PASS 2024-2025 UE6 Embryologie - Fécondation PDF

PASS 2024-2025 COURS UE6 Embryologie Thèmes : Fécondation Table des matières I. Introduction................................................................

PASS 2024-2025 COURS UE6 Embryologie Thèmes : Fécondation Table des matières I. Introduction...............................................................................................................................................2 1. Définition..................................................................................................................................................2 2. Fenêtre de fécondabilité............................................................................................................................2 II. Évènement précédant la fécondation........................................................................................................3 1. Au niveau des spermatozoïdes (spz).........................................................................................................3 2. Au niveau de l’ovocyte.............................................................................................................................6 III. Phénomènes cellulaires de la fécondation.............................................................................................7 1. Traversée du cumulus oophorus...............................................................................................................7 2. Fixation à la ZP.........................................................................................................................................8 3. Réaction acrosomique...............................................................................................................................8 4. Traversée de la ZP..................................................................................................................................10 5. Fusion et entrée du spz dans l’ovocyte...................................................................................................10 6. Activation ovocytaire..............................................................................................................................11 7. Formation des pro noyaux......................................................................................................................13 8. Amphimixie............................................................................................................................................13 IV. Conséquences de la fécondation.........................................................................................................13 V. Anomalies de la fécondation...................................................................................................................14 La fécondation, les notions sont issues de données animales donc certaines informations ont été déduites pour l’homme. Donc dans quelques années il est possible que certaines informations soient différentes. Les * indiquent que les notions sont déjà tombées ces deux dernières années. S’il y a **, cela signifie que la notion est tombée deux fois. Page 1 sur 14  I. Introduction 1. Définition La fécondation est un processus hautement synchronisé, au cours duquel deux celles germinales : les ga- mètes (cellules haploïdes à 23 chromosomes) mâle (spermatozoïde) et féminin (ovocytes) vont fusionner pour donner une cellule unique diploïde (46 chromosomes) le zygote. Le zygote va se développer et aboutir à la création d’un nouvel individu. 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 développera en blastocyste puis en foetus. Étapes clés : - La maturation fonctionnelle du spz qui le rend fécondant : la capacitation. Elle consiste en de nom- breuse modification du spz comme des influx de calcium (indispensable à la capacitation), des phospho- rylations de protéines, des modifications de la mobilité du spz et membranaire au niveau des lipides des membranes. Cela va permettre à la membrane plasmique 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 - Activation du métabolisme de l’ovocyte 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 féconda- tion ) 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 Page 2 sur 14  II. Évènement précédant la fécondation 1. Au niveau des spermatozoïdes (spz) Les spz vont être déposés au fond du vagin, et vont devoir traverser la glaire ou le mucus cervical (situé au niveau du col utérin). Ils vont remonter l’utérus puis les trompes et ensuite atteindre 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. 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, no- tamment la progestérone importante pour l’attraction des spz. Dans cette voie génitale féminin, les spz vont poursuivre leur maturation qui nécessite un séjour de plu- sieurs heures dans les tractus génitale féminin, ces modifications regroupent : la capacitation, l’hypermobi- lité et la réaction acrosomique qui rendent aptes à la fécondation. Au niveau du vagin : - Dépôt de 200 à 300 millions de spz (déposition très bonne mais en réalité tous les hommes n’ont pas au- tant 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. 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. ** => Préalable indispensable à 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 importante de spz) Page 3 sur 14 La traversée des trompes : - Influencée par le flux liquidien favorisée par les battements des cils de l’épithélium tubaire - Les spz s’orientent à contre-courant puis une dizaine arrive à l’ampoule tubaire qui est le lieu de fécon- dation. Capacitation des spz Ensembles de modification structurales et fonctionnelles qui permettent de démasquer le pouvoir fécondant des spz (hyperactivité et capacité de subir la réaction acrosomique) ayant lieu après l’éjaculation. 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’épidi- dyme) - Le spz éjaculé n’est pas fécondant - Il doit subir des maturations post-testiculaires dans le tractus génital féminin : la capacitation Modification de la composition biochimique de la membrane plasmique et de la mobilité des spz La capacitation : - 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 - Intervention de facteurs capacitant sécrétés par les voies génitales féminines qui permettent l’élimination des facteurs décapacitant inhibiteurs contenus dans le plasma séminal ou fixés sur le spz - Permet le démasquage du pouvoir fécondant Page 4 sur 14 Capacitation Modification de la membrane plasmique : - Enlèvement et redistribution protéique - Retrait des protéines superficielles stabilisant la membrane sous le contrôle de glycosaminoglycanes (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 sphyngoli- pides 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 flippase 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 sphyngolipides de l’interne vers l’externe. Au cours de la capacitation : - Entrée massive de calcium et bicarbonate => cascade enzymatique => stimule Protéine kinase => sti- mule 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 génitales fémi- nines) * => augmentation de la fluidité membranaire Page 5 sur 14 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’acrosome : préalable à la réaction acrosomique - Externalisation de récepteurs qui interviendront lors de la fixation du spz à la ZP de l’ovocyte - 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 à des procédés de phrophorylation : mouvements méandriformes ou curvilé- niare => 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. Activation de la calmoduline kinase A permettant la phosphorylation de la dynéine 2. Au niveau de l’ovocyte L’ovocyte a déjà subi ses modifications au cours de l’ovulation. Il a repris sa méiose, est bloqué en méta- phase II. Il va y avoir une contraction des cellules myofibroblastiques de la tchèque externe pour l’expulsion de l’ovocyte de l’ovaire. L’ovocyte est entouré des cellules folliculaires, il va avancer jusqu’à l’ampoule grâce au péristaltisme tu- baire et aux battement ciliaires. Page 6 sur 14 III. Phénomènes cellulaires de la fécondation Pour pénétrer à l’intérieur de l’ovocyte, le spz doit traverser : - Les cellules de la granule : cumulus oophorus et corona radiata - La zone pellucide - La membrane plasmique de l’ovocyte 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 hya- luronique), le spz va utiliser la protéine PH 20 (protéine présente à la surface du spz) qui a une activité hyaluronidase pour séparer les cellules folliculaire * 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 Page 7 sur 14  2. Fixation à la ZP Elle se fait grâce au récepteur sur la membrane du spz, chez la souris on va avoir la galactosyltransférase, 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 permettre d’indure la réaction acrosomique En deuxième temps la liaison secondaire avec ZP2 qui est irréversible. * 3. Réaction acrosomique Elle est induite par la liaison primaire ZP3 et ZP4 chez l’homme qui est réversible, l’induction 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 respon- sable de la réaction acrosomique. La réaction est liée l’activation de la protéine synaptotagmine, protéine membranaire sensible 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 anté- rieur du noyau du spz sous la membrane plasmique. Le contenu enzymatique (proacrosine et hyaluronidase) est libéré par un mécanisme d’exocytose qui com- prend la fusion ponctuelle et la vésiculation des membrane plasmique et acrosomale externe et l’extériori- sation de la membrane interne de l’acrosome. Page 8 sur 14  * Une fois la réaction faite, la tête du spz sera recouverte de la membrane interne de l’acrosome. L’acrosine est une enzyme avec une activité protéase qui va couper les protéines, il y a aussi d’autres pro- téines comme les métalloprotéases et le protéasome du spz. L’exocytose va être accompagné d’une augmentation de calcium, augmentation du pH, morcellement de la gaine mitochondriale, et d’un dégagement de chaleur. * Différentes voies de signalisation vont être activées : tyrosine kinase récepteur, protéine g, canaux io- niques, et canaux voltage dépendant Seules les spz capacités peuvent faire la réaction acrosomique. La fixation de ZP3 à des récepteurs de type tyrosine kinase va être responsable de l’activation des voies de signalisation => 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 le diacyl gly- cérol qui permettront l’entrée de calcium. => production de lipides fusiogènes par la phospholipase A2 qui vont permettre de réaliser la réaction acro- somique Page 9 sur 14  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 une diminution de la résistance de la ZP à sa traversée par le spz qui pénètre grâce à son mouve- ment hyperactif, et se met en position tangentielle. Les enzymes libérés de l’acrosome : - L’acrosine rompt localement les pontages entres les protéines ZP, transforme des protéines qui assurent la fusion de membrane plasmique des deux gamètes en protéine fusiogènes actives - La hyaluronidase qui dissolue l’acide hyaluronique qui remplit 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 spécifique sur le plan moléculaire mis sans spécificité d’espèce. Des liaisons entre les molécules de la membrane plasmique de la tête du spz (intacte en région équatoriale) et des récepteurs membranaires de l’ovocyte. 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) Fertiline beta (adam 2) chez l’homme Adhésion izumo (spz) à juno (ovocyte) * Izumo spécifique du testicule : - Exposé à la surface du spz - Protéines transmembranaires de la famille des immuno- globulines Juno : - Membre des récepteurs au folate mais ne fixe pas l’acide folique - Rôle dans le blocage de la polyspermie par disparition de la membrane ovocytaire après la fusion gamétique Page 10 sur 14 L’entrée du spz dans l’ovocyte induit du coté spermatique : * - Tête qui se détache du corps - Membrane nucléaire du spz se fragmente - Décondensaion 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 cellulaires) - Dégradation du flagelle - Dégradation des mitochondries Les mitochondries proviennent uniquement de la mère chez l’enfant, toutes les maladies mitochon- driales ne seront que d’origine maternelle : transmission de mode non mendélien maternel. 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 diphosphate (PIP2) - Libération du diacyl glycérol et inositol tri phosphate IP3 - Liaison IP3 à son canal récepteur - Libération du stock de calcium => adényltate cyclase => activation PKA => cascade de phosphoryla- tion - Activation de l’ovocyte La réaction corticale correspond à l’exocytose d’enzymes lysosomiales relarguées dans l’espace péri vitellin suite à la mobilisation du calcium. Page 11 sur 14 La réaction corticale : - Il y a une modification de ZP3 ZP4 (dégradations des chaines oligosaccharidiques par la bêta hexoa- minidase présent dans les granules corticaux = déglycosilation ) * - ZP2 est clivé par une protéase - ZP1 est dégradée => 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 L’aboutissement de la méiose donne deux cellules filles de tailles inégales, l’ovule va conserver 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. Page 12 sur 14  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’ovocyte pour for- mer les pronoyaux - Réplication de l’ADN dans chacun des pronoyaux - Rapprochement des deux pronoyaux en cours d’individualisation 8. Amphimixie 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 dupliqué - 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 * 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 homogamétique 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 génomes : équiva- lente bi-allélique ou expression d’un seul allèle = mono allélique (soumis à l’empreinte) Page 13 sur 14  V. Anomalies de la fécondation 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 différenciation 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 œuvre il n’y aura pas de fécondation. Si la réaction corticale se déroule trop lentement, d’autres spz peuvent pénétrer les barrières de l’ovocyte et aboutir à une polyspermie. Il peut aussi avoir des ovocytes immatures qui ne pourront pas aboutir à une grossesse. D’une manière générale, les anomalies chromosomiques et la polyspermie n’empêchent pas le dérou- lement 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 paternelle) - 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 Page 14 sur 14