Spermatogénèse 2024 PDF - Faculté de Médecine

Faculté de médecine Cours d’embryologie humaine Département de médecine Responsable pédagogique Première année médecine 2024-2025 Pr.N.BOURENANE LA GAMETOGENE...

Faculté de médecine Cours d’embryologie humaine Département de médecine Responsable pédagogique Première année médecine 2024-2025 Pr.N.BOURENANE LA GAMETOGENESE Introduction La vie d'un organisme se présente comme un cycle, faisant alterner une phase haploïde et une phase diploïde, dont la durée varie selon les espèces. Un cycle vital pour une espèce donnée est l’ensemble de processus qui, assurent la perpétuation de cette espèce de génération en génération. Chez un individu adulte, il existe deux catégories cellulaires, l’une regroupant les cellules diploïdes qui ne subissent pas le phénomène de la méiose et qui constitue l’ensemble des cellules somatiques, et l’autre, formant la lignée germinale, qui subit au cours de sa maturation le phénomène de la réduction chromosomique. Les cellules haploïdes ainsi formées constituent les cellules fonctionnelles (les gamètes) et le processus conduisant à leur formation correspond à la gamétogenèse. On parlera de gamètes mâles (spermatozoïdes) ou femelles (ovule) en fonction de l’équipement en chromosomes sexuels. L'apparition des gonocytes se fait au cours des premières semaines du développement embryonnaire. L'ovogénèse et la spermatogénèse diffèrent beaucoup dans leur chronologie et leur physiologie. Cependant, un point commun fondamental est la méiose, qui permet la maturation chromosomique, le brassage des gènes et l'obtention d'une cellule reproductrice dont le matériel génétique a été réduit de moitié par rapport à la cellule mère. 1- La spermatogénèse Comme son nom l'indique, la spermatogenèse est un processus biologique dont le but est de produire les gamètes mâles, les spermatozoïdes. Ces derniers ne contiennent que 23 chromosomes car ils sont le produit d'une cellule souche sexuelle (la spermatogonie) ayant subi une méiose. Elle commence à la puberté et elle est ininterrompue (continue) jusqu'à un âge avancé (vieillard). Elle a lieu au niveau des tubes séminifères dans les testicules et les spermatozoïdes formés sont ensuite conduits vers l'extérieur par un système de canaux. Les testicules, glandes sexuelles masculines, sont le siège de la spermatogénèse ainsi que de la synthèse de l'hormone mâle, la testostérone. 1-1 Rappels sur l'appareil génital masculin L'appareil génital masculin comporte de chaque côté : – un testicule, coiffé par l'épididyme et logé dans le scrotum ou bourse. – un canal déférent, qui prolonge l'épididyme, – un canal éjaculateur qui fait suite au canal déférent.. Figure 1 : Appareil reproducteur male - Le testicule est un organe ovoïde, il est entouré par l'albuginée, capsule conjonctive fibreuse peu extensible, dont un épaississement au pôle supérieur forme le corps de Highmore (contenant le rete testis). Partant du corps de Highmore de fines cloisons conjonctives délimitent des lobules testiculaires, au nombre de 200 à 300 par testicule. Chaque lobule contient un peloton de tubes séminifères (1 à 4 par lobules). Les tubes séminifères de chaque lobule confluent en un tube droit de 1 mm de longueur. Les tubes droits communiquent avec un réseau de canaux, le rete testis. 2 -L'épididyme coiffe le testicule et présente à partir du pôle supérieur trois parties d'épaisseur décroissante : la tête, le corps et la queue. Il contient deux types de canaux : les cônes efférents, situés dans la tête de l'épididyme et le canal épididymaire. Figure 2 : Structure du testicule Les testicules contiennent les tubes séminifères qui sont le siège exclusif de la spermatogénèse. Entre les tubes séminifères (milieu interstitiel) se trouve un tissu conjonctif qui contient des cellules endocrines, les cellules de Leydig, qui sécrètent la testostérone. Deux types de cellules occupent la paroi des tubes séminifères : de grandes cellules coniques, les cellules de Sertoli et les cellules germinales. Les cellules de Sertoli sont des cellules de forme grossièrement pyramidale et de grande taille, occupant toute l'épaisseur de l'épithélium. Elles sont dotées de multiples prolongements et sont reliées entre elles par des jonctions serrées. Les cellules de la lignée germinale se trouvent dans le compartiment basal, contre la membrane propre, entre les cellules de Sertoli, avec lesquelles elles sont en relation 3 par divers systèmes de jonction. Disposées en assises plus ou moins régulières, elles représentent, de la périphérie vers le centre du tube, les stades successifs de la spermatogenèse: spermatogonies, spermatocytes primaires, spermatocytes secondaires, spermatides et spermatozoïdes. Dans le tissu conjonctif lâche entourant les tubes séminifères, on trouve des îlots de cellules interstitielles, ou cellules de Leydig, disposées en cordons ou isolées autour de capillaires. Elles sont responsables de la sécrétion d'androgènes (Testostérone). Figure 3 :Structure schématique du tube séminifère : 1-2 Phases de la spermatogénèse - Phase de multiplication Elle concerne les spermatogonies, cellules souches diploïdes localisées à la périphérie du tube, contre la membrane propre. Ces cellules subissent une succession de mitoses (maintien du pool de spermatogonies), dont la dernière aboutit à la formation de spermatocytes primaires, également diploïdes (une spermatogonie donne 4 spermatocytes primaires). 4 - Phase de maturation Précédée par une phase d’accroissement et correspond à la méiose et concerne les deux générations de spermatocytes (primaires I ou secondaires II). Un spermatocyte I à 2n chromosomes subit la première division de méiose (mitose réductionnelle) et donne ainsi 2 spermatocytes II à n chromosomes. Chaque spermatocyte II subit la deuxième division de méiose (mitose équationnelle) et donne 2 spermatides à n chromosomes. Un spermatocyte I a donc donné 4 spermatides à la fin de la méiose. - Phase de différenciation appelée aussi spermiogénèse, cette phase ne comporte pas de division mais une différenciation des spermatides en spermatozoïdes (mise en place de processus de formation des structures qui leur confèreront mobilité et capacité de pénétration dans l'ovule. Ce passage est caractérisé par : Une réduction cytoplasmique de la spermatide. Apparition d’un acrosome formé à partir de la condensation des vésicules golgiennes. Formation d’un flagelle à partir des microtubules issus du centriole distal. 5 Figure 4 : Diagramme de la spermatogénèse 6  Figure 5 : Etapes de la spermiogénèse ou différenciation 1-3 Émission des spermatozoïdes Les spermatozoïdes sont produits et formés dans les testicules, puis libérés dans l’épididyme. Ils passent d’abord du rete testis vers la tête de l’épididyme, dans les cônes efférents qui se poursuivent par le canal de l’épididyme. Les gamètes sont modifiés tout au long de leur trajet dans les voies génitales. - Dans l’épididyme, sous l’action des androgènes (en particulier de la testostérone) sécrétés par les cellules de Leydig, les spermatozoïdes acquièrent leur mobilité (les spermatozoïdes produits au niveau des testicules sont très peu mobiles). Dans l’épididyme, les protéines responsables de la fixation à l'ovocyte deviennent fonctionnelles : les spermatozoïdes acquièrent leur aptitude à se fixer sur la zone pellucide de l’ovocyte, étape nécessaire à la fécondation. 7 C’est également dans l’épididyme que les spermatozoïdes sont décapacités, grâce au liquide séminal : les spermatozoïdes perdent alors momentanément leur possibilité de fusion avec les autres membranes. En résumé, une maturation fonctionnelle des spermatozoïdes est assurée lors de leur passage dans l’épididyme. Cette étape est caractérisée par : - l'acquisition de la mobilité - la répression du pouvoir fécondant - la mise en place des molécules de reconnaissance de la zone pellucide Fig. 6 : Le spermatozoïde : schéma explicatif 8 Morphologie du spermatozoïde: Le spermatozoïde est une cellule très allongée composée de 3 parties visibles au microscope optique : la tête, le flagelle, et le col, portion étroite réunissant le flagelle à la tête. 1) La tête : elle est grossièrement ovoïde, mais légèrement aplatie. Elle est constituée d'un noyau et d'un acrosome, enveloppés par une mince couche hyaloplasmique et par la membrane plasmique. Le noyau occupe la majeure partie de la tête. 2) L'acrosome est une vésicule aplatie, recouvrant les 2/3 supérieurs du noyau. La texture de l'acrosome est finement granuleuse et uniforme. Il contient de nombreuses enzymes hydrolytiques : les hyaluronidases, phosphatase acide, protéinases neutres (acrosine) et acides, CPE ou Corona Penetrating Enzyme, etc. Ces enzymes interviendront dans la traversée des enveloppes de l'ovocyte. La membrane plasmique est classique et sans particularité morphologique. 3) La pièce intermédiaire plus étroite avec le centriole qui donne naissance au flagelle et des mitochondries disposées en hélice autour du flagelle et formant une gaine et fournissant l'énergie nécessaire aux mouvements du flagelle. 4) Le flagelle : à partir du col, on distingue sur sa longueur 3 parties de diamètres décroissants : la pièce intermédiaire, la pièce principale et la pièce terminale. 2- Anomalies testiculaires Les testicules cryptorchides ou ectopiques Le cryptorchidisme est l'une des anomalies les plus fréquentes à la naissance chez les jeunes garçons (elle en touche presque 5 % à la naissance en Europe), et 30 % des nourrissons mâles prématurés ont au moins un testicule non descendu. Il est souvent associé à des problèmes physiques de différenciation sexuelle, de malformations rénales et urétrales, de dysplasies Les testicules ou gonades mâles forment normalement deux types de produits : *les spermatozoïdes ou gamètes mâles au sein des tubes séminifères. *l'hormone sexuelle mâle "testostérone" par les cellules situées entre les tubes nommés pour cette raison cellules interstitielles. Mais une bonne spermatogénèse au sein des tubes exige une légère réfrigération, c'est ce qui se produit avec la migration des testicules dans le scrotum ou bourses. 9 En cas de non migration, les testicules qui restent cachés dans l'abdomen (d'où leur appellation de cryptorchides) ne produisent pas de spermatozoïdes alors que la production de testostérone par les cellules interstitielles (de leydig) est maintenue. Les coupes histologiques (figure ci-dessous) de ces testicules ectopiques sont presque vides de tout gamète ce qui induit donc la stérilité mais avec maintien des caractères sexuels secondaires mâles. Figure7 : Anomalie testiculaire (testicule cryptorchide) 3. Contrôle neuro-endocrinien Le "chef d'orchestre" de la fonction testiculaire est la GnRH (Gonadotrophin Releasing Hormone). C'est grâce à la production pulsatile de cette hormone par des neurones de l'hypothalamus (production très augmentée à la période pubertaire) que s'installe la fonction testiculaire. En effet, la GnRH provoque la sécrétion hypophysaire de deux hormones, la FSH et la LH. Au niveau du testicule, ces hormones ont les actions suivantes : la FSH permet le développement des cellules de Sertoli et la spermatogenèse. La FSH se fixe sur des récepteurs membranaires des cellules de Sertoli et joue un triple rôle : - elle active la spermatogenèse 10 - elle stimule la formation d'ABP (Androgen Binding Proteine); - enfin, elle provoque la sécrétion d'inhibine, hormone exerçant un rétrocontrôle négatif sur la sécrétion de FSH, soit sur les neurones hypothalamiques en diminuant la sécrétion de la GnRH, soit directement sur les cellules gonadotropes hypophysaires. la LH assure la multiplication des cellules de Leydig et la sécrétion de testostérone (fonction endocrine du testicule) : - la majeure partie de la testostérone pénètre dans le cytoplasme où elle se lie à l'ABP pour conditionner le développement de l'épithélium séminal et le bon fonctionnement des voies génitales (liquide séminal); - la testostérone libre passe dans le sang et exerce deux actions : une action positive sur le tractus génital et les glandes annexes et une rétro-action négative sur la sécrétion de LH, soit indirectement sur les neurones hypothalamiques, soit directement sur les cellules gonadotropes hypophysaires. Figure 8 : Régulation de la spermatogénèse 11 4- Anomalies des spermatozoïdes Les anomalies des spermatozoïdes sont la cause la plus commune de l'infertilité masculine. Bien que produits en nombre suffisant, des spermatozoïdes peuvent être immatures, présenter des formes anormales ou être incapables de se déplacer correctement, caractéristiques qui les priveront de leur capacité de féconder un ovocyte. Des spermatozoïdes normaux peuvent également être produits en nombre anormalement faible, d'où une diminution des chances de fécondation. L’oligo-asthéno-tératospermie (OATS) désigne un ensemble d’anomalies détectées dans le sperme de l’homme. Les spermatozoïdes y sont à la fois très peu nombreux pour féconder un ovocyte (l’oligospermie), trop peu mobiles pour rejoindre l’ovocyte (l’asthénospermie) et présentent des anomalies de formes (la tératospermie). L’OATS est bien souvent à l’origine d’une infertilité masculine. Les causes qui expliquent la survenue d’une OATS sont très nombreuses : -Infections génitales anciennes ou récentes - la présence d’une varicocèle , le tabagisme et la toxicomanie ,l’obésité, une trop forte exposition à la chaleur (notamment dans certaines professions), des radiations, la prise de certains médicaments, le stress… 5- Les facteurs influençant la spermatogenèse De nombreux facteurs sont néfastes pour la spermatogenèse des maladies infectieuses, inflammatoires, virales comme le virus des oreillons, peuvent conduire à une infection des organes génitaux ou entraîner une atrophie des testicules. Environ 25% des hommes ayant contracté les oreillons après leur puberté deviennent infertiles. des troubles endocriniens - ou hormonaux ne représentent qu'un faible taux (environ 2%-5%) des cas d'infertilité masculine. Une production insuffisante des hormones contrôlant la sécrétion de testostérone et la production de spermatozoïdes (FSH –LH) 12  des problèmes immunitaires - certains hommes produisent des anticorps dirigés contre leurs propres spermatozoïdes conduisant à une mobilité insuffisante ou à des agglutinations. Des facteurs liés à l'environnement et au mode de vie comme une exposition à des radiations et certains traitements anticancéreux (soit temporairement, soit définitivement). Les anomalies anatomiques obstruant les voies génitales peuvent conduire à l'infertilité, lorsqu'elles bloquent partiellement ou totalement l'écoulement du liquide séminal. Certaines de ces anomalies sont d'origine congénitale ou génétique, d'autres peuvent apparaître à la suite d'une infection ou d'une inflammation des voies urogénitales. Conclusion Du point de vue de l'équipement chromosomique, il y a 2 sortes de spermatozoïdes. En effet la méiose séparant les 2 éléments de la paire XY fournit en nombre égal des spermatozoïdes à 22 autosomes + X et d'autres à 22 autosomes + Y. Ils ne sont pas distinguables morphologiquement les uns des autres, mais il existe des moyens de les séparer in vitro. le spermatozoïde est une cellule très simplifiée et en même temps spécialisée, parfaitement adaptée à sa fonction, car pourvue des seuls constituants indispensables:- un noyau, avec un génome haploïde très compacté, ce qui facilite son transport et assure sa protection contre les génotoxiques;- un acrosome, pourvu d'un équipement enzymatique permettant la traversée des enveloppes de l'ovocyte; - un appareil flagellaire assurant son déplacement vers le gamète féminin, qui est immobile;- un équipement mitochondrial fournissant l'énergie nécessaire aux mouvements flagellaires;- des protéines membranaires et cytoplasmiques permettant la fécondation. Temporairement cependant le spermatozoïde éjaculé est incapable de féconder, car il est décapacité, et pour devenir fécondant il devra ultérieurement être capacité dans le tractus génital féminin. 13