PASS ANTILLES 2020/2021 Embryologie PDF

PASS ANTILLES 2020/2021 COURS « Embryologie » UE 6 Thèmes : Fécondation La fécondation, les notions sont issues de données animales donc certaines informations ont été déduites pour l’homme. Donc, da...

PASS ANTILLES 2020/2021 COURS « Embryologie » UE 6 Thèmes : Fécondation La fécondation, les notions sont issues de données animales donc certaines informations ont été déduites pour l’homme. Donc, dans quelques année,s il est possible que certaines informations soient différentes. I) Introduction 1) Définition P La fécondation est un processus hautement synchronisé, au cours duquel deux celles germi- nales : les gamètes (cellules haploïdes à 23 chromosomes) mâle (spermatozoïde) et féminin (ovocytes) vont fusionner pour donner une cellule unique diploïde (46 chromosomes) le zy- gote. Le zygote va se développer et aboutir à la création d’un nouvel individu. M Le spermatozoïde va avoir la capacité de se lier a la zone pellucide (ZP) de l’ovocyte pour l’activer : c’est le point de départ de l’embryogenèse. Ça donnera le zygote qui se dévelop- pera en blastocyste puis en foetus. Étapes clés : M - La maturation fonctionnelle du spz qui le rend fécondant : la capacitation. Elle consiste en de nombreuses modification du spz comme des influx de calcium (indispensable à la capacitation) , des phosphorylation de protéines, des modifications de la mobilité du spz et membranaire au niveau des lipides des membranes. Cela va permettre a la membrane plas- mique du spermatozoïde et la membrane acrosomique externe d’être plus fusiogènes et de donner la capacité au spz de réaliser la réaction acrosomique. - La fusion des gamètes entraine la réaction corticale pour le blocage de la polyspermie - La mise en commun du matériel génétique : amphimixie P - Activation du métabolisme de l’ovocyte Page 1 sur 16 La rencontre des gamètes répond dans l’espèce humaine, à des conditions chronologiques (la période de fécondabilité) et topographiques ( transit des spermatozoïdes dans les trompes de Fallope, site de fécondation ) bien précises. 2 ) Fenêtre de fécondabilité La période de fécondabilité correspond à la période pendant laquelle un rapport sexuel peut être fécondant et suivi d’une grossesse. Elle dépend de la : - Date d’ovulation entre le 12e et 14e jour - Survie des gamètes : ovocyte (24 heures) et spz (3 à 4 jours après pénétration dans la glaire cervicale, dans le vagin ils ne survivent pas plus de 10 minutes car le pH est acide) Elle ne dépasse pas 5 jours P II ) Évènement précédant la fécondation 1) Au niveau des spermatozoïdes (spz) M Les spz vont être déposés au fond du vagin, et vont devoir traverser la glaire ou le mucus cer- vicale (situé au niveau du col utérin). Ils vont remonter l’utérus puis les trompes et ensuite at- teindre le lieu de fécondation : l’ampoule où ils rejoindront l’ovocyte. Ils vont rencontrer des barrières physiologiques qui vont entraver leur progression et réduire le nombre de spz présents dans les trompes. M Sur les millions déposés au niveau du vagin, il y aura des milliers dans les trompes puis des dizaines près de l’ovocytes. Ils vont être attirés vers l’ampoule grâce à des molécules chimio-attractive, synthétisées par le complexe cumulo-ovocytaire qui contient des facteurs qui contribuent à la régulation des fonctions spermatiques, notamment la progestérone importante pour l’attraction des spz. Dans cette voie génitale féminin, les spz vont poursuivre leur maturation qui nécessite un sé- jour de plusieurs heures dans les tractus génitale féminin, ces modifications regroupent : la capacitation, l’hypermobilité et la réaction acrosomique qui rendent aptes à la fécondation. P Page 2 sur 16 Au niveau du vagin : - Dépôt de 200 à 300 millions de spz (déposition très bonne mais en réalité tous les hommes n’ont pas autant de spermatozoïdes dans leur éjaculat) - pH acide du vagin, milieu délétère pour les spz - Liquéfaction de l’éjaculat Tous les spz ne seront pas optimaux, certains auront des anomalies morphologiques, d’autres chimiques, c’est pour cela qu’il y a une sélection pour féconder l’ovocyte. Au niveau du col, traversée du canal cervical : - Glaire cervicale qui sert de filtre au moment de l’ovulation - pH alcalin favorable aux spz. La glaire ou mucus cervicale est une sécrétion du canal cervical qui obstrue ce canal, c’est un gel visqueux riche en eaux, ses propriétés et son abondance varie selon la période du cycle menstruel : au début en faible quantité et maximale en péri ovulatoire. Autour de l’ovulation, la glaire est hydratée, limpide, fluide et alcaline. Elle est constituée de filaments de glycoprotéine aux mailles larges qui vont permettre aux spz de remonter le canal cervical et traverser la glaire. P En temps normal la glaire sera opaque avec des mailles très serrées. Les spz peuvent franchir la glaire en 30 minutes, elle les débarrasse du liquide séminal et sélectionne les spz mobiles. M => Préalable indispensable a la capacitation et réaction acrosomique Phénomène de stockage dans les cryptes glandulaires du canal cervical, qui va permettre une fécondation même plusieurs jours après un rapport sexuel La traversée de l’utérus : - Il y a des contractions du myomètre, pour sélectionner les spz les plus résistants (perte im- M portante de spz) La traversée des trompes : - Influencée par le flux liquidien favorisée par les battements des cils de l’épithélium tu- baire - Les spz s’orientent à contre-courant puis une dizaine arrive à l’ampoule tubaire qui est le lieu de fécondation. Capacitation des spz P Ensembles de modification structurales et fonctionnelles qui permettent de démasquer le pou- voir fécondant des spz (hyperactivité et capacité de subir la réaction acrosomique) ayant lieu après l’éjaculation. Page 3 sur 16 Pourquoi ? - Le spz qui quitte le testicule n’est pas fécondant - Il doit subir des maturations post testiculaires dans le tractus génitale masculin ( au niveau de l’épididyme) - Le spz éjaculé n’est pas fécondant - Il doit subir des maturations post-testiculaires dans le tractus génitale féminin : la capacita- tion Modification de la composition biochimique de la membrane plasmique et de la mobilité des spz La capacitation : P M - Nécessite l’élimination du plasma séminal - Favorisée par les oestrogènes - Dure 5h dans l’espèce humaine - Modification du nombre et des structures des protéines de la membrane des spz - Modification des lipides membranaires et mise en place de molécules qui vont permettre la transmission du signal intracellulaire M - Intervention de facteurs capacitant sécrétés par les voies génitales féminines qui permet- tent l’élimination des facteurs décapacitant inhibiteurs contenus dans le plasma séminal ou fixés sur le spz - Permet le démasquage du pouvoir fécondant P Page 4 sur 16 Capacitation modification de la membrane plasmique : - Enlèvement et redistribution protéique - Retrait des protéines superficielles stabilisant la membrane sous le contrôle de glycosa- minoglycanes (héparine et chondroïtine sulfate) présent dans les voies génitales féminines qui fixent les protéines de l’épididyme er des glandes annexes - Modification de la composition en lipides (Feuillet externe : phosphatidylcholine (PC) et sphyngolipides et feuillet interne : phosphatidyléthanolamine (PE) et phospatidylsérine (PS) ). Il y a une asymétrie de la membrane, il y a aussi du cholestérol qui va modifier la mobilité membranaire. 3 enzymes principales : la scramblase qui permet le passage de phospholipides (PL) d’un feuillet à un autre pour une disposition symétrique son activité dépend du calcium, la flip- pase et la floppase qui maintiennent l’asymétrie membranaire. Elles nécessitent de l’ATP. La flippase déplace la PS et la PE, de l’externe vers l’interne la floppase déplace le PC et les P sphyngolipides de l’interne vers l’externe. Au cours de la capacitation : M - Entrée massive de calcium et bicarbonate => cascade enzymatique => stimule Protéine ki- nase => stimule la scramblase => induit la symétrisation de la membrane => PE et PS sur le feuillet externe, SM et PC sur le feuillet interne => efflux de cholestérol pris en charge par l’albumine (accepteur de cholestérol des voies gé- nitales féminines) => augmentation de la fluidité membranaire M P Page 5 sur 16 Conséquence physiologique de la capacitation : - Perte de l’asymétrie membranaire facilite efflux de cholestérol (augmentation fluidité membranaire) - Efflux de cholestérol - Apparition de point de fusion entre membrane plasmique et membrane externe de l’acro- some : préalable à la réaction acrosomique - Externalisation de récepteurs qui interviendront lors de la fixation du spz à la ZP de l’ovo- cyte - Modification des canaux échangeur calcique, modification ionique intracellulaire - Augmentation Ph - Hyperpolarisation de la membrane - Activation de facteur cellulaire impliqué dans l’augmentation du calcium indispensable à la réaction acrosomique - Hyperactivation du spz liée a des procédés de phrophorylation : mouvements méandri- formes ou curvilinéaire => activation voie adénylate cyclase et activation de la protéine kinase A => activation de la calmoduline, situé à l’axonème du flagelle capable de lier le calcium. Ac- P tivation de la calmoduline kinase A permettant la phosphorylation de la dynéine M M P Page 6 sur 16 2) Au niveau de l’ovocyte L’ovocyte a déjà subi ses modification au cours de l’ovulation. Il a repris sa méiose et est bloqué en métaphase II. Il va y avoir une contraction des cellules myofibroblastiques de la tchèque externe pour l’ex- pulsion de l’ovocyte de l’ovaire. L’ovocyte est entouré des cellules folliculaires, il va avancer jusqu’à l’ampoule grâce au pé- ristaltisme tubaire et aux battement ciliaires. III) phénomènes cellulaires de la fécondation Pour pénétrer à l’intérieur de l’ovocyte, le spz doit traverser : - Les cellules de la granula : cumulus oophorus et corona radiata - La zone pellucide - La membrane plasmique de l’ovocyte P M M 1 ) Traversée du cumulus oophorus Les spz qui arrivent au contact des cellules folli- culaire arrivent avec une mobilité dite fléchante. La traversée du cumulus (riche en acide hyaluro- nique), le spz va utiliser la protéine PH 20 (pro- P téine présente à la surface du spz) qui a une acti- vité hyaluronidase pour séparer les cellules folli- culaire Page 7 sur 16 Fixation à la ZP : Matrice extracellulaire glycoprotéique sulfaté synthétisé par l’ovocyte et la corona radiata en- tourant l’ovocyte : ZP1, ZP2,ZP3 et ZP4 La ZP est un réseau de filaments qui : - Facilite la migration tubaire - Constitue une barrière d’espèce - Permet la liaison spz/zone pellucide - Entoure l’ovocyte depuis le stade du follicule secondaire jusqu’au stade blastocyste - Induit la réaction acrosomique ZP1 assure la liaison entre les autres protéine ZP 2 ) Fixation à la ZP P Elle se fait grâce au récepteur sur la membrane du spz, chez la souris on va avoir la galacto- syltransférase, zonadhésine, SED-1 et spermadhésine. Chez l’homme : la fucosyltransférase - 5 -membranaire (FT) -> reconnaissance spécifique d’espèce La liaison primaire va se faire avec FT à ZP3 et ZP4 (peut-être ZP1 aussi) qui va per- M mettre d’indure la réaction acrosomique En deuxième temps la liaison secondaire avec ZP2 qui est irréversible. M P Page 8 sur 16 3) Réaction acrosomique Elle est induite par la liaison primaire ZP3 et ZP4 chez l’homme qui est réversible, l’induc- tion se fait aussi probablement aussi par la progestérone présente dans les trompes de Fallope. L’objectif de la réaction est le relargage de l’acrosome. Il y un rapprochement puis une fusion des membranes externe de l‘acrosome et plasmique du spz responsable de la réaction acrosomique. La réaction est liée à l’activation de la protéine synaptotagmine, protéine membranaire sen- sible au calcium impliqué dans la régulation de la fusion membranaire. La réaction est liée a l’entrée de calcium, qui est un acteur majeur Rappel : L’acrosome est un granule sécrétoire dérivé de l’appareil de Golgi, recouvrant les 2/3 antérieur du noyau du spz sous la membrane plasmique. Le contenu enzymatique (proacrosine et hyaluronidase) est libéré par un mécanisme d’exocy- tose qui comprend la fusion ponctuelle et la vésiculation des membrane plasmique et acroso- P male externe et l’extériorisation de la membrane interne de l’acrosome. M M Une fois la réaction faite, la tête du spz sera recouverte de la membrane interne de l’acro- some. L’acrosine est une enzyme avec une activité protéase qui va couper les protéines, il y a aussi d’autres protéines comme les métalloprotéases et le protéasome du spz. P L’exocytose va être accompagné d’une augmentation de calcium, augmentation du pH, mor- cellement de la gaine mitochondriale, et d’un dégagement de chaleur. Différentes voies de signalisation vont être activées : tyrosine kinase récepteur, protéine g, canaux ioniques, et canaux voltage dépendant Page 9 sur 16 Seuls les spz capacités peuvent faire la réaction acrosomique. P La fixation de ZP3 à des récepteurs de type tyrosine kinase va être responsable de l’activation des voies de signalisation M => augmentation du pH intracellulaire par sorties de protons H+ => augmentation du calcium intracellulaire grâce à l’activation adénylate kinase qui va augmenter l’AMPc à partir de l’ATP et va servir de second messager sur la Protéine Kinase A qui va jouer un rôle sur l’entrée de calcium issu de l’acrosome mais aussi l’AMPc va agir sur un récepteur qui laissera rentrer le calcium de l’acrosome. La phospholipase C zeta va hydrolyser le PIP2 pour donner de l’inositol triphosphate (IP3) et M le diacyl glycérol qui permettront l’entrée de calcium. => production de lipides fusiogènes par la phospholipase A2 qui vont permettre de réaliser la réaction acrosomique 4 ) Traversée de la ZP - La liaison ZP2 est irréversible - Des enzymes protéolytiques sont libérées de l’acrosome et hydrolysent ZP1 - Il y a une libération des chaines ZP2 ZP3 ZP4 - Et aussi un diminution de la résistance de la ZP à sa traversée par le spz qui pénètre grâce à P son mouvement hyperactif, et se met en position tangentielle. Page 10 sur 16 Les enzymes libérés de l’acrosome : - L’acrosine rompt localement les pontage entres les protéines ZP, transforme des protéines qui assurent la fusion de membrane plasmique des deux gamète en protéines fusiogènes ac- tives - La hyaluronidase qui dissolue l’acide hyaluronique qui rempli les interstices de la ZP - La beta N acetylglucoaminidase coupe le lien entre le spz et les ZP pour qu’il avance dans l’espace péri vitellin Le spz a passé la ZP, il ne lui reste plus qu’à fusionner. 5 ) Fusion et entrée du spz dans l’ovocyte Il y a des mécanismes moléculaires de reconnaissances spéci- fique sur le plan moléculaire mis sans spécificité d’espèce. Des liaison entre les molécules de la membrane plasmique de la tête du spz (intacte en région équatoriale) et des récepteurs mem- branaires de l’ovocyte. P La région équatoriale rentre en contact avec les micro villosité de l’ovocyte qui s’intègre progressivement dans l’ovocyte. La fusion se fait grâce a la liaison de plusieurs ligands : Adhésion ADAMS (spz) à intégrines CD9 (ovocyte) M Fertiline beta ( adam 2) chez l’homme Adhésion izumo (spz) à juno (ovocyte) Izumo spécifique du testicule : - Exposé a la surface du spz - Protéines transmembranaires de la familles des immunoglobu- M lines Juno : - Membre des récepteur au folate mais ne fixe pas l’acide folique - Rôle dans le blocage de la polyspermie par dispari- tion de la membrane ovocytaire après la fusion ga- métique P Page 11 sur 16 L’entrée du spz dans l’ovocyte induit du coté spermatique : - Tête qui se détache du corps - Membrane nucléaire du spz se fragmente - Décondensation de la chromatine du noyau du spz - Libération des protamines et remplacement par des histones - Formation du pronucleus mâle - Centriole proximal donnera le fuseau mitotique de l’embryon (première divisions cellu- laires) - Dégradation du flagelle - Dégradation des mitochondries Les mitochondries proviennent uniquement de la mère chez l’enfant, toutes les maladies mitochondriale ne seront que d’origine maternelle : transmission de mode non mendé- lien maternel. P M M 6) Activation ovocytaire L’entrée du spz dans l’ovocyte induit du coté ovocytaire : - Phospholipase c zeta contenue dans l’acrosome hydrolyse le phosphatidylinositiol 4,5 di- phosphate (PIP2) - Libération du diacyl glycérol et inositol tri phosphate IP3 P - Liaison IP3 à son canal récepteur - Libération du stock de calcium => adényltate cyclase => activation PKA => cascade de phosphorylation - Activation de l’ovocyte Page 12 sur 16  P La réaction corticale correspond à l’exocytose d’enzymes lysosomiales relarguées dans l’espace péri vitellin suite à la mobilisation du calcium. M La réaction corticale : - Il y a une modification de ZP3 ZP4 (dégradations des chaines oligosaccharidiques par la bêta hexoaminidase présent dans les granules corticaux = déglycosilation ) - ZP2 est clivé par une protéase - ZP1 est dégradée M => inhibition de la polyspermie Achèvement de la deuxième division méiotique L’ovocyte qui était bloqué en métaphase II -> blocage dépendant du MPF stabilisé par le CSF Le CSF sensible au calcium => l’élévation du calcium entraine l’inhibition du CSF et la dégradation du MPF => reprise de la méiose et expulsion du 2nd globule polaire P Page 13 sur 16 L’aboutissement de la méiose donne deux cellules filles de tailles inégales, l’ovule va conser- ver la quasi-totalité du cytoplasme et le deuxième globule polaire qui en a une petite quantité La méiose II de l’ovocyte est donc terminée 7) Formation des pro noyaux Dans le cytoplasme de l’ovocyte : - Réarrangement du cytosquelette, recrutement des ARNm maternels - Reconstitution d’une membrane nucléaire autour du matériel génétique du spz et de l’ovo- cyte pour former les pronoyaux - Réplication de l’ADN dans chacun des pronoyaux - Rapprochement des deux pronoyaux en cours d’individualisation P M 8) Amphimixie M C’est la mise en commun des patrimoines génétiques féminin et masculin. Début du développement embryonnaire : - Disparition des membranes des pronoyaux - Formation des microtubules du fuseau mitotique à partir du central proximal dupli- qué - Disposition des chromosomes masculin et féminin sur la plaque équatoriale - Achèvement du clivage de première division de l’embryon 22 à 26h après la fécondation : initiation de la segmentation P Page 14 sur 16 IV Conséquences de la fécondation Il y a un rétablissement du nombre diploïde de chromosomes grâce à l’amphimixie => Brassage des caractères héréditaires de l’espèce => Détermination du sexe génétique : mâle hétérogamétique 23, Y ou 23 X, femelle homo- gamétique 23, X => Déclenchement du développement embryonnaire => Formation d’un nouveau génome modulé par les phénomènes épigénétiques => Empreinte parentale ou génomique, il peut y avoir une différence d’expression des gé- nomes : équivalente bi-allélique ou expression d’un seul allèle = mono allélique (soumis à l’empreinte) P M V anomalies de la fécondation M La fécondation est impossible si les gamètes ne peuvent pas se rencontrer : - À cause de leur absence (production insuffisante ou nulle de spz, ménopause précoce) - Si présence d’obstacle dans les voies génitales - Si destruction au cours de leur trajet La fécondation est impossible ou perturbée si les gamètes présentent des anomalies de diffé- renciation ou de maturation. Après l’entrée du spz dans la granulosa tous les stades sont susceptibles d’être bloqués ou de se passer de manière anormale les causes peuvent rapportés à l’ovocyte ou au spz, si les étapes ne se mettent pas en oeuvre il n’y aura pas de fécondation. Si la réaction corticale se déroule trop lentement, d’autres spz peuvent pénétrer les barrières P de l’ovocyte et aboutir à une polyspermie. Il peut aussi avoir des ovocytes immatures qui ne pourront pas aboutir à une grossesse. Page 15 sur 16 D’une manière générale, les anomalies chromosomiques et la polyspermie n’empêchent pas le déroulement de la fécondation mais sont à l’origine de perturbations ultérieures. Anomalie par excès de génome : anomalies rares, se produisant au moment de la fécondation : triploïdie ou tétraploïdie. Triploïdie : - Soit l’ovocyte n’expulse pas le 2e GP - Soit 2 spz pénètrent dans l’ovocyte - Soit 1 spz pénètre dans l’ovocyte mais il est diploïde (triploïdie par diandrie, origine pater- nelle) - Caryotype à 69 chromosomes (durée de vie d’un enfant de quelques semaines) Tétraploïdie : - Caryotype à 92 chromosomes - Observable dans les produits de fausse couche spontanée P M M P Page 16 sur 16