Interactions gamétiques
Interactions gamétiques I-Préparation à la fécondation (2 TD cours : 6 mars et 13 mars 2017) II-Les mécanismes de la fécondation (cours 3 avril)
Préparation à la fécondation 1- Pour le gamète femelle : TD cours (6 mars 2017) Formation et Maturation des ovocytes Croissance ovocytaire au cours de la folliculogenèse. vitellogenèse et reprise de méiose Maturation terminale ovocytaire et ovulation. 2- Pour le gamète mâle : TD cours (13 mars 2017) Spermatogenèse 3- transport et maturation finale des gamètes Transport capacitation des spermatozoïdes.
Transport des gamètes femelles Oviducte. - Mouvements des cils. - Contractions péristaltiques.
Transport des gamètes femelles Sécrétions tubaires : Modifications des propriétés chimiques et biologiques de la zone pellucide. résistance à la digestion protéolytique (OVGP1 = oviductine) et réduction de l affinité pour les spermatozoïdes (limitation de la polyspermie). (Glycosaminoglycanes) Grands mammifères
Transport et capacitation des spermatozoïdes Transport et acquisition du pouvoir fécondant dans les voies génitales mâles : Motiles en présence du plasma séminal. Immobiles dans les voies génitales mâles. Acquisition de : - la motilité ; - l aptitude à la fécondation. - Immobiles. - Inaptes à la fécondation.
Rencontre des gamètes - Fécondation externe ou interne - Insémination = dépôt des spermatozoïdes dans les voies génitales femelles - Insémination naturelle (accouplement) ou artificielle (PMA). - Le sperme est déposé : * dans le vagin chez l humain et les ruminants ; * dans le col et dans l utérus chez les porcins et les équins. - Dans le cadre des PMA, vérification de la qualité du sperme
La maturation finale des spermatozoïdes : la capacitation Pendant le trajet dans l utérus et l oviducte : interactions des spermatozoïdes avec les cellules et les sécrétions du tractus génital femelle.
La maturation finale des spermatozoïdes : la capacitation Capacitation = ensemble des changements physiologiques qui rendent les spermatozoïdes capables de féconder l ovocyte. Dans l oviducte. X
La maturation finale des spermatozoïdes : la capacitation Capacitation = ensemble des changements physiologiques qui rendent les spermatozoïdes capables de féconder l ovocyte. Dans l oviducte. à Hyperactivation des spermatozoïdes.
La maturation finale des spermatozoïdes : la capacitation Capacitation = ensemble des changements physiologiques qui rendent les spermatozoïdes capables de féconder l ovocyte. Dans l oviducte. à Hyperactivation des spermatozoïdes. à Modifications de la membrane plasmique des spermatozoïdes. Préparent à la réaction acrosomique.
La maturation finale des spermatozoïdes : la capacitation 1- Elimination du cholestérol membranaire. 2- Elimination du dépôt de protéines autour des spermatozoïdes. Accepteurs de cholestérol sécrétés par l oviducte (albumine, lipoprotéine) à Rendre accessibles les récepteurs à la zone pellucide à la surface des spermatozoïdes. Récepteurs à la progestérone.
Modèle de la capacitation des spermatozoïdes de mammifères
La maturation finale des spermatozoïdes : le stockage Rôle de l oviducte dans le stockage = réservoir spermatique.
La maturation finale des spermatozoïdes Réservoir spermatique. Temps de stockage variable selon espèces: qq heures à 5 jours à Maxi 6 mois chez chauve-souris Spermatozoïde de taureau /cellules épithéliales d oviducte de vache.
La maturation finale des spermatozoïdes Pour atteindre le site de la fécondation : à Motilité des spermatozoïdes. Mais pas seulement à Transport dans l oviducte par contraction musculaire de l utérus.
Attraction à distance du spermatozoïde Chimiotactisme Thermotactisme Rhéotactisme
Attraction du spermatozoïde par chimiotactisme human gradient de concentration : progestérone (Pérez-Cerezales et al., 2015)
Attraction du spermatozoïde par chimiotactisme
Attraction du spermatozoïde par thermotactisme human (Pérez-Cerezales et al., 2015)
Attraction du spermatozoïde par rhéotactisme (Pérez-Cerezales et al., 2015)
Interactions gamétiques I- Préparation à la fécondation II- Les mécanismes de la fécondation Oursin : le modèle historique Mammifères : de + en + étudiés (FIV)
Les mécanismes de la fécondation 1- De la zone pellucide à la fusion des membranes plasmiques. 2- Les réactions d activation.
Les étapes de la fécondation : quelques chiffres Chez l homme : environ 200 spermatozoïdes présents autour de l ovocyte au moment de la fécondation. ~ 10-100 millions de spermatozoïdes éjaculés. à < 1/20 000 sur le site de la fécondation (=grande sélection).
Les 6 étapes de la fécondation
Etape 0- La traversée du cumulus par les spermatozoïdes Espace entre cellules du cumulus et Zone pellucide : riche en acide hyaluronique. Hyaluronidases identifiées à la surface des spermatozoïdes (6 chez l homme : PH-20). à Dégradation de l acide hyaluronique, dispersion des cellules du cumulus : pénétration des spermatozoïdes dans la matrice du cumulus. à Pénétration préférentielle des spermatozoïdes hyperactifs. àin vitro : traversée du cumulus en 1min
Etape 1- L attachement des spermatozoïdes sur la ZP mouse Expérience de compétition ZP3 glycosylées : principal acteur de l intéraction spermatozoides/zone pellucide Nombreuses protéines du spermatozoide peuvent se lier aux ZP3 (lactadhérine, fertiline a )
Etape 1- L attachement des spermatozoïdes sur la ZP Zone pellucide = barrière moléculaire empêchant la fécondation entre espèces différentes. 30 000 sites de liaison à ZP3 sur le spermatozoïde. Evénement subtile et complexe où interviennent plusieurs récepteurs et ligands. Autres éléments découverts récemment : fertiline alpha, acrosine, spermadhésines Mécanismes moléculaires de l attachement du spermatozoïde sur la zone pellucide, chez la souris.
2- L attachement des spermatozoïdes sur la ZP Mise en évidence de Galactosyl Transférase (GalTase) sur la tête des spermatozoïdes. - La fixation de I 125 -ZP3 par les spermatozoïdes est fortement diminuée chez les GalTase Null. - La fixation de ZP2 n est pas affectée. (Lu & Shur, 1997)
Etape1 - L attachement des spermatozoïdes sur la ZP Blocage de la polyspermie. à Les spermatozoïdes s attachent à des O-glycanes portés par la ZP3, activant des glycosidases. à Les glycosidases sont libérées lors de l exocytose des granules corticaux à Elles dégradent les O- glycanes empêchant tout autre fixation de spermatozoides à la ZP Reconnaissance des gamètes et fécondation Exocytose des granules corticaux Embryon au stade 2 cellules
Etape 1- L attachement des spermatozoïdes sur la ZP Interaction spermatozoïdes/zp à Cascade d événements intracellulaires
Etape 2 - La réaction acrosomique = Fusion progressive de la membrane plasmique du spermatozoïde et de la membrane externe de l acrosome. Permet la libération du contenu de l acrosome dont les enzymes contribuent au franchissement de la zone pellucide. N-glucosaminidase Acrosine Hyaluronidase Seuls les spermatozoïdes capacités peuvent faire la réaction acrosomique
Etape 2- La réaction acrosomique à D : spermatozoïdes après réaction acrosomique (durée de vie limitée) Chez Bovin, porcins et humains atrial natriuretic peptide a (ANP A) à A : Avant réaction acrosomique à B : Fusion membrane plasmique spermatozoïde /membrane externe acrosomique à C : Elimination des vésicules membranaires
Etape 3 - Pénétration de la zone pellucide Action synergique de 2 mécanismes : - Mobilité propre du spermatozoïde. - Activités enzymatiques : * acrosine = sérine protéase de la membrane acrosomique interne qui modifie ZP1 et hydrolyses certaines glycoprotéines de la ZP. * enzymes solubles : hyaluronidase, β-n-acétylglucosaminidase.
Etape 4- Adhésion des gamètes Nombreuses molécules impliquées dans l adhésion entre le spermatozoïde et l ovocyte : IZUMO1, ADAM15, cadhérines, intégrines
Etape 5 - Fusion des gamètes (= plasmogamie) Fusion de la membrane plasmique de l ovocyte avec la membrane cytoplasmique du segment équatorial du spermatozoïde. Position tangentielle du spermatozoïde par rapport à la surface de l ovocyte. Fusion dans la région post-acrosomique de la tête du spermatozoïde.
Etape 5 - Fusion des gamètes A : Adhésion du spermatozoïde sur l ovocyte B : Fusion du segment équatorial du spermatozoïde et de la membrane ovocytaire C : internalisation du spermatozoïde dans l ovocyte : Disparition de l enveloppe nucléaire et décondensation de l ADN
Etape 5 - Fusion des gamètes Rôle majeur des tétraspanines dans l architecture membranaire.
Etape 5 - Fusion des gamètes IZUMO1 / CD9 (Okabe, 2013)
Etape 5- Fusion des gamètes Après la fusion, selon l espèce : entrée dans le cytoplasme ovocytaire du spermatozoïde entier ou non. Pièce intermédiaire et queue du spermatozoïde : - Etalon, homme : à l intérieur. - Autres espèces : à l extérieur. Conséquences de l entrée du spermatozoïde : 1- Blocage membranaire : dépolarisation de la membrane plasmique ; canaux calciques. 2- Blocage au niveau de la zone pellucide : exocytose du contenu des granules corticaux dans l espace périvitellin. à Polyspermie.
Etape 6 - formation des pronoyaux et caryogamie
Réactions d activation de l œuf = Série de changements morphologiques, métaboliques et moléculaires, qui sortent la cellule qui vient d être fécondée de son état d inertie. Réaction corticale : = exocytose des granules corticaux. Blocage de la polyspermie.
Réactions d activation de l œuf
Réactions d activation de l œuf Reprise de l activité de la cellule œuf : Variations de concentrations en Ca ++ libre intra-cellulaire déclenchées par la fécondation chez la souris. Mesure des variations de fluorescence d un colorant spécifique du calcium. La concentration en calcium libre passe, en 2 à 3 sec, du niveau de repos 100 nmole.l -1 à 1 µmole.l -1, avant de retrouver le niveau de repos en quelques dizaines de secondes. Ces impulsions se reproduisent toutes les 4 à 10 min pendant 3 à 4h.
Conclusion En route pour le développement embryonnaire