Bio Dev Cours 3

3. La spermatogenèse :
Le testicule assure deux fonctions :
o La production de cellules sexuelles mâles : c’est la spermatogenèse.
o La production d’hormones stéroïdes mâles : c’est la stéroïdogenèse. L’hormone la plus
importante est la testostérone.
Cf schéma p3
Ces deux fonctions sont associées à une compartimentation fonctionnelle du testicule. Il y a
tout d’abord les tubes séminifères, dans ces tubes a lieu la spermatogenèse. Ces tubes sont
disséminés dans un tissu interstitiel dans lequel sont localisé les cellules de Leidig responsables
de la production de testostérone.
Le testicule est composé de différents lobules. Au sein de ces lobules, on distingue les tubes
séminifères. Ces tubes se rejoignent/s’anastomosent au niveau d’un réseau, le Rete testis. Ce
réseau va déboucher dans l’épididyme.
L’épididyme est composé de tubes contournés qui vont s’étendre sur toute la longueur du
testicule. L’épididyme est composé de différente région : la tête, le corps et la queue. Il a un
rôle majeur dans le stockage mais surtout dans la maturation des spermatozoïdes. La maturation
des spermatozoïdes a lieu dans l’épididyme car lorsqu’ils sortent du testicule, ils ne sont pas
fécondants. Ils vont subir des remaniements membranaires caractérisés par des modifications
de lipides membranaires et résidus glucidiques. Ces remaniements vont faire apparaître un
système de reconnaissance qui va permettre de reconnaître l’ovocyte et plus particulièrement la
zone pellucide de l’ovocyte. Il y a également la réorganisation des différents organites, celles-ci
ont pour but de mettre à jour des récepteurs pour reconnaître l’ovocyte.
Il y a la fabrication d’un système de protection qui va recouvrir ces récepteurs afin de les
protéger durant tout le transit dans les voies génitales mâles et femelles.
Après être dans l’épididyme, les spermatozoïdes vont se retrouver dans le canal déférent.
Au sein des tubes séminifères, il y a la présence de différents types cellulaires qui peuvent être
très différents les unes des autres. La majeure partie de ces types cellulaires correspond à des
cellules qui sont à différents degrés de représentation de la spermatogenèse.
Au sein de ces tubes il y a donc des cellules somatiques et des cellules germinales.
On trouve des cellules somatiques très allongées ce sont des cellules péritubulaires ou cellules
myoïdes. Ces cellules entourent le tube séminifère, elles ont un caractère de cellules
musculaires (myoïdes). Ce caractère permet d’évacuer le fluide testiculaire et les
spermatozoïdes dans la lumière du tube séminifère.
A l’intérieur, on trouve les cellules de Sertoli, ce sont de grosses cellules avec un noyau pas
arrondi. Ces cellules envoient des prolongements cytoplasmiques qui entourent les cellules
germinales dans le tube séminifère. Les cellules de Sertoli ont un rôle majeur dans la
spermatogenèse : un rôle de soutien architectural, un rôle nourricier et un rôle différentiateur.
Il y a également différents types de cellules germinales. Plus les cellules germinales sont près
du pôle basal (au niveau des cellules myoïdes), moins ces cellules sont différenciées. Plus on se
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trouve à l’intérieur du tube séminifère, plus elles sont différenciées. Ces différents types de
cellules germinales sont :
o Les spermatogonies de type A.
o Les spermatogonies de type B, qui sont déjà différenciées.
o Les spermatocytes à des degrés différents des étapes de méiose.
o Les spermatides, près de la lumière du tube séminifère, qui donneront les
spermatozoïdes.
1. Les différentes étapes de la spermatogenèse :
Cf schéma p3
La spermatogenèse est l’ensemble des processus qui aboutissent à la formation des
spermatozoïdes.
a) La phase de multiplication :
Cette phase correspond aux divisions goniales. Lors de cette étape, les spermatogonies A ont
deux voies possibles. Soit elles donnent de nouvelles spermatogonies A, soit elles rentrent en
différenciation pour donner des spermatogonies de type A, qui donneront par la suite les autres
types cellulaires. Cette étape à un double but : le 1er est de conserver le capital des cellules
souches en réserve, le 2nd est de multiplier le nombre de spermatozoïdes formés.
Chez l’homme, il y a environ 200millions de spermatozoïdes produit par jour, soit environ 2500
par secondes.
b) La méiose :
Cf schéma p4
La méiose débute à partir de la puberté, c’est un processus continu. Tout d’abord, les
spermatogonies de type A se différencient pour donner des spermatogonies de type B. on
rentre alors au stade de prophase de 1ère division. A la fin de la première division, on obtient des
spermatocytes II. On arrive alors en deuxième division au bout duquel on obtient des
spermatides.
NB : on observe les étape de méiose identiques à celles décrites dans le chapitre précédent.
c) La spermiogenèse :
Cf schéma p 4
La spermiogenèse concerne la transformation des spermatides en spermatozoïdes. Cette étape
permet la fabrication de cellules hautement spécialisées. Elle comprend une réorganisation du
noyau, la mise en place et le développement à partir de l’appareil de Golgi d’une structure : la
vésicule acromiale. Cette vésicule va se développée pour donner l’acrosome. Dans l’acrosome, on
trouve un sac rempli d’enzymes qui coiffent le noyau. Ces enzymes sont des enzymes
protéolytiques qui vont intervenir lors du franchissement de la zone pellucide par le
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spermatozoïde, mais également dans l’assemblage des structures du flagelle. Pour cela, un des
deux centrioles va servir à la formation de l’axonème en flagelle.
En parallèle de cette formation, on observe une réorganisation des organites intracellulaires
notamment les mitochondries qui vont venir entourées la base du flagelle pour faire un manchon
mitochondrial. Celui-ci va apporter l’énergie nécessaire au mouvement du flagelle.
La maturation finale du spermatozoïde est entre autre d’acquérir une mobilité.
La dernière étape de la spermiogenèse est l’élimination des fragments cytoplasmiques. Ces
gouttelettes de cytoplasme sont appelées : corps résiduels. (Cellule rondecellule avec
tête+flagelle).
L’étape de spermiation correspond à la libération des spermatozoïdes dans
la lumière du tube.
Les cellules germinales présentent au cours de lors formation un certain nombre de caractère
qui détermine l’aspect histologique des tubes séminifères.
2. Caractéristiques spatio temporelles :
Cf schéma p5
La durée de la spermatogenèse est constante pour une espèce donnée (chez homme : 74 jours,
chez le rat : 48 jours), car chaque étape a une durée constante. L’entrée en spermatogenèse se
fait périodiquement tous les 16 jours chez l’homme.
Ces spermatogonies A entrent en groupe en spermatogenèse et reste reliées entre elles par des
ponts cytoplasmiques qui vont assurer le synchronisme de l’évolution du groupe. Comme la durée
de l’intervalle est régulière en un point du tube séminifère, on va avoir plusieurs cycle de
spermatogonies en spermatogenèse. L’évolution temporelle et spatiale de la spermatogenèse fait
que l’on peut observer 4 à 5 générations de cellules à un même moment dans le tube : c’est le
cycle de l’épithélium séminifère.
Ces générations de cellules germinales superposées forment des associations cellulaires
caractéristiques : ce sont les stades de l’épithélium séminifère. La succession de tous ces
stades correspond au cycle de l’épithélium séminifère.
4. L’ovogenèse :
L’ovogenèse se produit dans l’ovaire et a une triple fonction :
o La production de stéroïdes sexuels qui sont les œstrogènes et la progestérone.
o La production de cellules sexuelles, ces cellules sont les ovocytes = fonction gamétogene.
o Production des hormones permettant l’implantation et le développement de la gestation.
1. Introduction : l’ovocyte et le follicule :
Cf schéma p6
L’ovocyte lorsqu’il est produit est une grosse cellule qui devra être capable de fusionner avec un
spermatozoïde, de transformer son noyau et d’assurer les premières divisions de l’œuf. Pour
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devenir apte à remplir ces fonctions, l’ovocyte doit subir une longue évolution cytologique,
moléculaire et fonctionnelle : c’est l’ovogenèse.
L’ovocyte est entouré par des cellules folliculaires, cette étape de croissance et de
différenciation et dépendante des cellules folliculaires qui entourent l’ovocyte : c’est la
folliculogenèse.
Le follicule est un ensemble cellulaire autour de l’ovocyte. L’ensemble des étapes qui aboutissent
à la formation d’un ovocyte mature est la folliculogenèse. Cette étape concerne une maturation
importante des cellules entourant l’ovocyte.
2. Les étapes de l’ovogenèse et de la folliculogenèse :
Tout débute au stade fœtal avec l’entrée en méiose et le blocage au stade diplotène. Lorsque la
puberté est atteinte, à chaque cycle juste avant l’ovulation, la méiose va reprendre pour donner
un ovocyte 2 qui va être bloqué en métaphase de division II de méiose. S’il y a fécondation, alors
la méiose reprendra et il y aura l’expulsion du 2ème globule polaire.
L’ovaire présente une structure très dense avec beaucoup de follicules. A la périphérie de
l’ovaire, on trouve les follicules primordiaux. Jusqu’à la puberté, des follicules vont se former, le
nombre de couches et donc de cellules entourant l’ovocyte va augmenter, pour former ainsi
différents stades de folliculogenèse. Jusqu’à la puberté, aucun follicule n’aboutira, on aura
toujours une dégénérescence.
Même après la puberté, la très grande majorité des follicules en maturation vont dégénérer : ce
phénomène est appelé atrésie folliculaire (cf schéma p7). Chez la femme, 70 à 99% des
follicules vont se dégénérer par atrésie.
L’entrée en croissance des follicules est un phénomène continu mais cela ne pourra aboutir avant
la puberté.
La maturation des ovocytes et des cellules folliculaires correspond à la folliculogenèse.
3. Les différents stades de l’évolution des follicules :
Cf schéma p7
On observe une phase de multiplication importante. Les follicules primordiaux (environ
40microns) vont évolué jusqu’à un follicule énorme (1 à 30mm). La multiplication cellulaire
intense permet la croissance du follicule.
Le follicule primaire (deux couches) puis les follicules secondaires et tertiaires eux ont plus de
couches qui les entourent. Toutes ces cellules qui entourent (l’ovocyte) sont des cellules de la
granulosa.
On observe également, un autre type cellulaire : les cellules de la thèque.
Les cellules qui entourent directement l’ovocyte forment la corona radiata (ce sont des cellules
de la granulosa).
La thèque est composée d’une partie interne et d’une partie externe.
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Entre les cellules de la granulosa et les cellules de la thèque, on observe une membrane basale.
Et entre l’ovocyte et les cellules de la granulosa, on distingue également une membrane : c’est la
zone pellucide.
Les cellules vont se multiplier, la zone pellucide va se former entre la fin des follicules primaires
et le début des follicules secondaires.
La zone pellucide est une zone perméable aux molécules. Les cellules périovocytaires (cellules de
la granulosa) envoient des prolongements cytoplasmiques qui s’ancrent à l’ovocyte.
Ces jonctions qui relient les ovocytes aux cellules de la granulosa sont des jonctions perméables
assurant un couplage métabolique parfait entre la membrane plasmique de l’ovocyte et les
cellules folliculaires. Ce couplage permet des échanges permanent entre deux types cellulaires
et permet donc une synchronisation de la croissance ovocytaire et folliculaire.
Entre les différentes cellules de la granulosa, il y a aussi des jonctions communicantes. Au cours
de la folliculogenèse, il va apparaître au stade tertiaire une cavité : l’antrum. L’antrum va se
remplir de liquide folliculaire, va grossir et va finalement entourer l’ovocyte et la petite zone de
cellule de la granulosa. Cette petite zone correspond à la région du cumulus ophorius.
Au cours de cette croissance, il y a une multiplication cellulaire et une différenciation. Cette
différenciation sera une différenciation fonctionnelle.
Les cellules somatiques synthétisent les stéroïdes ovariens. Il y a une collaboration entre les
cellules de la granulosa et les cellules de la thèque pour qu’il y ait une synthèse d’œstrogène.
Il y a alors l’acquisition d’une capacité à répondre à l’hormone gonadotrope de type LH.
Au début de leur développement, les seules cellules possédant les récepteurs à la LH sont les
cellules de la thèque. Les cellules de la granulosa possèdent quant à elles, des récepteur à
l’hormone gonadotrope : la FSH. De plus en plus au cours de la croissance, on constate que les
cellules de la granulosa acquièrent des récepteurs à la LH, c’est l’étape finale. L’étape ultime
consiste à expulser l’ovocyte sous l’effet du pic de LH.
4. La croissance folliculaire : dynamique et régulation :
Cf schéma p8
a) L’initiation et la croissance basale :
Dans la 1ère partie, on distingue les follicules primordiaux, primaires et secondaires. Cette phase
est indépendante des hormones gonadotropes, mais elle dépende des facteurs de croissance
présents localement. Ces facteurs sont produits par les cellules de la granulosa et par l’ovocyte
lui-même. L’ovocyte produit la GDF9 qui intervient dans la différenciation et la multiplication
des cellules de la granulosa. Cette phase se nomme la croissance basale.
Les follicules primordiaux entament leur croissance basale pour devenir alors des follicules
primaires puis des follicules secondaires. Ces étapes sont indépendantes.
b) Le développement folliculaire terminal :
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Cette dernière étape est sous la dépendance de la FSH et de la LH mais aussi sous l’effet de
facteurs locaux autocrines ou paracrines.
Dans cette étape terminale, il y a une sélection qui aboutit à la formation d’un follicule dominant
qui sera ovulé : c’est la différenciation en triangle.
Cette étape est très longue dans le temps. Le développement folliculaire débute plus de
100jours avant l’ovulation. La durée de l’étape de formation des follicules primordiaux et
primaires est indéterminée. Entre les follicules primaires et les follicules tertiaires, il se
déroule environ 120jours. On ne doit pas oublier qu’à chaque étape, on observe de l’atrésie
folliculaire.
Entre le début de follicule à antrum et le follicule final, il y a 85jours. La croissance terminale
ne dure que 15 jours, ces 15 jours correspondent au 15 premiers jours du cycle.
La croissance terminale consiste à recruter un seul follicule au sein d’une cohorte (ensemble de
follicule à antrum), c’est le follicule dominant.
5. La croissance de l’ovocyte :
Cf schéma p9
Au cours de ces étapes, on a donc observé l’évolution et la différenciation des cellules
somatiques. Il y a également l’évolution importante de l’ovocyte bloqué en phase diplotène,
l’ovocyte va subir une différenciation au niveau de leur cytoplasme.
Cette différenciation correspond à la synthèse d’ARN mais aussi de protéines.
D’autre part, avec l’acquisition de la compétence méiotique, l’ovocyte est capable de répondre au
pic de LH juste avant de l’ovulation pour reprendre sa méiose.
Lorsque l’ovocyte est bloqué au stade diplotène, on appelle ce stade le stade VG.
Au pic de LH vont se produire beaucoup d’évènements avec notamment une différenciation des
différents organites qui vont devenir plus abondants. Les mitochondries sont les organites les
plus touchés par cette différenciation, ils vont se rassembler et migrer au niveau du cortex de
l’ovocyte. Cette réserve produira par la suite toutes les mitochondries de l’embryon car les
mitochondries des spermatozoïdes vont mourir. L’appareil de Golgi est en plein développement, il
participe à la formation de la zone pellucide et des granules corticaux. Ces granules sont des
petites vésicules contenants des enzymes, elles ont un rôle important lors de la fécondation
pour empêcher la polyspermie.
Au pic de LH, il y aura une séparation entre l’ovocyte et les cellules folliculaires via une rupture
des jonctions perméables qui unissaient l’ovocyte aux cellules du cumulus avoisinantes, ceci va
lever l’inhibition exercée par l’OMI (Ovocyte Meiotic Inhibitor), qui est un facteur empêchant la
reprise de la méiose.
L’OMI va être présent pendant toute la vie jusqu’au moment où on a le pic de LH. Ce pic va
provoquer une brèche dans les cellules de la granulosa, ces brèches vont libérer l’ovocyte et les
cellules qui l’entourent dans l’antrum : il n’y aura plus d’influence de blocage de la méiose.
En parallèle, il y a différents remaniements morphologiques.
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En réponse au pic de LH et FSH, il y a une rupture folliculaire. L’ovulation se produit 35 à 36h
après le pic de ovulatoire de LH (12 à 13 cz souris).
La dissociation des fibres de collagène des cellules de la thèque et la protéolyse de la membrane
basale va aboutir à la rupture de la paroi folliculaire.
En parallèle, la reprise de la méiose qui va se caractériser par la rupture de vésicule terminale
GVBD. Alors se poursuit la méiose. A la fin de la 1ère division de méiose, il y a la formation du
premier globule polaire qui va dégénérer au bout d’un moment.
Une fois que l’ovocyte a repris sa méiose, il y a d’autres facteurs cytostatiques : CSF qui va
bloquer l’ovocyte en métaphase 2 de méiose.
S’il n’y a pas de fécondation, l’ovocyte va dégénérer. Par contre s’il y a fécondation, l’ovocyte va
reprendre sa méiose, il y aura expulsion du 2ème globule polaire et formation du stade de
pronoyau.
Acquérir et reprendre sa méiose correspond à se préparer à l’intervention d’un facteur MPF qui
intervient dans tous les cycles cellulaires. Le MPF est un dimère composé de cdc2 et de cycline
B. Ce complexe va devenir actif par association de deux sous unités par phosphorylation et
déphosphorylation.
L’acquisition de la compétence de méiose est en partie due à l’acquisition de MPF (M-Phase
Promoting Fcator).
Avant le pic de LH, on doit avoir un pic d’oestrogènes. Ce pic est rendu possible grâce à la
différenciation folliculaire.
II. La fécondation :
La fécondation est la fusion du spermatozoïde et de l’ovocyte pour former des cellules souches
diploïdes totipotentes à l’origine des différents tissus et organismes d’un individu.
Lors de ce phénomène, l’œuf est activé pour commencer son programme de développement et les
noyaux des deux gamètes vont former le génome du nouvel individu.
On observe deux étapes :
o Transformation du spermatozoïde pour qu’il soit capable de reconnaître l’ovocyte et de le
fixer = phénomène de capacitation et s’accompagne également d’un changement de
modification.
o Réaction acrosomique = fixation et exocytose du contenu de l’acrosome.
Ceci permet l’attachement de la membrane plasmique des deux gamètes et l’activation de l’œuf
c'est-à-dire la mise en marche du 1er cycle cellulaire achevé par la 1ère division de segmentation.
1. La capacitation :
1. Lieu et mécanismes mis en jeu :
La capacitation représente l’ensemble des transformations qui rendent le spermatozoïde apte à
reconnaître l’ovocyte et à le féconder.
A la sortie des voies génitales mâles les spermatozoïdes ne sont pas capables de féconder et
possède une mobilité réduite. L’ensemble de ces transformations se déroule donc dans les voies
génitales femelles.
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Au niveau de l’épididyme, les spermatozoïdes acquièrent un système de reconnaissance, d’autre
part ce système est protége pour le transit dans la fin des voies génitales mâles et le début des
voies génitales femelles. Il y a alors acquisition des récepteurs capables de reconnaître
l’ovocyte, ces récepteurs sont protégés.
La capacitation a lieu dans l’utérus et dans les trompes utérines.
La première étape consiste tout d’abord à éliminer le plasma séminal. Le plasma séminal
correspond à l’ensemble des sécrétions des glandes annexes (= prostate, vésicule séminal et
glande pulbométrales).
La capacitation se déroule sous l’action des sécrétions du tractus et notamment d’enzymes
protéolytiques. De plus le pH (environ 6.5) du liquide utérin contribue également au détachement
des protéines épididymaires qui recouvraient le système de reconnaissance.
2. Les conséquences membranaires et moléculaires :
La première conséquence est l’élimination du cholestérol présent dans la bicouche lipidique. Ce
cholestérol va être capté et fixer par l’albumine et par des lipoprotéines qui sont présentes
dans les voies génitales femelles.
Le retrait du cholestérol va entraîner une modification de fluidité membranaire. Cette
modification va entraîner l’activation de canaux ioniques. Ces canaux ioniques sont les canaux
calciques et les canaux bicarbonates. L’ouverture de ces canaux va provoquer une
hyperpolarisation de la membrane. Ces remaniements membranaires vont permettre l’apparition
de récepteurs qui vont assurer la reconnaissance et la fixation à la zone pellucide de l’ovocyte.
L’activation des canaux va entraîner au niveau intracellulaire une augmentation de calcium
cytoplasmique. Cette augmentation va être suivie d’une série de phosphorylations et notamment
des phosphorylations de protéines du flagelle, ce qui va entraîner l’augmentation de la mobilité
des spermatozoïdes.
Tous ces phénomènes rendent les récepteurs du spermatozoïde, récepteur de la zone pellucide
accessible et augmentent la mobilité des spermatozoïdes.
Ce phénomène de capacitation peut être obtenue in vitro quand on réalise une fécondation in
vitro (il y a une étape de préparation du spermatozoïde). Cette capacitation in vitro dure la
même durée que in vivo, soit 1h pour la souris et quelques heures chez l’homme.
Une fois que la capacitation a eu lieu, les gamètes vont devoir se reconnaître pour qu’il y ait une
fusion des membranes.
2. De la reconnaissance des gamètes à la fusion :
1. La reconnaissance :
Le spermatozoïde interagit avec la zone pellucide de l’ovocyte. Cette zone pellucide doit être
reconnue. La zone pellucide est une enveloppe glycoprotéique d’une épaisseur d’environ 7 microns
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qui entoure l’ovocyte. Elle résulte à la fois des sécrétions de l’ovocyte et des cellules de
granulosa de la corona radiata.
La zone pellucide est un complexe macromoléculaire composé de trois glycoprotéines :
o ZP1 (ZP = zone pellucide)
o ZP2
o ZP3
Ces trois glycoprotéines sont fortement glycosylées.
ZP2 et ZP3 s’assemble pour former un polymère fibrillaire ces polymères sont complexés de
façon non covalente par des dimères de ZP1.
ZP3 est responsable en grande partie de la liaison spécifique entre le spermatozoïde et
l’ovocyte.
Il existe de nombreux récepteurs spermatiques qui vont reconnaître ZP3 :
o PH-20 (cobbaye)
o
1.4 galactosyl transférase (souris)
o d-mamosidase (homme)
o SOB3 (homme)
o ZRK (zona receptor kinase (souris))
o Sp6 (souris)
Il existe donc plusieurs récepteurs spermatiques mais en aucun cas un seul récepteur interagit
avec ZP3.
2. La réaction acrosomique :
Quand les deux gamètes se sont reconnus, on observe la réaction acrosomique.
L’acrosome (sac rempli d’enzymes) possède une membrane interne et une membrane externe, qui
est en contact avec la membrane du spermatozoïde. La fixation du spermatozoïde à la zone
pellucide déclenche un processus de fusion de la membrane plasmique du spermatozoïde et de la
membrane externe de l’acrosome. Il y a alors formation de petites vésicules espacées par des
trous. Ces trous vont permettre au contenu de l’acrosome de se déverser au contact de la zone
pellucide. Cette vésicularisation commence au sommet puis s’effectue de part et d’autre vers la
pièce intermédiaire.
3. La pénétration de la zone pellucide :
Les enzymes qui vont être libérées vont contribuées au franchissement de la zone pellucide. La
fixation à la zone pellucide, suivie par la réaction acrosomique et suivie d’une 2ème fixation à ZP2.
Cette 2ème fixation est une liaison secondaire, elle permet l’ancrage du spermatozoïde dans la
zone pellucide. Parmi les enzyme libérée, on distingue : les hyalurodinases et les acrosines. Ces
enzymes vont facilitées le passage du spermatozoïde dans la zone pellucide.
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4. La reconnaissance des membranes plasmiques des gamètes et leur
fusion :
Une fois la zone pellucide traversée, il y a une interaction entre le spermatozoïde et la
membrane plasmique de l’ovocyte.
Cette interaction se traduit par une adhésion. Cette adhésion fait intervenir des molécules
d’adhérence spécifiques de la surface de chaque gamète. Ces protéines d’adhérences possèdent
deux domaines d’activité :
o Le 1er domaine sert à la fixation
o Le 2nd présente une activité protéase.
Ces molécules d’adhésion appartiennent à une famille : la famille ADAM (a disintegrin and
metalloproteas domain). Pour l’ovocyte, ces protéines d’adhésions sont les intégrines, pour les
spermatozoïdes se sont les fertilines. La fusion résulte de l’interaction entre les intégrines et
les fertilines.
Le spermatozoïde se place tangentiellement à la membrane plasmique de l’ovocyte, puis il y a
fusion par interaction des protéines fertilines et intégrines. Après la fusion, la tête, la pièce
intermédiaire et une partie de la queue du spermatozoïde sont incorporées dans le cytoplasme
de l’œuf.
La pièce intermédiaire va contribuer à l’apport paternel du centriole.
Ce phénomène de fusion n’est pas spécifique à l’ovocyte et le spermatozoïde, il se passe la même
chose pour un virus et sa cellule hôte.
3. Activation de l’œuf :
1. Les oscillations calciques :
Ce phénomène de fusion va être suivit d’activation de voies de signalisation qui vont entraîner
une augmentation du calcium intracellulaire. Les raisons de cette augmentation sont encore mal
connues : cela est peut être du à l’interaction des deux membranes ou bien le spermatozoïde
entraîne avec lui un facteur à l’origine de ceux-ci.
2. L’exocytose du contenu des granules corticaux :
Cette augmentation de calcium va être suivie de l’exocytose des granules corticaux. Ces granules
corticaux sont situés sous la membrane plasmique de l’ovocyte et vont libérer leur contenu.
Parmi les substances libérées, il y a des enzymes qui vont modifier la zone pellucide ce qui va la
rendre imperméable aux autre spermatozoïdes. L’exocytose des granules constituent la
première barrière à la polyspermie. Ce phénomène se produit environ une heure après la fixation
du spermatozoïde à la zone pellucide.
Ceci entraîne également un agrandissement de l’espace périvitellin. Ce qui constitue la deuxième
barrière.
Chez l0es mammifères, il n’y a pas de formation de membrane de fécondation.
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3. L’activation nucléaire :
Cette activation cytoplasmique de l’œuf s’accompagne d’une activation nucléaire qui comporte
quatre étapes :
o La reprise de la méiose et donc l’achèvement de la 2ème division de méiose avec l’expulsion
du 2nd globule polaire. Ce phénomène résulte de l’augmentation du calcium
intracytoplasmique qui va entraîner la dégradation de facteurs qui bloquaient l’ovocyte en
métaphase 2. Ce facteur est la CSF. L’augmentation du calcium va dc dégrader la CSF d’où
la reprise de méiose.
o La formation des pronuclei chez le mâle et la femelle. Chaque pronuclei comprend n
chromosomes à une chromatide. Chaque pronucleus va s’entourer d’une enveloppe
nucléaire. En parallèle de cette formation de nuclei, se développe un réseau de
microtubules ; ce réseau est appelé spermaster. Ce réseau est formé à partir du centriole
apporté par le spermatozoïde. Il va contribuer ensuite au rapprochement des deux
pronuclei. Ensuite va se dérouler le phénomène de réplication de l’ADN jusqu’à 13h après
la fixation. Cette réplication se fait de façon indépendante dans chacun des nuclei.
o Les enveloppes nucléaires des deux pronuclei vont interagir l’une avec l’autre avant de
disparaître, le centriole se réplique. Les chromatines se condensent pour former des
chromosomes qui vont s’aligner sur la plaque métaphasique. Il se produira alors la
première division de segmentation.
o 1ère division de segmentation.
III.Les premières étapes du développement : la segmentation
Quelque soit l’espèce, les processus de développement reposent sur les mêmes activités
cellulaires fondamentales. Faire un embryon puis un adulte nécessite que les cellules prolifèrent,
communiquent entre elles, qu’elles se déplacent et se différencient. Ces activités cellulaires
sont coordonnées dans l’espace et dans le temps et ceci de façon extrêmement précise et sont
sous le contrôle des gènes du développement. Après la fécondation, on distingue quatre grandes
étapes :
o La segmentation = division de la cellule œuf en blastomères sans modification sensible du
volume global. On transforme l’œuf en structure pluricellulaire.
o La gastrulation qui aboutit à la mise en place de trois feuillets embryonnaires
primordiaux :
 Ectoblaste ou ectoderme  épiderme, système nerveux.
 Mésoblaste ou mésoderme  squelette, muscles.
 Endoblaste ou endoderme  tube digestif et ses dérivés.
o La neurulation = mise en place du plan d’organisation primaire avec un allongement selon
l’axe antéro-postérieur et l’aplatissement dorsaux-ventral. Il y a également la mise en
place du système nerveux.
o Organogenèse = formation des organes à partir des différents feuillets embryonnaires
(cités au dessus). Différenciation tissulaire, modelage de l’organisme de l’embryon.
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Remarque ; au tout début on parle d’embryon puis on parle de fœtus.
Il existe différents types d’œuf qui sont classés en fonction de la quantité de réserve, les
principaux sont :
o œufs télolécithes : vitellus très abondant. Taille : de l’ordre du centimètre ou plus. (ex :
œufs de poissons, de reptiles et oiseaux).
o Œufs hétérolécithes : vitellus plus abondant condensé au pôle inférieur (pôle
« végétatif »). Taille : de l’ordre du millimètre (ex : œufs d’amphibiens).
o Œufs oligolécithes : peu de vitellus réparti de façon homogène dans tous l’œuf. Taille : de
l’ordre de quelque centaine de microns (ex : œuf d’oursin).
 Œuf de mammifère très pauvre en vitellus dit alécithe. Taille : environ
100microns.
 Œuf humain : cellule à cytoplasme clair de 120 à 150 microns de diamètre,
entourée de la zone pellucide.
Il existe différents types de segmentation :
o Segmentation holoblastique (total) : l’œuf entier va se diviser (homme).
o Segmentation méroblastique (partielle) : seul les régions pauvres en vitellus se divisent
(poissons, reptiles, oiseaux).
1. Les premières divisions de l’œuf :
Toute cellule fécondée va se diviser alors qu’elle est encore dans la zone pellucide. L’œuf se
divise chez la souris en deux cellules de taille identique. Ces cellules sont les blastomères. Cette
division s’effectue environ 24h après la fécondation. Ensuite on a des divisions successives pour
aboutir au stade morula. Toutes ces étapes se déroulent durant la migration de l’œuf des cornes
utérines vers l’utérus où a lieu l’implantation. Toute cette phase correspond au développement
préimplantatoire.
Chez l’homme, le stade morula est atteint 4jours après la fécondation.
Jusqu’au stade 8 cellules, les cellules sont sphériques sans polarité apparente. Elles présentent
des microvillosités à leur surface, ces cellules sont des blastomères.
2. La compaction :
Des études ont montrées la présence de molécules d’adhésion au niveau des contacts entre les
blastomères. Ces molécules d’adhésion sont les cadhérines. Ce sont des glycoprotéines
transmembranaires qui sont responsable de l’adhésion intercellulaire. Ces cadhérines
appartiennent à la famille des CAM (molécules d’adhérence cellulaire).
A partir du stade 8 cellules, il y a un phénomène particulier : le phénomène de compaction. Ce
phénomène est un processus morphogénétique caractérisé par de profonds remaniements
structuraux et moléculaires et en particulier par la mise en place d’une polarité.
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Après la compaction, l’œuf va s’aplatir, les blastomères adhèrent de plus en plus entre eux avec
une augmentation et une accumulation de cadhérines et dc une augmentation de points de
contacts entre les cellules.
Outre la présence importante de ces cadhérines entre les blastomères, il apparaît également
des jonctions de type gap, des microvillosités au niveau apical où des jonctions serrées vont
s’organiser. On distingue également des protéines spécifiques ; les protéines zonula occludens.
Ces protéines spécifiques se mettent en place.
Au niveau latéral, il y a une augmentation de cadhérines et l’apparition d’un grand nombre de
jonctions communes qui vont permettre le passage de petites molécules, d’ions… tous ces
phénomènes ne nécessitent pas une synthèse protéique, il semble que les protéines
indispensables au déroulement de la compaction soit produites avant le stade 8 cellules. La
compaction aboutit à une mis en place de la polarité structurale (chgt de forme de la cellule) et
polarité membranaire.
3. L’activation du génome :
L’étape qui suit la compaction concerne l’activation du génome.
La segmentation est caractérisée par l’activation de la transcription du génome zygotique et par
la dégradation progressive des ARNm maternelles.
Chez la souris, jusqu’au stade 2 cellules, l’embryon utilise la machine de transcription et
traduction ainsi que les protéines maternelles stockées lors de l’ovogenèse.
Après ce sont les gènes zygotiques qui seront transcrit et les allèles de certains gènes en
fonction de leur origine. Maternelle et paternelle ne sont pas transcrit de la même façon en
raison de phénomène de méthylation différent entre copie maternelle et paternelle.
Chez la souris, l’activation du génome se fait très tôt alors que chez l’homme, l’activation est
plus tardive : au stade 8/16 cellules.
4. La ségrégation de deux lignages cellulaires :
Après la compaction, les 8 cellules se divisent pour donner un embryon de 16 cellules. Mais les
divisions ne se font plus de la même façon : il peut y avoir des divisions symétriques et des
division asymétriques.
A partir du stade 8 cellules, si la division est symétrique, la séparation va aboutir à la formation
de deux cellules identiques externes. Si la division est asymétrique, la séparation aboutira à la
formation d’une cellule externe et d’une cellule interne.
On dit qu’il y a ségrégation de deux lignages cellulaires. On définit un lignage cellulaire comme
étant l’ensemble des modifications morphologiques fonctionnelles et temporelles qui affecte une
cellule et sa descendance et qui conduit à la formation d’un clone de cellule d’un tissu ou organe.
La ségrégation des deux lignages cellulaires est déterminée par l’ouverture du fuseau de
division. Si l’orientation est dans le sens de la longueur  cellules externes ; si orientation est
dans l’autre sens  cellules externes et internes.
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Pour chacune des 8 cellules, l’orientation du fuseau se fait au hasard. Les cellules externes vont
participer ensuite à l’édification des annexes embryonnaires et vont former le lignage extra
embryonnaire.
Les cellules internes forme le lignage membranaire et vont représenter les cellules
progénitrices de l’embryon. Lors du passage de 16 cellules à 32 cellules, il va y avoir des
régulations internes des divisions de façon à obtenir un équilibre entre les deux.
Même au niveau des deux cellules différentes on a encore la présence de cadhérines qui les
relient.
5. La cavitation et l’éclosion :
A partir du stade 16 cellules, va se produire le phénomène de cavitation. Ce qui correspond au
3ème ou 4ème jours après la fécondation chez la souris. L’œuf se creuse alors d’une cavité appelée
le blastocœle : c’est le processus de cavitation.
La cavitation est un phénomène dynamique contrôlé par les cellules externes.
Les cellules externes à partir du stade 16 cellules vont posséder trois domaines membranaires
différents :
o La premier domaine est celui qui est en contact avec l’extérieur = membrane apicale.
Cette membrane est caractérisée par la présence de microvillosités et par l’accumulation
de canaux ioniques. Parmi ces canaux ioniques, on retrouve des co-transporteurs Na/K et
Na/glucose.
o Le 2nd domaine est la membrane latérale caractérisée par de très nombreuses jonctions
gap.
o Le dernier domaine est la membrane basale. Cette membrane va acquérir une enzyme qui
l’enzyme NaKATPase. L’activation de cette enzyme établie un gradient de concentration
en ion Na et donc un courant de Na.
Ces mouvements d’ions qui résultent de la présence de canaux ioniques sont à l’origine de
différences de pression osmotique et d’un appel d’eau vers l’intérieur de l’œuf ce qui provoque la
formation du blastocoele.
En plus de ces polarités membranaires, les cellules externes vont acquérir une polarité
cytoplasmique. Dans le cytoplasme, différent organites (mitochondrie, lysosome,…) vont se
retrouver dans la région basale des cellules externes.
Dans la partie apicale, de nouvelles protéines vont apparaître pour renforcer les jonctions entre
les cellules.
6. Les trois lignages du blastocyte :
Au stade 32 cellules, les cellules externes vont constituées le trophoblaste. Ce phénomène de
cavitation entre J4 et J5 va également provoquer le positionnement des blastomères internes à
l’un des pôles de l’œuf. Ces cellules internes forment une masse cellulaire appelé masse cellulaire
interne. A ce stade on parle de blastocyste précoce. On distingue au sein de la masse cellulaire
interne deux types de cellules :
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o Les cellules internes qui sont en contact avec le blastocoele. Ces cellules sont appelées
cellules de l’hypoblaste ou endoderme primitif.
o Les cellules qui sont les plus éloignées du blastocoele sont les cellules de l’épiblaste ou
ectoderme primitif.
Les cellules externes du trophoblaste vont donner les cellules du trophectoderme.
En E4 (=jour4), les cellules de l’hypoblaste vont acquérir un phénomène migratoire et vont donc
venir migrer vers le pôle opposé à la masse interne.
Si on reprend les lignages cellulaires :
o Les cellules du trophoblaste  trophectoderme, elles sont polaires (masse interne) et
murales (pôle opposé).
o Les cellules de la masse cellulaire interne :
 Les cellules de l’endoderme primitif donneront l’endoderme primitif viscéral
et pariétal.
 Les cellules de l’ectoderme primitif donneront endoderme, l’ectoderme, le
mésoderme et les cellules germinales.
7. Les premières étapes du développement chez l’homme :
Le stade 4 cellules est atteint au jour2, le stade 8 cellules au jour3. Cette progression
correspond à la progression au niveau des trompes utérines. La fécondation a lieu au niveau de
l’ampoule. La multiplication est la différenciation ont lieu dans les trompes utérines.
La segmentation dure 3 à 4 jours, elle se produit pendant la descente dans les trompes utérines.
Le stade blastocyte (J4/5) correspond au bouton embryonnaire (masse) et au trophoblaste.
Le stade préimplantatoire correspond au stade blastocyte et bouton.
Plan d’organisation :
Chez la souris, l’homme et les amphibiens on a un plan d’organisation commun aux vertébrés.
Chez la souris et l’homme, la segmentation aboutit à la formation du blastocyte.
Chez les amphibiens, la segmentation aboutit à la formation de la blastula.
Les étapes suivantes permettront la mise en place des trois feuillets : ectoderme, endoderme et
mésoderme. L’organisation se fait selon un axe antéro-postérieur et l’aplatissement de l’axe
dorsaux-ventral.
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