Fécondation La fécondation représente la fusion de 2 gamètes haploïdes, ce qui aboutit à la formation d’une cellule diploïde totipotente appelée zygote, ou œuf fécondé. Une cellule totipotente est une cellule capable d’exprimer tout le programme génétique qu’elle contient. Des étapes préliminaires sont nécessaires à la préparation de la fécondation. Ainsi, les spermatozoïdes doivent transiter dans les voies génitales femme et subit des transformations qui les rendent aptes à reconnaitre et traverser la zone pellucide. • Transit des spz dans les voies génitales femme En traversant l’épididyme, les spermatozoïdes ont acquis la mobilité, mais ont perdu leur pouvoir fécondant lors de la décapacitation. Au cours du transit dans les voies génitales femme, les spermatozoïdes sont re-capacités et donc rendu capables de féconder l’ovocyte. Au cours de leur ascension vers les trompes, les spermatozoïdes rencontrent un certain nombre de barrière biologiques, les unes facilitant, les autres entravant leur progression, ce qui permet de réguler le nombre de spermatozoïdes présents dans la trompe utérine. Sur 60M de spermatozoïdes déposés dans le vagin, 100 à 200 seulement seront présent dans le lieu de fécondation. • Le franchissement du canal cervical Durant leur transit, de nombreux spermatozoïdes sont retenus dans les cryptes glandulaires. Trois facteurs sont impliqués pour le passage : • La mobilité des spermatozoïdes • La structure et la composition du mucus ou glaire cervical • Activité musculaire du vagin et de l’utérus Le mucus cervical est la première barrière biologique régulatrice que rencontrent les spermatozoïdes. Au moment de l’ovulation, le mucus cervical est abondant et fluide, ce qui favorise le passage de quelques millions de spermatozoïdes dans le canal cervical. Les spermatozoïdes non-sélectionnés par le mucus cervical sont détruits par le pH acide du vagin. • Traversée de la cavité utérine et des trompes Au moment de l’ovulation, le péristaltisme (ou contraction rapide de la tunique musculaire de l’utérus) assure le transport rapide des spermatozoïdes vers l’isthme tubaire, du côté du follicule dominant. Le péristaltisme utérin est sous le contrôle de l’œstradiol sécrété par le follicule dominant et aussi sous le contrôle de l’ocytocine. Jonction utéro-tubaire Trompe Cavité génitale Canal cervical Cavité utérine Isthme Frange tubulaire Ampoule De quelques millions on passe a quelques milliers qui iront jusqu’aux trompes. En effet, les glandes utérines forment la seconde barrière sélective à leur ascension des spermatozoïdes. Un grand nombre de spermatozoïdes restent captifs dans les glandes utérines, ils constituent une réserve de spermatozoïdes ce qui permet d’entretenir un flux constant de spermatozoïdes au niveau des trompes. Dans les trompes, les spermatozoïdes rencontrent deux nouvelles barrières : la jonction utero-tubaire et les jonctions isthmiques. Grâce à leurs flagelles, les spermatozoïdes remontent le courant qui entraine le liquide tubaire vers l’utérus qui est entretenu par les battements des cils de l’épithélium tubaire et des contractions musculaires. Seulement quelques centaines de spermatozoïdes parviennent au niveau de l’ampoule (lieu fécond). A ce niveau, les spermatozoïdes entourent rapidement l’ovocyte. • La capacitation des spermatozoïdes Les spermatozoïdes émis lors de l’éjaculation ne sont pas capables de déclencher la réaction acrosomique (donc de traverser la zone pellucide), donc ils sont incapables de franchis la membrane plasmique de l’ovocyte, il ne peut donc pas avoir de fécondation. L’aptitude à féconder l’ovocyte dépend de la capacité des spermatozoïdes à déclencher la réaction acrosomique. Cette capacité est acquise lors du séjour des spermatozoïdes dans les voies génitales femme. La traversé du tractus génital élimine le plasma génital de la surface des spermatozoïdes. Les modifications qui se produisent pendant ce séjour sont désignées par le terme « capacitation ». Fécondation Dans l’espère humaine, la capacitation dure environ 5h. Elle se manifeste par des modifications important de la membrane plasmiques des spermatozoïdes ce qui entraine une désorganisation de la double couche lipidique de la membrane plasmique, et donc une perte des molécules de décapacitation incorporées lors de la maturation dans l’épididyme. La membrane plasmique devient hyper polarisée par l’ouverture des canaux calciques voltage-dépendant, ce qui provoque une augmentation de la concentration intracellulaire en Ca2+ et une augmentation du pH intracellulaire. Les modifications membranaires provoquent des changements au niveau de la mobilité des spermatozoïdes, ce qui se traduit par l’augmentation de l’amplitude du battement flagellaire et la modification de la trajectoire ; les spermatozoïdes sont alors dits « hypermobiles » ou « fléchants ». Ils peuvent ainsi remonter les voies génitales femme et atteindre de lieu de fécondation. • La fécondation La rencontre des gamètes se produit dans le tiers externe de l’une des deux trompes. La fécondation représente la fusion d’un spermatozoïde et d’un ovocyte II. L’ovocyte bloqué en métaphase de seconde division de méiose est entouré par la zone pellucide et le cumulus oophorus. Pour fusionner avec l’ovocyte, le spermatozoïde doit traverser le cumulus oophorus, la corona radiata et reconnaitre la zone pellucide, s’y fixer, la traverser (il se retrouve dans l’espace péri-vitellin) et enfin traverser la membrane plasmique de l’ovocyte. • Traversée des cellules de la granulosa Grâce à une hyaluronidase liée à la membrane plasmique des spermatozoïdes, les cellules de la granulosa sont dissociées et traversées par quelques spermatozoïdes hypermobiles. • La liaison à la zone pellucide La zone pellucide (formée d’un réseau de 3 glycoprotéines sulfatées élaborées par l’ovocyte et les cellules péri-ovocytaires de la corona radiata) facilite la migration tubaire de l’ovocyte en évitant l’implantation dans les trompes. Elle sert aussi de barrière d’espèce, car elle interdit les fécondations croisées et elle permet au sein d’une même espèce, la liaison d’un spermatozoïde via ZP3. En effet, la partie antérieure de la membrane plasmique des spermatozoïdes (qui recouvre l’acrosome) contient des récepteurs à ZP3. La liaison ZP3-spermatozoïde est réversible. La reconnaissance de ZP3 par le spermatozoïde déclenche la réaction acrosomique. La progestérone sécrétée par les cellules de la corona radiata représente un important cofacteur pour le déclenchement de la réaction acrosomique. La réaction acrosomique se traduit par la fusion de la membrane plasmique du spermatozoïde et de la membrane externe de l’acrosome en de multiples zones. Aux zones de fusion, les membranes se résorbent. Les résidus des membranes sont éliminés sous forme de vésicules membranaires. La résorption des membranes expose la membrane interne de l’acrosome au contact de la zone pellucide. Fusion des membranes Noyau Membrane plasmique Membrane externe de l’acrosome Vésicules membranaires Libération d’enzymes protéolytiques : Acrosine, hyaluronidase Ligands à ZP2 Membrane interne de l’acrosome Le contenu de l’acrosome est éliminé par exocytose. Cette exocytose s’accompagne de mouvements de calcium et de potassium, d’une élévation du pH intracellulaire, d’un morcellement de la gaine mitochondriale et d’un dégagement de chaleur. A la fin de la réaction acrosomique, la membrane interne de l’acrosome est directement exposée au milieu extérieur à la place de la partie antérieure de la membrane plasmique de la tête du spermatozoïde. Des molécules portées par la membrane interne de l’acrosome servent alors de ligands à ZP2. La liaison à ZP2 est irréversible. Les enzymes protéolytiques libérées de l’acrosomes (comme l’acrosine et un hyaluronidase) assurent une digestion partielle de la zone pellucide et permettent aux spermatozoïdes de la traverser. • L’entrée du spermatozoïde dans l’ovocyte Le premier spermatozoïde qui a traversé la zone pellucide pénètre dans l’espace péri-vitellin et fusionne aussitôt avec l’ovocyte. Le spermatozoïde s’immobilise en position tangentielle au contact de la membrane plasmique de l’ovocyte et par la membrane plasmique de la région équatoriale de la tête du spermatozoïde, il fusionne avec la membrane plasmique de l’ovocyte. La fusion des membranes plasmiques se fait grâce à la liaison entre des molécules de la membrane plasmique de la tête du spermatozoïde et des récepteurs de la membrane plasmique ovocytaire. Une fois la fusion des membranes plasmiques achevées, le spermatozoïde entre dans le cytoplasme de l’ovocyte. L’entrée du spermatozoïde dans l’ovocyte entraine une augmentation de la concentration du calcium intraovocytaire ce qui a 2 conséquences majeures : • Le déclenchement de la réaction corticale • L’activation de l’ovocyte • La réaction corticale Des enzymes lysosomiales libérées par les granules corticaux de l’ovocyte restructurent les glycoprotéines sulfatées de la zone pellucide. Ainsi, ZP3 est modifié, elle devient inapte à fixer sur de nouveaux spermatozoïdes, ZP2 est clivée et ZP1 dégradée. Cette restructuration des glycoprotéines évite la polyspermie. • L’activation du zygote Au moment de la fécondation, l’ovocyte est bloqué en métaphase de seconde division de méiose. Cet arrêt est sous la dépendance du MPF et du CSF. Le CSF stabilise le MPF. Or, le CSF est sensible au taux de Ca2+ intraovocytaire. Ainsi, l’augmentation du taux de calcium dans le cytoplasme de l’ovocyte (qui est une conséquence de l’entrée du spermatozoïde dans l’ovocyte) se traduit par une inhibition du CSF, la dégradation du MPF et la reprise de la méiose. L’achèvement de la méiose II aboutit à la formation de 2 cellules filles de tailles différentes : • La première est l’ovule, elle contient la quasi-totalité du cytoplasme de l’ovocyte 2 • La seconde appelée GP2 reçoit une petite quantité de cytoplasme. Ainsi, l’ovule et GP2 sont deux cellules qui contiennent 23 chromosomes à une chromatine sœur. Dans le cytoplasme de l’ovocyte, la tête du spermatozoïde se détache du corps du spermatozoïde, la membrane nucléaire du spermatozoïde se fragmente. Cette fragmentation est suivit de la décondensation de la chromatine spermatique. Les protamines (qui remplaçaient les histones dans le spermatozoïde) sont libérées et remplacées par des histones élaborées par l’ovocyte. Cette décondensation est induire par des facteurs cytoplasmiques ovocytaires. Une enveloppe nucléaire se reconstitue autour de la chromatine masculine et de la chromatine féminine. Ceci forme les pro-noyaux ou pronucléi mâle et femelles. Chaque pronucléus migre de sa position sous corticale vers le centre du cytoplasme de façon à devenir adjacent à son partenaire. Pendant ce temps, chaque lot haploïde de chromosomes synthétise de l’ADN. Les membranes qui entourent les chromosomes dupliqués sont fragmentées, le fuseau mitotique se constitue. Il se met en place à partir du centriole proximal du spermatozoïde. En effet, il se duplique et le fuseau se met en place. Fuseau mitotique Zone pellucide Syngamie Pronucléus femelle Cytoplasme ovocytaire Pronucléus mâle Les membranes des pro-noyaux se fragmentent. Les chromosomes dupliqués de chacun des lots paternels et maternels se disposent en plaque équatoriale. La métaphase de première division de segmentation de l’œuf peut se produire. La réunion sur la plaque équatoriale des chromosomes paternels et maternels s’appelle la syngamie. • Les conséquences de la fécondation • Reconstitution du nombre diploïde de chromosomes, appelé amphimixie • Formation d’un nouveau génome différent de celui du père et de la mère • • Il est modulé par les phénomènes épigénétiques comme l’empreinte génomique et l’inactivation de l’X. Etablissement du sexe génétique du zygote • Déterminé par la nature du chromosome sexuel (X ou Y) apporté par le spermatozoïde. • L’empreinte génomique Appelée aussi empreinte parentale, elle correspond à l’expression différentielle des génomes paternels et maternels. En effet, tout au long du développement prénatal et après la naissance, une partie du matériel génétique réunit par la fécondation conserve la mémoire de son origine maternelle ou paternelle et s’exprime d’une façon sélective. Classiquement, les gènes représentent une copie (appelée allèle) maternelle et une copie paternelle et ont une expression équivalente ou bi-allélique. L’empreinte parentale module cette expression des gènes. Ainsi, les gènes soumis à l’empreinte se caractérisent par l’expression d’un seul allèle, on parle d’expression monoallélique selon l’origine maternelle ou paternelle de l’allèle. L’empreinte parentale persiste tout au long de la vie et est effacée pendant la gamétogenèse et se rétablie pendant la fécondation. • L’inactivation du chromosome X Chez les individus de sexe féminin, l’inactivation de l’un des deux chromosomes X est un mécanisme de régulation coordonné qui survient au cours de la 2ème semaine de développement et qui assure entre les deux sexes une équivalence quantitative des gènes. La quasi-totalité des gènes d’un des 2 chromosomes X est réprimée. L’inactivation se transmet de façon clonale. L’inactivation de l’X est initiée par le centre d’inactivation localisé en Xq13 (bande 3 région 1 bras long du chromosome X). Ce centre d’inactivation contient le gène Xist, qui est exprimé uniquement par l’X inactif. L’inactivation de l’X est stable pour une cellule somatique donnée, c'est à dire que la lignée cellulaire issue d’une cellule inactive le même X que celui de la cellule mère. Dans les cellules somatiques, quelle que soit le nombre de chromosomes X présents, un seul reste actif. Le ou les chromosomes X inactivés se condensent et sont visibles dans le noyau interphasique sous la forme d’un petit amas d’hétérochromatine situé contre l’enveloppe nucléaire appelée le corpuscule de Barr (qui est visible en m.o). L’inactivation de X est aléatoire dans les cellules embryonnaires, elle s’effectue au hasard, elle touche indifféremment X d’origine paternelle ou paternelle, alors que dans les cellules extra embryonnaires (comme dans le placenta), l’inactivation est soumise à l’empreinte et elle touche préférentiellement l’X paternel. La réactivation de l’X survient dans les cellules germinales au moment de la gamétogenèse. • L’expression du génome zygotique La réserve d’ARNm est de protéines constitués au cours de l’ovogenèse sont appelés transcrits maternels. Le zygote dispose de tout l’appareil de traduction des ARNm pour synthétiser les protéines. Néanmoins, l’activité de transcription du génome zygotique débute véritablement qu’près la dégradation des transcrits maternels. Le passage au contrôle zygotique de la transcription du nouveau génome se fait après l’épuisement d’un transcrit maternel qui code pour une protéine indispensable à l’initiation d’une phase du cycle cellulaire. • Généralité sur la durée de la grossesse • La durée d’une grossesse La grossesse a une durée moyenne de 280 jours à +/- 12 jours. Comme la date de l’ovulation n’est pas fixe, la grossesse se compte en semaines d’aménorrhée pour les obstétriciens et les échographistes et en semaines de développement pour les embryologistes. Un décalage de 12 jours, soit 2 semaines existe entre ces 2 modes de comptages. • Le calendrier échographique La législation française prévoit 7 examens obligatoires dont 3 échographies : • Première échographie : réalisée entre la 11ème et la 12ème semaine d’aménorrhée, elle permet de savoir si la grossesse et mono/multi embryonnaire, de dater la grossesse à 3 jours près, de visualiser le mouvement de l’embryon et l’activité cardiaque, de mesurer la clarté nucale (élément du dépistage précoce de la trisomie 21). Le risque est proportionnel à l’épaisseur de la clarté nucale ; l’épaisseur est un indice d’anomalie chromosomique à confronter aux antécédents maternels et il conduit à proposer des examens complémentaires comme la recherche de marqueurs sériques maternels et/ou la réalisation d’un caryotype de cellules fœtales. • Seconde échographie : elle doit être faite vers la 22ème semaine d’aménorrhée. Elle apporte des renseignements sur la croissance et la morphologie feotale. A ce stade sont recherchées des malformations cardiaques, encéphaliques, génitales urinaires, ainsi que des membres ou de la face. La croissance du fœtus et l’appréciation précise de l’âge gestationnel sont évalués par la mesure du diamètre céphalique et de la longueur de certains os. Cette échographie permet aussi de déterminer le sexe du fœtus. • Troisième échographie : elle a lieu à la 32ème semaine d’aménorrhée ; elle informe sur la croissance et la vitalité feotale, le volume du liquide amniotique et la position du placenta.
