sommet puis s effectue de part et d autre vers la pièce intermédiaire. 3. La pénétration de la zone pellucide : Les enzymes qui vont être libérées vont contribuées au franchissement de la zone pellucide. La fixation à la zone pellucide, suivie par la réaction acrosomique et suivie d une 2 ème fixation à ZP2. Cette 2 ème fixation est une liaison secondaire, elle permet l ancrage du spermatozoïde dans la zone pellucide. Parmi les enzyme libérée, on distingue : les hyalurodinases et les acrosines. Ces enzymes vont facilitées le passage du spermatozoïde dans la zone pellucide. 16

10 4. La reconnaissance des membranes plasmiques des gamètes et leur fusion : Une fois la zone pellucide traversée, il y a une interaction entre le spermatozoïde et la membrane plasmique de l ovocyte. Cette interaction se traduit par une adhésion. Cette adhésion fait intervenir des molécules d adhérence spécifiques de la surface de chaque gamète. Ces protéines d adhérences possèdent deux domaines d activité : o Le 1 er domaine sert à la fixation o Le 2 nd présente une activité protéase. Ces molécules d adhésion appartiennent à une famille : la famille ADAM (a disintegrin and metalloproteas domain). Pour l ovocyte, ces protéines d adhésions sont les intégrines, pour les spermatozoïdes se sont les fertilines. La fusion résulte de l interaction entre les intégrines et les fertilines. Le spermatozoïde se place tangentiellement à la membrane plasmique de l ovocyte, puis il y a fusion par interaction des protéines fertilines et intégrines. Après la fusion, la tête, la pièce intermédiaire et une partie de la queue du spermatozoïde sont incorporées dans le cytoplasme de l œuf. La pièce intermédiaire va contribuer à l apport paternel du centriole. Ce phénomène de fusion n est pas spécifique à l ovocyte et le spermatozoïde, il se passe la même chose pour un virus et sa cellule hôte. 3. Activation de l œuf : 1. Les oscillations calciques : Ce phénomène de fusion va être suivit d activation de voies de signalisation qui vont entraîner une augmentation du calcium intracellulaire. Les raisons de cette augmentation sont encore mal connues : cela est peut être du à l interaction des deux membranes ou bien le spermatozoïde entraîne avec lui un facteur à l origine de ceux-ci. 2. L exocytose du contenu des granules corticaux : Cette augmentation de calcium va être suivie de l exocytose des granules corticaux. Ces granules corticaux sont situés sous la membrane plasmique de l ovocyte et vont libérer leur contenu. Parmi les substances libérées, il y a des enzymes qui vont modifier la zone pellucide ce qui va la rendre imperméable aux autre spermatozoïdes. L exocytose des granules constituent la première barrière à la polyspermie. Ce phénomène se produit environ une heure après la fixation du spermatozoïde à la zone pellucide. Ceci entraîne également un agrandissement de l espace périvitellin. Ce qui constitue la deuxième barrière. Chez l0es mammifères, il n y a pas de formation de membrane de fécondation. 17

11 3. L activation nucléaire : Cette activation cytoplasmique de l œuf s accompagne d une activation nucléaire qui comporte quatre étapes : o La reprise de la méiose et donc l achèvement de la 2 ème division de méiose avec l expulsion du 2 nd globule polaire. Ce phénomène résulte de l augmentation du calcium intracytoplasmique qui va entraîner la dégradation de facteurs qui bloquaient l ovocyte en métaphase 2. Ce facteur est la CSF. L augmentation du calcium va dc dégrader la CSF d où la reprise de méiose. o La formation des pronuclei chez le mâle et la femelle. Chaque pronuclei comprend n chromosomes à une chromatide. Chaque pronucleus va s entourer d une enveloppe nucléaire. En parallèle de cette formation de nuclei, se développe un réseau de microtubules ; ce réseau est appelé spermaster. Ce réseau est formé à partir du centriole apporté par le spermatozoïde. Il va contribuer ensuite au rapprochement des deux pronuclei. Ensuite va se dérouler le phénomène de réplication de l ADN jusqu à 13h après la fixation. Cette réplication se fait de façon indépendante dans chacun des nuclei. o Les enveloppes nucléaires des deux pronuclei vont interagir l une avec l autre avant de disparaître, le centriole se réplique. Les chromatines se condensent pour former des chromosomes qui vont s aligner sur la plaque métaphasique. Il se produira alors la première division de segmentation. o 1 ère division de segmentation. III. Les premières étapes du développement : la segmentation Quelque soit l espèce, les processus de développement reposent sur les mêmes activités cellulaires fondamentales. Faire un embryon puis un adulte nécessite que les cellules prolifèrent, communiquent entre elles, qu elles se déplacent et se différencient. Ces activités cellulaires sont coordonnées dans l espace et dans le temps et ceci de façon extrêmement précise et sont sous le contrôle des gènes du développement. Après la fécondation, on distingue quatre grandes étapes : o La segmentation = division de la cellule œuf en blastomères sans modification sensible du volume global. On transforme l œuf en structure pluricellulaire. o La gastrulation qui aboutit à la mise en place de trois feuillets embryonnaires primordiaux : Ectoblaste ou ectoderme épiderme, système nerveux. Mésoblaste ou mésoderme squelette, muscles. Endoblaste ou endoderme tube digestif et ses dérivés. o La neurulation = mise en place du plan d organisation primaire avec un allongement selon l axe antéro-postérieur et l aplatissement dorsaux-ventral. Il y a également la mise en place du système nerveux. o Organogenèse = formation des organes à partir des différents feuillets embryonnaires (cités au dessus). Différenciation tissulaire, modelage de l organisme de l embryon. 18

12 Remarque ; au tout début on parle d embryon puis on parle de fœtus. Il existe différents types d œuf qui sont classés en fonction de la quantité de réserve, les principaux sont : o œufs télolécithes : vitellus très abondant. Taille : de l ordre du centimètre ou plus. (ex : œufs de poissons, de reptiles et oiseaux). o Œufs hétérolécithes : vitellus plus abondant condensé au pôle inférieur (pôle «végétatif»). Taille : de l ordre du millimètre (ex : œufs d amphibiens). o Œufs oligolécithes : peu de vitellus réparti de façon homogène dans tous l œuf. Taille : de l ordre de quelque centaine de microns (ex : œuf d oursin). Œuf de mammifère très pauvre en vitellus dit alécithe. Taille : environ 100microns. Œuf humain : cellule à cytoplasme clair de 120 à 150 microns de diamètre, entourée de la zone pellucide. Il existe différents types de segmentation : o Segmentation holoblastique (total) : l œuf entier va se diviser (homme). o Segmentation méroblastique (partielle) : seul les régions pauvres en vitellus se divisent (poissons, reptiles, oiseaux). 1. Les premières divisions de l œuf : Toute cellule fécondée va se diviser alors qu elle est encore dans la zone pellucide. L œuf se divise chez la souris en deux cellules de taille identique. Ces cellules sont les blastomères. Cette division s effectue environ 24h après la fécondation. Ensuite on a des divisions successives pour aboutir au stade morula. Toutes ces étapes se déroulent durant la migration de l œuf des cornes utérines vers l utérus où a lieu l implantation. Toute cette phase correspond au développement préimplantatoire. Chez l homme, le stade morula est atteint 4jours après la fécondation. Jusqu au stade 8 cellules, les cellules sont sphériques sans polarité apparente. Elles présentent des microvillosités à leur surface, ces cellules sont des blastomères. 2. La compaction : Des études ont montrées la présence de molécules d adhésion au niveau des contacts entre les blastomères. Ces molécules d adhésion sont les cadhérines. Ce sont des glycoprotéines transmembranaires qui sont responsable de l adhésion intercellulaire. Ces cadhérines appartiennent à la famille des CAM (molécules d adhérence cellulaire). A partir du stade 8 cellules, il y a un phénomène particulier : le phénomène de compaction. Ce phénomène est un processus morphogénétique caractérisé par de profonds remaniements structuraux et moléculaires et en particulier par la mise en place d une polarité. 19

13 Après la compaction, l œuf va s aplatir, les blastomères adhèrent de plus en plus entre eux avec une augmentation et une accumulation de cadhérines et dc une augmentation de points de contacts entre les cellules. Outre la présence importante de ces cadhérines entre les blastomères, il apparaît également des jonctions de type gap, des microvillosités au niveau apical où des jonctions serrées vont s organiser. On distingue également des protéines spécifiques ; les protéines zonula occludens. Ces protéines spécifiques se mettent en place. Au niveau latéral, il y a une augmentation de cadhérines et l apparition d un grand nombre de jonctions communes qui vont permettre le passage de petites molécules, d ions tous ces phénomènes ne nécessitent pas une synthèse protéique, il semble que les protéines indispensables au déroulement de la compaction soit produites avant le stade 8 cellules. La compaction aboutit à une mis en place de la polarité structurale (chgt de forme de la cellule) et polarité membranaire. 3. L activation du génome : L étape qui suit la compaction concerne l activation du génome. La segmentation est caractérisée par l activation de la transcription du génome zygotique et par la dégradation progressive des ARNm maternelles. Chez la souris, jusqu au stade 2 cellules, l embryon utilise la machine de transcription et traduction ainsi que les protéines maternelles stockées lors de l ovogenèse. Après ce sont les gènes zygotiques qui seront transcrit et les allèles de certains gènes en fonction de leur origine. Maternelle et paternelle ne sont pas transcrit de la même façon en raison de phénomène de méthylation différent entre copie maternelle et paternelle. Chez la souris, l activation du génome se fait très tôt alors que chez l homme, l activation est plus tardive : au stade 8/16 cellules. 4. La ségrégation de deux lignages cellulaires : Après la compaction, les 8 cellules se divisent pour donner un embryon de 16 cellules. Mais les divisions ne se font plus de la même façon : il peut y avoir des divisions symétriques et des division asymétriques. A partir du stade 8 cellules, si la division est symétrique, la séparation va aboutir à la formation de deux cellules identiques externes. Si la division est asymétrique, la séparation aboutira à la formation d une cellule externe et d une cellule interne. On dit qu il y a ségrégation de deux lignages cellulaires. On définit un lignage cellulaire comme étant l ensemble des modifications morphologiques fonctionnelles et temporelles qui affecte une cellule et sa descendance et qui conduit à la formation d un clone de cellule d un tissu ou organe. La ségrégation des deux lignages cellulaires est déterminée par l ouverture du fuseau de division. Si l orientation est dans le sens de la longueur cellules externes ; si orientation est dans l autre sens cellules externes et internes. 20

14 Pour chacune des 8 cellules, l orientation du fuseau se fait au hasard. Les cellules externes vont participer ensuite à l édification des annexes embryonnaires et vont former le lignage extra embryonnaire. Les cellules internes forme le lignage membranaire et vont représenter les cellules progénitrices de l embryon. Lors du passage de 16 cellules à 32 cellules, il va y avoir des régulations internes des divisions de façon à obtenir un équilibre entre les deux. Même au niveau des deux cellules différentes on a encore la présence de cadhérines qui les relient. 5. La cavitation et l éclosion : A partir du stade 16 cellules, va se produire le phénomène de cavitation. Ce qui correspond au 3 ème ou 4 ème jours après la fécondation chez la souris. L œuf se creuse alors d une cavité appelée le blastocœle : c est le processus de cavitation. La cavitation est un phénomène dynamique contrôlé par les cellules externes. Les cellules externes à partir du stade 16 cellules vont posséder trois domaines membranaires différents : o La premier domaine est celui qui est en contact avec l extérieur = membrane apicale. Cette membrane est caractérisée par la présence de microvillosités et par l accumulation de canaux ioniques. Parmi ces canaux ioniques, on retrouve des co-transporteurs Na/K et Na/glucose. o Le 2 nd domaine est la membrane latérale caractérisée par de très nombreuses jonctions gap. o Le dernier domaine est la membrane basale. Cette membrane va acquérir une enzyme qui l enzyme NaKATPase. L activation de cette enzyme établie un gradient de concentration en ion Na et donc un courant de Na. Ces mouvements d ions qui résultent de la présence de canaux ioniques sont à l origine de différences de pression osmotique et d un appel d eau vers l intérieur de l œuf ce qui provoque la formation du blastocoele. En plus de ces polarités membranaires, les cellules externes vont acquérir une polarité cytoplasmique. Dans le cytoplasme, différent organites (mitochondrie, lysosome, ) vont se retrouver dans la région basale des cellules externes. Dans la partie apicale, de nouvelles protéines vont apparaître pour renforcer les jonctions entre les cellules. 6. Les trois lignages du blastocyte : Au stade 32 cellules, les cellules externes vont constituées le trophoblaste. Ce phénomène de cavitation entre J4 et J5 va également provoquer le positionnement des blastomères internes à l un des pôles de l œuf. Ces cellules internes forment une masse cellulaire appelé masse cellulaire interne. A ce stade on parle de blastocyste précoce. On distingue au sein de la masse cellulaire interne deux types de cellules : 21

15 o Les cellules internes qui sont en contact avec le blastocoele. Ces cellules sont appelées cellules de l hypoblaste ou endoderme primitif. o Les cellules qui sont les plus éloignées du blastocoele sont les cellules de l épiblaste ou ectoderme primitif. Les cellules externes du trophoblaste vont donner les cellules du trophectoderme. En E4 (=jour4), les cellules de l hypoblaste vont acquérir un phénomène migratoire et vont donc venir migrer vers le pôle opposé à la masse interne. Si on reprend les lignages cellulaires : o Les cellules du trophoblaste trophectoderme, elles sont polaires (masse interne) et murales (pôle opposé). o Les cellules de la masse cellulaire interne : Les cellules de l endoderme primitif donneront l endoderme primitif viscéral et pariétal. Les cellules de l ectoderme primitif donneront endoderme, l ectoderme, le mésoderme et les cellules germinales. 7. Les premières étapes du développement chez l homme : Le stade 4 cellules est atteint au jour2, le stade 8 cellules au jour3. Cette progression correspond à la progression au niveau des trompes utérines. La fécondation a lieu au niveau de l ampoule. La multiplication est la différenciation ont lieu dans les trompes utérines. La segmentation dure 3 à 4 jours, elle se produit pendant la descente dans les trompes utérines. Le stade blastocyte (J4/5) correspond au bouton embryonnaire (masse) et au trophoblaste. Le stade préimplantatoire correspond au stade blastocyte et bouton. Plan d organisation : Chez la souris, l homme et les amphibiens on a un plan d organisation commun aux vertébrés. Chez la souris et l homme, la segmentation aboutit à la formation du blastocyte. Chez les amphibiens, la segmentation aboutit à la formation de la blastula. Les étapes suivantes permettront la mise en place des trois feuillets : ectoderme, endoderme et mésoderme. L organisation se fait selon un axe antéro-postérieur et l aplatissement de l axe dorsaux-ventral. 22