Docteur Sylviane HENNEBICQ

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1 UE2 : Histologie - Biologie du développement et de la Reproduction Chapitre 1 : Généralités sur la procréation, la méiose, la spermatogenèse Docteur Sylviane HENNEBICQ Année universitaire 2011/2012 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés.

2 Plan du cours I. La procréation sexuée I. Introduction : la procréation sexuée II. La méiose III. La spermatogenèse

3 La procréation sexuée Gamète femelle (ovocyte) Gamète mâle (spz) Œuf fécondé Permet aux espèces de se perpétuer en assurant un brassage génétique

4 Les gamètes (= cellules sexuelles) Les gamètes doivent remplir trois conditions : Taille suffisante Apport des réserves nutritives Mobiles et nombreux Augmenter les chances de rencontre Coût de fabrication raisonnable ANISOGAMIE

5 Les cellules somatiques sont diploïdes Chacune contient 23 PAIRES de chromosomes - 2n (n=23 dans l espèce humaine) Caryotype 46,XY Chromatides homologues Chromatides soeurs 7 Paternel 7 Maternel Chromosomes HOMOLOGUES dupliqués

6 Les gamètes sont haploïdes Ils contiennent 23 chromosomes - n 23,X 23,X ou 23,Y 23,X 23,Y

7 Le passage diploïdie haploïdie est assuré par la méiose et la fécondation Diploïdie Gamétogenèse (méiose) Fécondation Haploïdie

8 Plan du cours - II. La méiose I. Introduction : la procréation sexuée II. La méiose 1. Généralités 2. Vue d ensemble 3. Les étapes III. La spermatogenèse

9 1. La méiose : généralités Affecte les cellules de la lignée germinale Consiste en deux divisions consécutives à une seule phase de réplication de l'adn : - une cellule diploïde (2n) 4 cellules haploïdes (n) Conséquences : - Réduction de moitié du contenu génétique (2n n) - Transmission de l information génétique - Brassage de l information génétique

10 Comparaison mitose-méiose MITOSE Cellules somatiques MEIOSE Cellules germinales Quelques heures Homme : 24 j Femme : plusieurs années 1 division nucléaire après une phase S 2 divisions nucléaires après une phase S 1 cellule DIPLOÏDE 2n 1 cellule DIPLOÏDE 2n 2 cellules DIPLOÏDES 2n 4 cellules HAPLOÏDES n Structure génétique identique à la cellule mère Ré-arrangement de la stucture génétique

11 2. La méiose : vue d ensemble - Schéma 4 celules haploïdes (23 chromosomes) 1 cellule diploïde (46 chromosomes) 2 cellules haploïdes (23 chromosomes) homologue paternel Phase S homologue maternel Synapsis Crossingovers Ségrégation des chromosomes homologues Ségrégation des chromatides soeurs MEIOSE I Division réductionnelle (en fait, quantité d ADN identique) MEIOSE II Division équationnelle (en fait, quantité d ADN divisée par 2)

12 2. La méiose : vue d ensemble La méiose consiste en 2 divisions successives MEIOSE I Réductionnelle Divise par deux le nombre de chromosomes MEIOSE II Équationnelle Divise par deux la quantité d ADN précédée d'une phase S Non précédée d'une phase S Permet de distribuer les chromosomes homologues (répliqués et recombinés) entre 2 cellules-filles Permet de séparer les chromatides au niveau du centromère (comme une mitose)

13 3. Les étapes de la méiose MEIOSE I Prophase I - Précédée d une phase S - longue (5 stades) - synapsis et crossing-overs Métaphase I Anaphase I Télophase I MEIOSE II Prophase II Non précédée d une phase S Courte Métaphase II Anaphase II Télophase II

14 Prophase I : stade Leptotène Chr 2 maternel Les chromosomes deviennent apparents (chromosomes dupliqués sous la forme de filaments irréguliers) Chr 1 maternel Chr 2 paternel Chr 1 paternel Rapprochement des chromosomes homologues Duplication et début de migration des centrioles

15 Prophase I : stade Zygotène Migration des centrioles aux pôles opposés de la cellule Début d appariement des chromosomes homologues = synapsis Début de formation du complexe synaptonémal

16 Prophase I : stade Pachytène Bivalent (= 2 chromosomes) Tétrade (= 4 chromatides) Synapsis complet Les chromosomes, plus courts et épais,sont sous forme de bivalent ou tétrade Vésicule sexuelle chez le mâle (chromosomes X et Y inactivés) Crossing-over (ou recombinaison) = échange de matériel génétique entre les chromosomes homologues

17 Le complexe synaptonémal au stade pachytène - Schéma Nodule de recombinaison Eléments latéraux Elément central Chromatine des chromatides sœurs 1 et 2 Chromatine des chromatides sœurs 3 et 4

18 Mécanisme moléculaire des recombinaisons méiotiques - Schéma De nouvelles combinaisons de gènes sont ainsi «essayées» à chaque génération et soumises à la sélection naturelle

19 Prophase I : stade Diplotène chiasma Désintégration du complexe synaptonémal Disparition de la vésicule sexuelle Les bivalents se repoussent, sauf au niveau des chiasma (au niveau desquels ils sont attachés) = support physique du crossing-over

20 Prophase I : stade Diacinèse Condensation maximale des chromosomes (toujours reliés entre eux par les chiasmas aux extrémités) Disparition de l enveloppe nucléaire

21 Résumé de la prophase I - Schéma Chromosomes homologues Chromatides sœurs 1 et 2 Complexe synaptonémal Chromatides sœurs 3 et 4 Complexe synaptonémal Nodules de recombinaion Leptotène Chromosomes dupliqués et fins Zygotène Début des synapsis (complexe synaptonémal) Pachytène - Synapsis complet (22 bivalents et 1 vésicule sexuelle) - Crossing-overs Diplotène Désappariement des chromosomes homologues, sauf au niveau des chiasmas Diacinèse Condensation maximum des chromosomes homologues

22 Métaphase I Chiasmas 1 2 Les chromosomes homologues se disposent de part et d autres de la plaque équatoriale (disposition aléatoire) PE 1 2 Les chiasmas (au niveau desquels ils sont attachés) sont sur la PE Les centromères sont de part et d autres de la PE

23 Anaphase I Rupture des chiasmas Ségrégation (aléatoire) des chromosomes homologues aux pôles opposés de la cellule

24 Télophase I Reconstitution de la membrane nucléaire autour des deux lots de chromosomes homologues Cytodiérèse, suivie d'une courte interphase sans phase S

25 Méiose II Prophase II Métaphase II Anaphase II Télophase II PE PE Formation du fuseau Alignement des centromères sur la PE Clivage des centromères Ségrégation (aléatoire) des chromatides sœurs Reconstitution de la membrane nucléaire Cytodiérèse

26 La méiose assure le brassage de l information génétique - Schéma Crossingovers Brassage intrachromosomique MEIOSE I Ségrégation aléatoire (chromosomes homologues) Brassage interchromosomique Ségrégation aléatoire (chromatides sœurs) MEIOSE II

27 Plan du cours III. La spermatogenèse I. Introduction : la procréation sexuée II. La méiose III. La spermatogenèse 1. Généralités 2. Le testicule : siège de la spermatogenèse 3. Les étapes de la spermatogenèse 4. Cinétique de la spermatogenèse 5. Régulation neuro-endocrine

28 1. Généralités Spermatogenèse = gamétogenèse mâle Différenciation des cellules germinales mâles en spermatozoïdes (gamètes mâles matures) Processus continu Depuis la puberté jusqu à la fin de vie Lieu : testicules Paroi des tubes séminifères

29 Finalité : production des spermatozoïdes 60µm 60 µm de longueur Tête Col Flagelle Noyau contenant le génome haploïde condensé (protection du génome) Mitochondries (carburant) Appareil propulseur (mobilité ovocyte)

30 2. Le testicule : siège de la spermatogenèse - Schéma Cordon spermatique L appareil génital masculin Vaisseaux sanguins et nerfs Vessie Epididyme (tête) Tube séminifère Vésicule séminale Cône efférent Canal déférent Rete testis Tubes droits Lobule testiculaire Septum Prostate Epididyme (corps) Epididyme (queue) Canal déférent Urètre Epididyme Testicule

31 Les deux fonctions testiculaires Deux compartiments anatomiques et fonctionnels Paroi du tube séminifère Fonction EXOCRINE Spermatogenèse Lumière Cellule de Sertoli Espace interstitiel (cellules de Leydig) Fonction ENDOCRINE Androgènes (Testostérone) Cellule de Leydig Membrane propre

32 Compartimentalisation des tubes séminifères par la BHT

33 3. Les étapes de la spermatogenèse Section de tube séminifère Epididyme Testicule Tube séminifère Spermatogonies (Mitose) Spermatocytes (Méiose I et II) Spermatogonie Spermatocyte I Spermatocyte II Cellule de Sertoli Spermatides (Spermiogenèse) Spermatides Spz (Spermiation) Spz faculty.sunydutchess.edu/scala/bio102/default.htm

34 3.1 Les spermatogonies Cellules souches diploïdes (2n) Localisation : plaquées contre la membrane propre Petites cellules arrondies de 10 à 15 m de diamètre 3 types selon l aspect du noyau: cellules de réserve Ad (dark) : chromatine dense et sombre Ap (pale) : chromatine claire B : chromatine mottée et irrégulière

35 3.2 Les spermatocytes Compartiment adluminal Translocation des cellules germinales du compartiment basal au compartiment adluminal au stade leptotène Compartiment basal (D après Liu et Cheng 2007)

36 3.3 La spermiogenèse = maturation post-méiotique des spermatides en spermatozoïdes Appareil de Golgi Vésicule acrosomale Mitochondries Acrosome Centriole proximal Centriole distal Noyau Noyau Centrioles Microtubules Flagelle Cytoplasme en excès PI Tête Formation de l acrosome Mise en place du flagelle Elimination du cytoplasme (corps résiduels) Allongement et condensation du noyau (histones protamines) Flagelle

37 Trois types de spermatides Cellules haploïdes issues de la méiose (n chromosomes) Localisation : près du centre des tubes séminifères Petites cellules de 6 à 7 m de diamètre Rondes Allongées Condensées

38 Acrosome Noyau Cape post-acrosomique Espace nucléaire postérieur Plaque basale Colonnes segmentées Centriole proximal Mitochondries Fibres denses Axonème Gaine fibreuse Tête Col Pièce intermédiaire Pièce principale COUPES TRANSVERSALES Ultra-structure du spermatozoïde Mitochondries Colonnes segmentées Fibres denses Mitochondries Axonème Fibres denses Axonème Colonnes longitudinales Fibres denses Gaine fibreuse - Schéma Axonème Fibres denses Gaine fibreuse Axonème COUPE LONGITUDINALE Pièce terminale

39 3.4 Illustration Cellule de Leydig Membrane propre Cellules de Sertoli Spermatogonies Spermatides Spermatocytes I

40 4. Cinétique de la spermatogenèse Durée = 74 jours chez l homme Spermatogonie MITOSES 27 jours (>Ap) Spermatocyte I Spermatocyte II Spermatides MEIOSE I 23 jours (Pachytène : 16 jours) MEIOSE II 1 jour SPERMIOGENESE 23 jours Spermatozoides

41 5. Régulation neuro-endocrine de la spermatogenèse - Androgènes LH - Hypothalamus GnRH FSH Cellule de Sertoli Hypophyse - Inhibine HYPOTHALAMUS Sécrétion pulsatile GnRH ou LHRH (gonadotropin releasing hormone) HYPOPHYSE Sécrétion pulsatile FSH Follicle stimulating hormone LH Luteinizing hormone TESTICULE Cellules de Leydig Androgènes Inhibine

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