Thème 3A : Masculin-Féminin Chapitre 1 : Du sexe génétique au sexe phénotypique L acquisition du sexe phénotypique se fait en 4 étapes déterminées génétiquement. Le sexe génétique est déterminé au moment de la fécondation : le spermatozoïde apporte soit un chromosome Y, soit un chromosome X, l'ovocyte apporte un chromosome X. Schéma 1. 1ère étape : stade phénotypique indifférencié Un appareil génital formé de gonades indifférenciées (à partir de la 5e semaine chez l Homme), des canaux de Wolff et Müller (voies génitales) se met en place. Sa structure est commune aux 2 sexes (XX et XY). 2ème étape : du sexe génétique au sexe gonadique La différenciation de l appareil génital commence par celle des gonades (à partir de la 8e semaine chez l Homme). Sur Y donc chez le mâle uniquement, le gène SRY est activé. Il code la protéine TDF. La protéine TDF agit sur un ensemble de gènes du développement qui entraînent la différenciation des gonades indifférenciées en testicules : acquisition du sexe gonadique mâle. Chez la femelle, en l absence de le protéine TDF (car absence de Y absence gène SRY) les gonades se différencient en ovaires : acquisition du sexe gonadique femelle. Schéma 2. 3ème étape : du sexe gonadique au sexe phénotypique différencié Chez le mâle, les testicules produisent 2 hormones qui interviennent directement dans la différenciation de l appareil génital : - Les cellules interstitielles de Leydig produisent de la testostérone qui provoque le développement des canaux de Wolff et ainsi la mise en place des voies génitales mâles et des glandes annexes (prostate et vésicules séminales). - les cellules de Sertoli situées dans les tubes séminifères produisent de l AMH, hormone anti-müllerienne qui entraîne la régression de canaux de Müller (pas de développement des voies génitales femelles). Chez la femelle, en l absence d hormones testiculaires, les canaux de Wolff régressent, ceux de Müller se développent et mettent en place les voies génitales féminines (vagin, utérus). L ovaire n intervient donc pas dans la différenciation de l appareil génital. A la naissance, l appareil génital est totalement différencié (= caractères sexuels primaires). Schéma 3. 4ème étape : la puberté A la puberté, l acquisition des caractères sexuels secondaires, l achèvement et l entrée en fonction de l appareil génital se font sous le contrôle des hormones sexuelles : testostérone chez le mâle, œstrogènes chez la femelle. Testicules et ovaires interviennent donc. Schéma 4. Chapitre 2 : Contrôle physiologique de l axe gonadotrope 1. Le complexe hypothalamo-hypophysaire = CHH Le CHH est constitué d un centre nerveux, l hypothalamus et d une glande endocrine, l antéhypophyse. L'activité de l hypothalamus se traduit par la libération dans le sang d une neurohormone, la GnRH (gonadolibérine). La GnRH atteint directement l antéhypophyse et stimule des cellules sécrétant des hormones : la FSH et la LH. L'activité de l'antéhypophyse est donc contrôlée par l'hypothalamus. La FSH et la LH produites par l antéhypophyse agissent sur les gonades (ovaires ou testicules) en les stimulant, ce sont des gonadostimulines (gonadotrophines). L activité des gonades est donc contrôlée par le complexe hypothalamo-hypophysaire. Les gonades ont deux fonctions, la production des gamètes (= gamétogenèse) et la production d hormones stéroïdes sexuelles (fonction endocrine). Schéma 5. 2. L activité testiculaire et sa régulation 2.1. Les fonctions du testicule Le testicule est le siège de la spermatogenèse (production des spermatozoïdes) qui se déroule dans les tubes séminifères. Entre les tubes séminifères, les cellules interstitielles de Leydig produisent les hormones mâles dont la principale est la testostérone. La testostéronémie est le taux de testostérone dans le sang. A partir de la puberté, la testostéronémie augmente et devient maximale vers 20 ans. Chez l'adulte, le taux de testostérone est en moyenne constant, cependant, il oscille autour d une valeur consigne. La testostérone agit sur de nombreux organes cibles (os, muscles, appareil génital ) elle est à l origine des caractères sexuels secondaires. Elle favorise également la spermatogenèse. Durant le développement embryonnaire, elle permet le développement des canaux de Wolff. Schéma 6.
2.2. La régulation de l'activité testiculaire Commande par le complexe hypothalamo-hypophysaire = CHH La régulation de la testostéronémie fait intervenir le CHH. Le testicule est sous le contrôle direct de l antéhypophyse : ce contrôle s exerce par une communication chimique hormonale réalisée par la FSH et la LH. La FSH agit sur les tubes séminifères en stimulant la spermatogenèse. La LH agit sur les cellules de Leydig en stimulant la sécrétion de testostérone. Rétrocontrôle exercé par la testostérone Le taux sanguin de testostérone agit en retour sur le CHH, ce mode d'action s appelle un rétrocontrôle. Si le taux de testostérone dépasse la valeur consigne, elle inhibe, en la freinant, la sécrétion de GnRH et donc celle de FSH et LH : c est un rétrocontrôle négatif. L arrêt ou la baisse de sécrétion de GnRH et donc de FSH/LH entraîne l arrêt de la production de testostérone dont le taux passe en dessous de la valeur consigne. Si le taux de testostérone est inférieur à la valeur consigne, le CHH n est plus inhibé : c est une levée d inhibition. La levée d inhibition entraîne la reprise d activité du CHH : la GnRH est à nouveau sécrétée FSH et LH stimulation Leydig augmentation testostérone. Le taux de testostérone oscille en permanence autour d une valeur moyenne (5 ng.ml -1). Schéma 7. 3. Régulation des concentrations d hormones sexuelles chez la femme L utérus et l ovaire ont un fonctionnement cyclique synchronisé. Un cycle est la période (28 jours en moyenne) allant du premier jour des règles à la veille des règles suivantes. Chaque cycle est caractérisé par une ovulation (14 e jour environ). Les cycles apparaissent à la puberté et disparaissent à la ménopause. 3.1. La sécrétion cyclique des hormones ovariennes L ovaire contient de un stock définitif de follicules formés d un ensemble de cellules (la granulosa et les thèques) entourant un ovocyte (gamète femelle). Chaque cycle comprend deux phases séparées par l ovulation. La phase folliculaire, pré-ovulatoire, pendant laquelle une dizaine de jeunes follicules cavitaires évoluent mais un seul (follicule dominant) arrivera à maturité, c est le follicule de de Graaf ou follicule mûr. Le follicule qui se développe sécrète de l œstradiol en quantité faible mais croissante puis sous la forme d un pic juste avant l ovulation. Schéma 8. La rupture du follicule mûr entraîne la libération de l ovocyte dans la trompe utérine, c est l ovulation. Durant la phase lutéale (ou lutéinique), post-ovulatoire, les cellules de la granulosa se transforment en cellules lutéales formant un corps jaune. Le corps jaune sécrète de l œstradiol et de la progestérone. S il n y a pas eu fécondation, le corps jaune dégénère et arrête sa production d hormones, œstradiol et progestérone. Au cours du cycle suivant, un nouveau follicule se développe et arrivera à maturité. La succession du follicule puis du corps jaune dans l ovaire explique la production cyclique des hormones ovariennes. Schéma 9. 3.2. Hormones ovariennes et activité cyclique de l'utérus L utérus est l organe de la gestation. C est un muscle creux (myomètre) tapissé à l intérieur par la muqueuse utérine ou endomètre. L utérus est un organe-cible des hormones ovariennes : les cellules de l utérus possèdent des récepteurs à l œstradiol et à la progestérone. Au début d un cycle, l endomètre est très réduit. Durant la phase pré-ovulatoire, l œstradiol sécrété par un follicule ovarien favorise le développement de l endomètre. Durant la phase post-ovulatoire, la progestérone conjuguée à l œstradiol provoque la transformation de l endomètre en dentelle utérine, c est la dentellisation : développement des glandes utérines et de la vascularisation. La dentellisation prépare la nidation, c'est-à-dire l'implantation de l'embryon dans l'endomètre pendant la gestation. En fin de cycle, la chute de la sécrétion d œstradiol et de progestérone entraîne la déchirure de la muqueuse et provoque les règles. Schéma 10. 3.3. La régulation du taux des hormones femelles La commande par le complexe hypothalamo-hypophysaire L antéhypophyse, sous le contrôle de l'hypothalamus, produit cycliquement des gonadostimulines. La FSH (Hormone Folliculo-Stimulante) favorise le développement d un follicule et stimule ainsi la sécrétion d œstrogènes. La LH (Hormone Lutéinisante) dont le pic déclenche l ovulation et permet la transformation du follicule en corps jaune, entraînant ainsi la production de progestérone. La LH stimule le corps jaune.
Rétrocontrôles exercés par les hormones sexuelles et régulation du cycle Au début d un cycle, le taux d œstradiol est très faible. Le CHH est libre (non inhibé) et sécrète de la FSH qui va entraîner le développement dans l ovaire d un follicule cavitaire. Le développement d un follicule entraîne une augmentation régulière du taux d œstradiol qui provoque une diminution de l activité du CHH, c est un rétrocontrôle négatif. A la fin de la phase pré-ovulatoire, le follicule de De Graaf produit un pic d œstradiol. Ce pic d œstradiol stimule le CHH qui répond par la production du pic de LH provoquant ainsi l ovulation : c est un rétrocontrôle positif. Durant la phase post-ovulatoire, la concentration élevée d œstradiol combinée à celle de progestérone inhibe le CHH, ce qui entraîne une chute de la sécrétion de LH. La chute de production de LH provoque la dégénérescence du corps jaune et donc l arrêt de sécrétion de l œstradiol et de la progestérone. En fin de cycle et en l'absence de fécondation, la chute de sécrétion d œstradiol et de progestérone supprime l inhibition du CHH, levée d inhibition. Le CHH libéré recommence à produire de la FSH entraînant ainsi un nouveau cycle. Schéma 11. Bilan : régulation des taux d hormones sexuelles et fonction de reproduction La régulation de la sécrétion des hormones sexuelles est neurohormonale. L hypothalamus est le centre nerveux intégrateur en intégrant : les variations des taux d hormones des informations transmises sur le système nerveux résultant de nombreux stimulus externes (aspect comportemental) Les différents organes en jeu agissent en cascade, grâce aux messages hormonaux (quantité d hormone et durée d imprégnation) qu ils produisent, action lente et prolongée. La régulation s effectue grâce à des rétrocontrôles exercés par les hormones sexuelles sur le CHH : système réglant : complexe hypothalamo-hypophysaire paramètre réglé : concentrations d hormones sexuelles fonction réglée : reproduction Chapitre 3 : Maîtrise de la procréation 1. Prévention contre les IST (Livre p.262-263) Les IST sont les infections sexuellement transmissibles. Elles sont dues à des virus (Hépatite B, VIH), des bactéries, des champignons (mycoses) ou des protozoaires. Le préservatif, en évitant le contact, permet d empêcher la transmission. 2. La contraception Les moyens contraceptifs peuvent être mécaniques : préservatif pas d émission de sperme dans le vagin pas de fécondation possible stérilet (dispositif intra-utérin) pas de nidation possible Les contraceptifs oraux (pilules), en apportant des hormones de synthèse (équivalent des œstrogènes et de la progestérone) inhibition du complexe hypothalamo-hypophysaire pas de gonadostimulines arrêt de l ovaire pas d ovulation pas d ovocyte pas de fécondation pas de reproduction possible. Schéma 12. La pilule du lendemain apporte de fortes concentrations d hormones (progestatifs). Le déséquilibre brutal entre œstrogènes et progestérone, selon le moment du cycle, empêche l ovulation, la fécondation ou bloque la nidation. 3. Aide médicalisée à la procréation (Livre p.264-265) La stérilité masculine est due essentiellement à une production insuffisante de spermatozoïdes normaux (sperme trop pauvre et / ou spermatozoïdes non mobiles ou anormaux). L insémination artificielle consiste à introduire le sperme d un donneur. La stérilité féminine peut être due à la non-production d ovocytes (problèmes au niveau de l'hypothalamus, de l'anté-hypophyse, de l'ovaire) et/ou à l impossibilité de rencontre des gamètes (trompes utérines obstruées). La FIVETE = Fécondation In Vitro Et Transplantation d Embryons se déroule en plusieurs temps : stimulation de l ovaire par injection d une gonadostimuline développement de plusieurs follicules stimulation de l ovulation par injection d œstrogènes de synthèse ovulation provoquée prélèvement des ovocytes produits FIV avec du sperme transplantation des embryons La transplantation de plusieurs embryons peut être à l origine de grossesses multiples. L ICSI (= IntraCytoplasmic Sperm Injection) consiste en l injection directe du spermatozoïde dans l ovocyte. 4. Sexualité, plaisir et système de récompense (Livre p.266-267)
1 : Appareils génitaux humains 2 : Du sexe génétique au sexe gonadique Le sexe génétique est défini à la fécondation, le fœtus sera XX ou XY. Lorsque l'appareil génital se met en place, il est indifférencié, c'est-à-dire identique chez le mâle et la femelle. L'ébauche de l'appareil génital est constitué de deux gonades indifférenciées (ni testicules ni ovaires) des canaux de Wolff et ceux de Müller. Le stade suivant correspond à la différenciation des gonades soit en testicules chez l'homme soit en ovaires chez la femelle : c'est le sexe gonadique. Le chromosome Y porte le gène SRY codant pour la protéine TDF qui agit sur des gènes du développement. Si la protéine TDF est sécrétée vers la 8e semaine de développement, les gonades indifférenciées se transforment en testicules. L'absence de TDF oriente la transformation en ovaires. Dans l'espèce humaine, certaines anomalies chromosomiques conduisent à des phénotypes sexuels différents. Gonosomes Sexe phénotypiqu e Gonosomes Sexe phénotypiqu e Gonosomes Sexe phénotypiqu e mâle normal femelle normale femelle femelle mâle mâle Gonosomes Sexe phénotypiqu e mâle Déduire des anomalies observées, le rôle du gène SRY. 3 : Différenciation des voies génitales Appareils génitaux de lapins mâle et femelle normalement différenciés A un stade fœtal précoce, les voies génitales des lapins qu ils soient génétiquement mâles ou génétiquement femelles sont semblables. On peut alors trouver dans l appareil génital embryonnaire à la fois les canaux de Wolff (futures voies génitales mâles) et les canaux de Müller (futures voies génitales femelles). Par la suite, au cours du développement, la différenciation des gonades précède celle des voies génitales. Information complémentaire Le testicule produit une hormone appelée AMH : Hormone Anti-Müllerienne.
1. Déduire des expériences le rôle du testicule dans la différenciation des voies génitales mâles. 2. En intégrant les conclusions du document 2, construire un schéma fonctionnel expliquant la différenciation de l'appareil génital : du sexe génétique au sexe phénotypique. Expériences de A. Jost (1947) sur des fœtus de lapin âgés de 20 jours 4 : Relations CHH-testicule Le CHH (complexe hypothalamo-hypophysaire) est constitué de l'hypothalamus produisant une neurohormone, la GnRH, et de l'antéhypophyse produisant la FSH et la LH. On étudie les sécrétions hormonales chez le Bélier. A. Sécrétions normales B. Expériences de castration et d'injection d'hormone Les graphes ci-dessous ont été obtenus après castration du bélier avec ou sans injection de testostérone. 1. Analyser les graphes A de façon à montrer qu'il existe une hiérarchie entre les organes étudiés. 2. Définir, à partir des graphes B, l'action de la testostérone sur le CHH. 3. Construire un schéma fonctionnel intégrant les relations entre le CHH et le testicule. 5 : Régulation du fonctionnement ovarien 1. A partir des graphes A, mettre en évidence - la sécrétion d'œstradiol et de progestérone en fonction des structures évoluant dans l'ovaire - la synchronisation CHH-ovaire. 2. Déduire des expériences B, les relations CHH-ovaire.
3. A partir des expériences C, montrer qu'il existe des rétrocontrôles exercés par l'œstradiol. A. Sécrétions d hormones hypophysaires et d hormones ovariennes Les courbes suivantes donnent l évolution des taux plasmatiques de LH, FSH, œstradiol, progestérone chez la Femme, au cours d un cycle normal. B. Expériences mettant en relation hypophyse et ovaire Exp. 1. L ablation du lobe antérieur de l hypophyse entraîne l'arrêt de la production des hormones ovariennes. Exp. 2. Sur une femelle adulte hypophysectomisée, on réalise une injection de FSH à un taux correspondant au taux du début de cycle. On observe alors une sécrétion d œstradiol mais pas celle de progestérone. Exp. 3. Sur deux femelles adultes, on réalise une hypophysectomie 4 jours avant la date présumée de l ovulation. La première femelle ne reçoit aucune injection complémentaire, on n observe pas de sécrétion de progestérone. La deuxième femelle reçoit une injection de LH simulant le pic, on observe une sécrétion de progestérone. C1 : Conséquences de l ovariectomie sur les taux de LH et C3 : Actions de l'œstradiol sur le CHH FSH Chez des femelles Macaques rhésus ovariectomisées, un implant d œstradiol est introduit sous la peau de manière à établir le taux plasmatique du début de la phase folliculaire. Dix-sept jours après la mise en place de l implant, on injecte une quantité d œstradiol telle que la concentration plasmatique soit voisine de celle existant normalement en fin de phase folliculaire. Le document donne les résultats des dosages de LH et d œstradiol au cours de cette expérience. C2 : Effets d injection d œstradiol sur les sécrétions de LH et GnRH
6 : Transformations de l'utérus durant le cycle 1. Utérus en phase pré-ovulatoire 2. Utérus en phase post-ovulatoire Décrire les transformations de l'utérus durant le cycle. 7 : Contraception hormonale Les pilules contraceptives dites combinées sont constituées d'un mélange d'œstrogènes et de progestérone de synthèse. La pilule est actuellement le mode de contraception le plus efficace (le pourcentage d'échec est inférieur à 1%). La contraception orale s'effectue selon un rythme régulier : 21 jours de prise de pilule puis une semaine d'arrêt. Lors de la semaine d'arrêt, on observe l'apparition de règles appelées règles de privation. Le graphe ci-contre représente les variations des concentrations plasmatiques des hormones ovariennes et hypophysaires chez une femme, avant et pendant la prise de contraceptif oral de ce type. les hormones de synthèses contenues dans la pilule ne sont pas prises en compte dans les dosages. 1. Indiquer la conséquence de la prise de pilule sur les sécrétions hormonales du CHH. 2. Proposer un schéma fonctionnel expliquant l'action de la pilule.
8 : La pilule du lendemain A partir des documents a et b, expliquer le mode d'action de la pilule du lendemain. a) Evolution du taux plasmatique de lévonorgestrel suite à la prise des deux comprimés de ce contraceptif, 12h00 et 24h00 après un rapport sexuel non protégé. En pointillés, les taux de progestérone habituellement rencontrés au cours du cycle. Le lévonorgestrel est efficace à 90 % si le 1er comprimé est pris dans les 12 à 48 heures après le rapport sexuel non protégé et si le sujet traité est en période pré-ovulatoire de fécondité maximale. b) Taux moyens de LH mesuré dans un groupe de 6 femmes ayant des cycles réguliers et traitées par le lévonorgestrel 48 heures avant l'ovulation Livre p.262-263 9 : Prévention des IST 10 : L'infertilité et l'aide à la procréation Livre p.264-265 Livre p.266-267 11 : Sexualité et bases biologiques du plaisir