Deuxième Semaine et ImplantationDeuxième Semaine et Implantation

Jacqueline MandelbaumJacqueline Mandelbaum

Service d ’Histologie, Biologie de laService d ’Histologie, Biologie de la

Reproduction et CytogénétiqueReproduction et Cytogénétique

Hôpital TenonHôpital Tenon

Les deux acteurs en présence: le blastocyste éclos Les deux acteurs en présence: le blastocyste éclos et l ’endomètreet l ’endomètre

La deuxième semaine du La deuxième semaine du développement ( J7 à J14 ) développement ( J7 à J14 ) correspond à :correspond à :

La La phase d ’implantationphase d ’implantation du blastocyste dans la du blastocyste dans la muqueuse utérine muqueuse utérine ( nidation) ( nidation)

Aux modifications de la Aux modifications de la masse cellulaire interne masse cellulaire interne (MCI) qui aboutissent à la (MCI) qui aboutissent à la constitution d ’un constitution d ’un embryon embryon didermiquedidermique

L ’implantation permet la poursuite de la gestation chez les L ’implantation permet la poursuite de la gestation chez les mammifères car la nutrition de l ’œuf fécondé ne peut se mammifères car la nutrition de l ’œuf fécondé ne peut se poursuivre longtemps à partir des seules réserves poursuivre longtemps à partir des seules réserves cytoplasmiques et des nutriments apportés par les sécrétions cytoplasmiques et des nutriments apportés par les sécrétions tubo-utérinestubo-utérines

L ’embryon doit pouvoir recevoir des apports nutritionnels L ’embryon doit pouvoir recevoir des apports nutritionnels de l ’organisme maternel. Chez l ’humain (et les rongeurs) de l ’organisme maternel. Chez l ’humain (et les rongeurs) l ’implantation aboutit à une érosion de la paroi des l ’implantation aboutit à une érosion de la paroi des vaisseaux maternels et à un contact avec le sang maternel vaisseaux maternels et à un contact avec le sang maternel ((placenta hémochorialplacenta hémochorial))

A la différence de la plupart des mammifères, le blastocyste A la différence de la plupart des mammifères, le blastocyste humain ( de même que certains primates et le cobaye) humain ( de même que certains primates et le cobaye) pénétrera complètement à l ’intérieur du stroma utérin pénétrera complètement à l ’intérieur du stroma utérin ((implantation interstitielle ou nidationimplantation interstitielle ou nidation))

Alors que l ’implantation peut se produire dans Alors que l ’implantation peut se produire dans n ’importe quel tissu du corps humain, l ’embryon ne n ’importe quel tissu du corps humain, l ’embryon ne peut pas s ’implanter dans l ’endomètre, excepté au cours peut pas s ’implanter dans l ’endomètre, excepté au cours d ’une brève période appelée d ’une brève période appelée «  fenêtre d ’implantation »«  fenêtre d ’implantation »

J23

La fenêtre d ’implantation ( FI) survient La fenêtre d ’implantation ( FI) survient pendant la phase lutéale du cycle pendant la phase lutéale du cycle menstruelmenstruel

Elle est limitée dans le temps ; durée 3-4 Elle est limitée dans le temps ; durée 3-4 jours; entre J20 et J23 et correspond à jours; entre J20 et J23 et correspond à une période de réceptivité de la une période de réceptivité de la muqueuse utérinemuqueuse utérine

Elle est hormonalement définie : Elle est hormonalement définie : endomètre préparé par les estrogènes de endomètre préparé par les estrogènes de la phase folliculaire (endomètre la phase folliculaire (endomètre prolifératif ) et transformé par la prolifératif ) et transformé par la progestérone de la phase lutéale progestérone de la phase lutéale (endomètre sécrétoire ). Avant (endomètre sécrétoire ). Avant l ’endomètre n ’est pas réceptif, après il l ’endomètre n ’est pas réceptif, après il devient devient réfractaireréfractaire ( implantation ( implantation impossibleimpossible

La synchronisation doit être parfaite La synchronisation doit être parfaite entre le développement de l ’embryon et entre le développement de l ’embryon et la maturation de l ’endomètrela maturation de l ’endomètre

Les différentes étapes de l ’implantationLes différentes étapes de l ’implantation

1) 1) OrientationOrientation (a) 2) (a) 2) AppositionApposition(b) 3) (b) 3) Adhésion Adhésion ou attachement (b)ou attachement (b) 4) 4) Invasion Invasion ou pénétration (c) aboutissant ( d) à l ’enfouissement ou pénétration (c) aboutissant ( d) à l ’enfouissement

complet de l ’œuf dans le stroma utérin (chorion) avec reconstitution complet de l ’œuf dans le stroma utérin (chorion) avec reconstitution de l ’épithélium de surfacede l ’épithélium de surface

L ’orientation : J7L ’orientation : J7

A J7, le blastocyste s ’oriente de façon à A J7, le blastocyste s ’oriente de façon à présenter son présenter son pôle embryonnairepôle embryonnaire (côté (côté bouton embryonnaire) face à l ’endomètrebouton embryonnaire) face à l ’endomètre

L ’embryon émet L ’embryon émet des signaux précocesdes signaux précoces favorisant son implantation: facteur favorisant son implantation: facteur activateur des plaquettes (PAF), libération activateur des plaquettes (PAF), libération d ’histamine (vasodilatation), sécrétion d ’histamine (vasodilatation), sécrétion précoce d ’hCG (gonadotrophine précoce d ’hCG (gonadotrophine chorionique humaine) qui, avant son action chorionique humaine) qui, avant son action lutéotropelutéotrope, module localement la , module localement la production de cytokines (LIF...) et stimule production de cytokines (LIF...) et stimule la production d ’un facteur la production d ’un facteur angiogène:VEGF (Vascular Endothelial angiogène:VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor)Growth Factor)

L ’appositionL ’apposition Au début de la phase lutéale, sous Au début de la phase lutéale, sous l ’action de la Progestérone (P), les l ’action de la Progestérone (P), les microvillosités apicales des cellules microvillosités apicales des cellules épithéliales de l ’endomètre deviennent épithéliales de l ’endomètre deviennent plus courtesplus courtes

On voit apparaître des protrusions On voit apparaître des protrusions apicales bulbeuses; les pinopodes. Chez apicales bulbeuses; les pinopodes. Chez les rongeurs, ils réabsorbent le fluide les rongeurs, ils réabsorbent le fluide utérin; chez la femme ils ont une fonction utérin; chez la femme ils ont une fonction de sécrétion et seraient des marqueurs de de sécrétion et seraient des marqueurs de la réceptivité endométriale . Leur la réceptivité endométriale . Leur présence est brève: 2-3 jours. présence est brève: 2-3 jours. In vitroIn vitro, , l ’attachement des blastocystes humains l ’attachement des blastocystes humains se fera préférentiellement aux cellules se fera préférentiellement aux cellules endométriales présentant des pinopodes, endométriales présentant des pinopodes, (mais pas au niveau des pinopodes)(mais pas au niveau des pinopodes)

Importante activité d ’endocytose des Importante activité d ’endocytose des cellules épithéliales utérinescellules épithéliales utérines

L’appositionL’apposition

Du fait de l ’intense Du fait de l ’intense réabsorption du fluide utérin, réabsorption du fluide utérin, la cavité utérine devient la cavité utérine devient virtuelle et le blastocyste est virtuelle et le blastocyste est amené au contact de amené au contact de l ’endomètre et immobilisé l ’endomètre et immobilisé sans adhérence vraiesans adhérence vraie

Il est plaqué sur l ’épithélium Il est plaqué sur l ’épithélium utérin et l ’empreinte des utérin et l ’empreinte des cellules utérines est apparent cellules utérines est apparent à la surface des cellules du à la surface des cellules du trophectoderme polairetrophectoderme polaire

On peut encore déplacer le On peut encore déplacer le conceptus conceptus

U. Bentin-Ley

L ’apposition et le reste des étapes de l ’implantation ne L ’apposition et le reste des étapes de l ’implantation ne sont possibles que si un contact direct peut s ’établir sont possibles que si un contact direct peut s ’établir entre les cellules du trophectoderme polaire du entre les cellules du trophectoderme polaire du blastocyste et les cellules épithéliales de l ’endomètre blastocyste et les cellules épithéliales de l ’endomètre grâce à :grâce à :

L ’éclosionL ’éclosion ( permet l ’apposition) ( permet l ’apposition) Modifications de l ’épithélium utérinModifications de l ’épithélium utérin (permettront (permettront

l ’adhésion).l ’adhésion). Comme tous les épithéliums, celui de l ’endomètre est Comme tous les épithéliums, celui de l ’endomètre est

non adhésif car recouvert de glycoprotéines formant un non adhésif car recouvert de glycoprotéines formant un glycocalyx,glycocalyx, essentiellement composé de la essentiellement composé de la mucine 1mucine 1 (MUC 1), glycoprotéine transmembranaire(MUC 1), glycoprotéine transmembranaire

Au contact de l ’embryon Au contact de l ’embryon non encore apposé , MUC 1 non encore apposé , MUC 1 est clivée, ce qui va est clivée, ce qui va permettre l ’adhésion ( étude permettre l ’adhésion ( étude in vitro chez l ’humain)in vitro chez l ’humain)

Les modifications de MUC1 Les modifications de MUC1 ont en outre démasqué des ont en outre démasqué des ligands ou des récepteurs qui ligands ou des récepteurs qui interagiront avec les ligands interagiront avec les ligands et les récepteurs et les récepteurs correspondants sur le correspondants sur le blastocyste pour réaliser blastocyste pour réaliser l ’adhésion l ’adhésion

mucine

récepteur

ligand

L ’adhésionL ’adhésion

Un contact étroit Un contact étroit s ’établit entre s ’établit entre cellules cellules trophectodermiques trophectodermiques er utérines.er utérines.

Les microvillosités à Les microvillosités à leur surface leur surface s ’engrènent; des s ’engrènent; des jonctions se formentjonctions se forment

l ’œuf ne peut plus l ’œuf ne peut plus être éliminé par être éliminé par simple lavagesimple lavage

Le langage de l ’adhésionLe langage de l ’adhésion

L ’adhésion fait intervenir des L ’adhésion fait intervenir des cytokines, des facteurs de cytokines, des facteurs de croissance, des molécules croissance, des molécules d ’adhésion d ’adhésion

Parmi les cytokines, 4 familles Parmi les cytokines, 4 familles semblent impliquéessemblent impliquées

Interleukine1 (IL1)Interleukine1 (IL1)

Leukemia Inhibiting Factor (LIF)Leukemia Inhibiting Factor (LIF)

Colony Stimulating Factor Colony Stimulating Factor (CSF1)(CSF1)

Epidermal Growth Factor (EGF)Epidermal Growth Factor (EGF)

et EGF-Ret EGF-R

Le LIFLe LIF

Sécrétée par l ’endomètre. C ’est la première cytokine dont le rôle dans Sécrétée par l ’endomètre. C ’est la première cytokine dont le rôle dans l ’implantation a été démontré chez la sourisl ’implantation a été démontré chez la souris

Les souris femelles LIF -/-Les souris femelles LIF -/- ( génétiquement déficientes en LIF) ont des ( génétiquement déficientes en LIF) ont des blastocystes normaux capables d s ’implanter chez une receveuse mais pas blastocystes normaux capables d s ’implanter chez une receveuse mais pas chez elles. La perfusion utérine de LIF restaure l ’implantationchez elles. La perfusion utérine de LIF restaure l ’implantation

Chez la femme,Chez la femme, l ’endomètre sécrète du LIF (maximum pendant la FI) et le l ’endomètre sécrète du LIF (maximum pendant la FI) et le blastocyste exprime le LIF et son récepteurblastocyste exprime le LIF et son récepteur

Chez les femmes ayant des échecs d ’implantation après FIV, les taux de Chez les femmes ayant des échecs d ’implantation après FIV, les taux de LIF du fluide utérin sont réduits par rapport à des femmes fertilesLIF du fluide utérin sont réduits par rapport à des femmes fertiles

Rôle probable chez l ’humainRôle probable chez l ’humain

L ’EGF-R et ses ligandsL ’EGF-R et ses ligands

Au niveau de l ’endomètre, les Au niveau de l ’endomètre, les modifications de MUC 1 modifications de MUC 1 démasquent d ’autres démasquent d ’autres glycoprotéines comme Hb-glycoprotéines comme Hb-EGF (heparin-binding) qui se EGF (heparin-binding) qui se lie au récepteur de l ’EGFlie au récepteur de l ’EGF

EGF-R est présent au niveau EGF-R est présent au niveau de la MCI et du de la MCI et du trophectoderme polaire de trophectoderme polaire de l ’embryon humain. Cette l ’embryon humain. Cette distribution asymétrique distribution asymétrique pourrait expliquer que pourrait expliquer que l ’implantation se fasse à l ’implantation se fasse à partir du T polaire.partir du T polaire.

Système IL1Système IL1

IL1 IL1 et et sont sécrétés par sont sécrétés par l ’embryon humain tandis que le l ’embryon humain tandis que le récepteur ( IL-1R de type 1) est récepteur ( IL-1R de type 1) est exprimé par les cellules utérines exprimé par les cellules utérines avec un maximum en phase avec un maximum en phase lutéale lutéale

La liaison ligand-récepteur La liaison ligand-récepteur déclenche la production d ’ déclenche la production d ’ intégrine intégrine 33 impliquée dans impliquée dans l ’adhésion blastocyste-l ’adhésion blastocyste-endomètre ( chez l ’humain, in endomètre ( chez l ’humain, in vitro)vitro)

A l ’inverse, les souris invalidée A l ’inverse, les souris invalidée pour le récepteur sont fertilespour le récepteur sont fertiles

CSF1CSF1

Son absence chez les souris Son absence chez les souris op/op (ostéopétrotiques par op/op (ostéopétrotiques par défaut de résorption osseuse) défaut de résorption osseuse) entraîne des troubles de entraîne des troubles de l ’implantationl ’implantation

CSF1 est sécrété par les CSF1 est sécrété par les cellules de l ’endomètre cellules de l ’endomètre (homme) et le récepteur par (homme) et le récepteur par les cellules du les cellules du trophectodermetrophectoderme

Rôle chez l  ’ humain ?Rôle chez l  ’ humain ? Donc variabilité entre les Donc variabilité entre les

espèces et redondancesespèces et redondances

L ’invasionL ’invasion

L ’invasionL ’invasion

Dès le contact avec l ’épithélium utérin, l ’œuf subit une croissance qui Dès le contact avec l ’épithélium utérin, l ’œuf subit une croissance qui est surtout due à la croissance du trophoblasteest surtout due à la croissance du trophoblaste

Le trophoblaste résulte de la différentiation du trophectoderme polaire Le trophoblaste résulte de la différentiation du trophectoderme polaire en 2 couches distinctes: 1) la couche interne qui garde la structure en 2 couches distinctes: 1) la couche interne qui garde la structure initiale et se divise activement: le initiale et se divise activement: le cytotrophoblastecytotrophoblaste

2) la couche externe, faite des cellules filles qui ont 2) la couche externe, faite des cellules filles qui ont tendance à fusionner entre elles pour former un syncitium (nappe tendance à fusionner entre elles pour former un syncitium (nappe cytoplasmique contenant de nombreux noyaux): cytoplasmique contenant de nombreux noyaux): le syncitio trophoblastele syncitio trophoblaste

C ’est le syncitiotrophoblaste (ST) qui pénètre donc le premier et est au C ’est le syncitiotrophoblaste (ST) qui pénètre donc le premier et est au contact de l ’endomètre .contact de l ’endomètre . Par ses propriétés invasives et son Par ses propriétés invasives et son accroissement rapide, le trophoblaste permet l ’invasion. accroissement rapide, le trophoblaste permet l ’invasion. Il entoure Il entoure complètement l ’œuf à J9. complètement l ’œuf à J9.

L ’invasionL ’invasion Les cellules Les cellules

trophoblastiques émettent trophoblastiques émettent des prolongements: les des prolongements: les invadopodes,invadopodes, qui qui progressent entre les progressent entre les cellules épithéliales de cellules épithéliales de l ’endomètre et atteignent l ’endomètre et atteignent la membrane basalela membrane basale

Après Après traversée de la MBtraversée de la MB, , le trophoblaste pénètre le trophoblaste pénètre dans le stroma sous-jacent dans le stroma sous-jacent et progresse jusqu ’à la et progresse jusqu ’à la paroi des vaisseaux qui est paroi des vaisseaux qui est détruite également : détruite également : espèce à placenta espèce à placenta hémochorialhémochorial

La réaction décidualeLa réaction déciduale

Le contact du blastocyste Le contact du blastocyste avec l ’endomètre entraîne avec l ’endomètre entraîne une réaction du stroma une réaction du stroma endométrial: la réaction endométrial: la réaction décidualedéciduale

Elle est caractérisée par : une Elle est caractérisée par : une augmentation de la augmentation de la perméabilité vasculaire perméabilité vasculaire ( œdème) ; par une ( œdème) ; par une néoangiogenèse et par une néoangiogenèse et par une modification des cellules qui modification des cellules qui se chargent de glycogène et de se chargent de glycogène et de lipides ( cellules déciduales)lipides ( cellules déciduales)

Elle se propage à partir de la Elle se propage à partir de la zone d ’attachementzone d ’attachement

Sécrétion de glycodéline A Sécrétion de glycodéline A (tolérance immunitaire)(tolérance immunitaire)

Le langage de l ’invasionLe langage de l ’invasion

Les cellules trophoblastiques se lient aux constituants de la MB et Les cellules trophoblastiques se lient aux constituants de la MB et de la MEC par des récepteurs spécifiques de la MEC par des récepteurs spécifiques ( intégrines( intégrines), présents à ), présents à la surface des cellules de l ’embryon et ancrant les la surface des cellules de l ’embryon et ancrant les invadopodes invadopodes dans la laminine de la MBdans la laminine de la MB

Les cellules trophoblastiques sécrètent des enzymes protéolytiques Les cellules trophoblastiques sécrètent des enzymes protéolytiques : en particulier des : en particulier des métalloprotéinases matricielles ( MPP) et des métalloprotéinases matricielles ( MPP) et des activateurs du plasminogèneactivateurs du plasminogène. Ces enzymes digèrent le collagène de . Ces enzymes digèrent le collagène de la MB et permettent la progression du blastocyste dans le stroma la MB et permettent la progression du blastocyste dans le stroma utérin grâce à des mécanismes similaires ( ancrage sur les utérin grâce à des mécanismes similaires ( ancrage sur les protéines de la MEC par des intégrines et dégradation protéines de la MEC par des intégrines et dégradation enzymatiqueenzymatique

Cette invasion est analogue à celle du processus Cette invasion est analogue à celle du processus tumoral, à la différence qu ’elle est finement tumoral, à la différence qu ’elle est finement autorégulée avec sécrétion d ’antagonistes des autorégulée avec sécrétion d ’antagonistes des MMP par les cellules du trophoblaste et du MMP par les cellules du trophoblaste et du stroma endométrialstroma endométrial

Effectivement, le trophoblaste est toujours plus Effectivement, le trophoblaste est toujours plus invasif dans les implantations ectopiquesinvasif dans les implantations ectopiques