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La Fécondation La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d ’Histologie, Service d ’Histologie, Biologie de la Biologie de la Reproduction et Reproduction et Cytogénétique Cytogénétique Hôpital Hôpital Tenon Tenon

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Page 1: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

La FécondationLa Fécondation

Jacqueline MandelbaumJacqueline Mandelbaum

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

Reproduction et CytogénétiqueReproduction et Cytogénétique

Hôpital TenonHôpital Tenon

Page 2: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

La fécondation est la rencontre et la La fécondation est la rencontre et la fusion de deux cellules haploïdes fusion de deux cellules haploïdes ( aboutissement de la méiose), le gamète ( aboutissement de la méiose), le gamète masculin ou masculin ou spermatozoïdespermatozoïde ( spz) ( spz) et le et le gamète féminin ou gamète féminin ou ovocyteovocyte en une en une cellule unique diploïde: le cellule unique diploïde: le zygotezygote

La rencontre des gamètes répond, dans La rencontre des gamètes répond, dans l ’espèce humaine à des conditions l ’espèce humaine à des conditions chronologiques chronologiques ( période de ( période de fécondabilité) et fécondabilité) et topographiques topographiques ( trajet des spz, site de fécondation) ( trajet des spz, site de fécondation) bien précisesbien précises

Elle comprend schématiquement 7 Elle comprend schématiquement 7 étapes successives.étapes successives.

Page 3: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Période de fécondabilitéPériode de fécondabilité

Période du cycle menstruelPériode du cycle menstruel pendant laquelle un rapport pendant laquelle un rapport sexuel peut être fécondant et sexuel peut être fécondant et suivi d ’une grossessesuivi d ’une grossesse

Dépend de la date Dépend de la date d ’ovulation et de la durée de d ’ovulation et de la durée de survie des gamètessurvie des gamètes

SpermatozoïdeSpermatozoïde: 3 à 4 jours : 3 à 4 jours après pénétration dans la après pénétration dans la glaire cervicaleglaire cervicale

OvocyteOvocyte: 24 h après : 24 h après l ’ovulationl ’ovulation

Ne dépasse pas 5 joursNe dépasse pas 5 jours

Page 4: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Le trajet du spermatozoïdeLe trajet du spermatozoïde

Après l ’éjaculation, dépôt au fond du vagin de 200 à 500 millions de Après l ’éjaculation, dépôt au fond du vagin de 200 à 500 millions de spz en suspension dans le plasma séminal essentiellement composé du spz en suspension dans le plasma séminal essentiellement composé du produit des glandes annexes : vésicules séminales (VS), prostate, produit des glandes annexes : vésicules séminales (VS), prostate, glandes de Cowper.glandes de Cowper.

Coagulum (séménogélines des VS + enzymes prostatiques)Coagulum (séménogélines des VS + enzymes prostatiques) Liquéfaction en 20 à 30 minutes par action d ’une protéase prostatique Liquéfaction en 20 à 30 minutes par action d ’une protéase prostatique

: la PSA ( antigène spécifique prostatique): la PSA ( antigène spécifique prostatique)

Page 5: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Le trajet du spermatozoïdeLe trajet du spermatozoïde

En période préovulatoire, l ’orifice En période préovulatoire, l ’orifice externe du col laisse sourdre un externe du col laisse sourdre un mucus abondant et fluide ( mucus abondant et fluide ( glaireglaire) ) avec lequel les spz mobiles entrent avec lequel les spz mobiles entrent en contact puis pénètrent le canal en contact puis pénètrent le canal cervical en nageant à contre-cervical en nageant à contre-courantcourant

Test post-coïtal de Hühner.Test post-coïtal de Hühner.

Page 6: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

La glaire est un hydrogel, formant un système La glaire est un hydrogel, formant un système fibrillaire fait de longues chaînes fibrillaire fait de longues chaînes glycoprotéiques réunies par des ponts glycoprotéiques réunies par des ponts disulfures. En phase préovulatoire (disulfures. En phase préovulatoire (estrogènesestrogènes), ), elles sont orientées parallèlement à l ’axe du elles sont orientées parallèlement à l ’axe du canal cervical, forment un filet à canal cervical, forment un filet à mailles larges mailles larges (30 (30 m)m) qui guide les spz en sélectionnant les qui guide les spz en sélectionnant les spz mobiles à trajet progressif linéaire et en les spz mobiles à trajet progressif linéaire et en les isolant du plasma séminal isolant du plasma séminal

Les spz qui n ’ont pas pénétré la glaire sont Les spz qui n ’ont pas pénétré la glaire sont rapidement détruits par l rapidement détruits par l ’acidité vaginale’acidité vaginale (brièvement tamponnée par le plasma séminal)(brièvement tamponnée par le plasma séminal)

Après l ’ovulation, la production de glaire Après l ’ovulation, la production de glaire diminue et la structure change diminue et la structure change (P) mailles(P) mailles rétrécies, enchevêtrées (3 à 4 rétrécies, enchevêtrées (3 à 4 m)m) glaire glaire collante, imperméable aux spz (contraception collante, imperméable aux spz (contraception progestative microdosée)progestative microdosée)

Page 7: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

La migration des spz dans les voies génitales La migration des spz dans les voies génitales femellesfemelles

1% des spz1% des spz migrent à travers le migrent à travers le col utérin ( 3 M)col utérin ( 3 M)

Phase initiale rapidePhase initiale rapide: présents : présents dans les minutes qui suivent le dans les minutes qui suivent le coït dans l ’utérus ( mobilité coït dans l ’utérus ( mobilité propre, cellules ciliées de propre, cellules ciliées de l ’endomètre, contractilité); l ’endomètre, contractilité); colonisation des cryptes; colonisation des cryptes; libération IIlibération II

Sphincter utérotubaireSphincter utérotubaire règle règle leur pénétration dans la trompe leur pénétration dans la trompe (quelques centaines), 30 minutes (quelques centaines), 30 minutes après le coït.après le coït.

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La migration des spz dans les voies génitales La migration des spz dans les voies génitales femellesfemelles

Isthme tubaireIsthme tubaire= 2= 2ème ème lieu de lieu de stockage; ralentissement et stockage; ralentissement et immobilisation des spz: immobilisation des spz: liaison temporaire aux liaison temporaire aux cellules tubaires, cellules tubaires, hyperviscosité des sécrétions hyperviscosité des sécrétions isthmiques, œdème de la isthmiques, œdème de la paroi ( paroi ( rôle desrôle des estrogènes) estrogènes)

Les spz finissent par traverser Les spz finissent par traverser la trompe dans toute sa la trompe dans toute sa longueur et s ’accumulent longueur et s ’accumulent dans le cul de sac de Douglasdans le cul de sac de Douglas

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La migration des spz dans la trompeLa migration des spz dans la trompe

Au moment de l ’ovulationAu moment de l ’ovulation,, les spz gagnent la région les spz gagnent la région ampullaire, aidés par les ampullaire, aidés par les contractions de la trompe contractions de la trompe qui se font en fin de phase qui se font en fin de phase folliculaire des extrémités folliculaire des extrémités ( isthme et pavillon) vers la ( isthme et pavillon) vers la jonction isthme-ampoule).jonction isthme-ampoule).

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La migration des spz dans la trompeLa migration des spz dans la trompe

Après l ’ovulation, Après l ’ovulation, les spz qui arrivent les spz qui arrivent dans l ’ampoule, se retrouvent face à la dans l ’ampoule, se retrouvent face à la masse imposante de l ’ovocyte entouré masse imposante de l ’ovocyte entouré des cellules de la corona radiata et du des cellules de la corona radiata et du cumuluscumulus

Possible attractionPossible attraction des spz par le des spz par le complexe cumulo-ovoytaire (CCO) : complexe cumulo-ovoytaire (CCO) : chémoattraction comme pour les chémoattraction comme pour les espèces où la fécondation a lieu dans espèces où la fécondation a lieu dans l ’eau de mer? Chez l ’humain, l ’eau de mer? Chez l ’humain, in vitroin vitro, , la nage des spz est plus rapide en la nage des spz est plus rapide en présence d ’un CCO et le spz humains présence d ’un CCO et le spz humains possède des récepteurs chémosensibles possède des récepteurs chémosensibles analogues à ceux de l ’épithélium olfactif. analogues à ceux de l ’épithélium olfactif. In vivo ?In vivo ?

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Le transport de l ’ovocyte dans la trompeLe transport de l ’ovocyte dans la trompe

L ’ovocyte ovulé ,au sein du CCO, est L ’ovocyte ovulé ,au sein du CCO, est capté capté à la surface de l ’ovaire par les à la surface de l ’ovaire par les franges du pavillonfranges du pavillon ( et rôle de la ( et rôle de la musculature lisse du mésosalpinx pour musculature lisse du mésosalpinx pour rapprocher trompe et ovaire) mais... rapprocher trompe et ovaire) mais... grossesses en cas de trompe unique et grossesses en cas de trompe unique et ovaire unique controlatéral et lors ovaire unique controlatéral et lors d ’inséminations dans le cul de sac de d ’inséminations dans le cul de sac de Douglas: le CCO et les spz ont des Douglas: le CCO et les spz ont des capacités de migration assez larges dans capacités de migration assez larges dans des conditions extêmesdes conditions extêmes

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Le transport de l ’ovocyte dans la trompeLe transport de l ’ovocyte dans la trompe

Dans la trompeDans la trompe, les cils balaient , les cils balaient le CCO rapidement de l ’ostium le CCO rapidement de l ’ostium vers l ’ampoule . Mais les vers l ’ampoule . Mais les femmes atteintes d ’un femmes atteintes d ’un syndrome de Kartagener syndrome de Kartagener ( syndrome d ’immotilité de ( syndrome d ’immotilité de tous les cils de l ’organisme) tous les cils de l ’organisme) sont cependant fertiles.sont cependant fertiles.

Il y séjourne environ 72 h car Il y séjourne environ 72 h car l ’activité contractile tubaire est l ’activité contractile tubaire est faible en postovulatoire (effet faible en postovulatoire (effet de la progestérone) et blocage de la progestérone) et blocage persistant au niveau de persistant au niveau de l ’ isthmel ’ isthme

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C ’est dans l ’ampoule tubaire que spz et ovocyte se C ’est dans l ’ampoule tubaire que spz et ovocyte se rencontrent et qu ’aura lieu la fécondation proprement rencontrent et qu ’aura lieu la fécondation proprement

dite en schématiquement 7 étapesdite en schématiquement 7 étapes

La capacitationLa capacitation La traversée du cumulusLa traversée du cumulus Reconnaissance et fixation du Reconnaissance et fixation du

spz à la zone pellucide (ZP) et spz à la zone pellucide (ZP) et réaction acrosomique (RA)réaction acrosomique (RA)

La traversée de la ZPLa traversée de la ZP La fixation et la fusion des La fixation et la fusion des

membranes plasmiques des 2 membranes plasmiques des 2 gamètesgamètes

L ’activation de l ’ovocyteL ’activation de l ’ovocyte La formation des pronucleiLa formation des pronuclei

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Le spz des mammifères n ’est pas fécondant lorsqu ’il est éjaculé. Il le Le spz des mammifères n ’est pas fécondant lorsqu ’il est éjaculé. Il le devient après un séjour dans les voies génitales femelles où il subit les devient après un séjour dans les voies génitales femelles où il subit les

modifications nécessaires à l ’acquisition de la fécondancemodifications nécessaires à l ’acquisition de la fécondance: : la capacitationla capacitation

Lieu in vivoLieu in vivo : dans : dans l ’utérus et les trompes l ’utérus et les trompes (isthme); d ’autant plus (isthme); d ’autant plus courte qu ’on approche courte qu ’on approche de l ’ovulation de l ’ovulation (estrogènes)(estrogènes)

In vitro (1951)In vitro (1951) : elle : elle nécessite l ’enlèvement nécessite l ’enlèvement du plasma séminal du plasma séminal ( lavage par ( lavage par centrifugation douce); centrifugation douce); elle estelle est réversibleréversible

Enlèvement des protéines de surfaceEnlèvement des protéines de surface déposées sur la membrane du spz dans déposées sur la membrane du spz dans l ’épididyme ou apportées par les glandes l ’épididyme ou apportées par les glandes annexes et assurant une protection annexes et assurant une protection supplémentaire après l ’éjaculationsupplémentaire après l ’éjaculation

Enlèvement d ’une partie du cholestérolEnlèvement d ’une partie du cholestérol libre intercalé entre les phospholipides libre intercalé entre les phospholipides membranaires.membranaires.

Plus le trajet épididymaire est long ( 13 Plus le trajet épididymaire est long ( 13 jours chez le bélier) plus la capacitation jours chez le bélier) plus la capacitation est longue. Chez l ’humain trajet court (5 est longue. Chez l ’humain trajet court (5 à 6 jours) et durée de capacitation courte à 6 jours) et durée de capacitation courte (≤ 1 heure).(≤ 1 heure).

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La capacitation met en jeu 3 mécanismes successifsLa capacitation met en jeu 3 mécanismes successifs

Les glycosaminoglycanes Les glycosaminoglycanes (GAGs) des voies génitales (GAGs) des voies génitales femelles fixent les protéines femelles fixent les protéines de revêtement, provenant de de revêtement, provenant de l ’épididyme et des glandes l ’épididyme et des glandes annexes, qui possèdent un annexes, qui possèdent un récepteur pour ces GAGs. récepteur pour ces GAGs.

L ’albumine et l ’acidité du L ’albumine et l ’acidité du milieu utérin ( pH ≤ 6,5) milieu utérin ( pH ≤ 6,5) permettent le détachement permettent le détachement d ’autres protéines non liées à d ’autres protéines non liées à la membrane par des liaisons la membrane par des liaisons covalentes covalentes libération des protéines de libération des protéines de surfacesurface

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Enlèvement du cholestérolEnlèvement du cholestérol libre par des accepteurs libre par des accepteurs ( serumalbumine, lipoprotéines HDL et LDL) présents dans ( serumalbumine, lipoprotéines HDL et LDL) présents dans les sécrétions génitales ce qui redonne de les sécrétions génitales ce qui redonne de la mobilité aux la mobilité aux Phospholipides membranaires et laisse pénétrer des ions Phospholipides membranaires et laisse pénétrer des ions dont le calciumdont le calcium

Page 17: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Le calcium se lie à la phosphatidylsérine (PS) qui Le calcium se lie à la phosphatidylsérine (PS) qui ne stabilise plus la phosphatidyléthanolamine ne stabilise plus la phosphatidyléthanolamine (PE) qui quitte la bicouche lipidique pour former (PE) qui quitte la bicouche lipidique pour former des micelles fluidifiant ++ la Mb.des micelles fluidifiant ++ la Mb.

Enfin, la perte de résidus glucidiques ( grâce à Enfin, la perte de résidus glucidiques ( grâce à l ’action des enzymes des voies génitales) remanie l ’action des enzymes des voies génitales) remanie les les chaînes oligosaccharidiques des protéines de chaînes oligosaccharidiques des protéines de structurestructure qui deviennent lisibles et mobiles qui deviennent lisibles et mobiles

Page 18: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

La capacitation entraîne ainsi une déstabilisation La capacitation entraîne ainsi une déstabilisation membranaire dont les conséquences seront:membranaire dont les conséquences seront:

Le démasquage des récepteurs spermatiquesLe démasquage des récepteurs spermatiques permettant la permettant la fixation à la zone pellucidefixation à la zone pellucide

La mobilisation des protéinesLa mobilisation des protéines (surtout au niveau de la région (surtout au niveau de la région périacrosomique) et la périacrosomique) et la perméabilité au calciumperméabilité au calcium. Tout ceci prépare . Tout ceci prépare le spz à faire sa réaction acrosomique.le spz à faire sa réaction acrosomique.

HyperactivationHyperactivation: la mobilité du spz se transforme en une mobilité : la mobilité du spz se transforme en une mobilité hyperactivée. Des brusques secousses en coup de fouet remplacent hyperactivée. Des brusques secousses en coup de fouet remplacent les ondes régulières du battement flagellaire. La nage progressive les ondes régulières du battement flagellaire. La nage progressive linéaire devient une linéaire devient une nage circulairenage circulaire. . L ’influx de calcium augmente en effet l ’activité adénylatecyclase L ’influx de calcium augmente en effet l ’activité adénylatecyclase d ’où une d ’où une élévation du taux d ’AMPcélévation du taux d ’AMPc dans le spz, ce qui augmente dans le spz, ce qui augmente la mobilité.la mobilité.

Page 19: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

La traversée du cumulusLa traversée du cumulus

L ’ovocyte ovulé est entouré par un cumulus expansé L ’ovocyte ovulé est entouré par un cumulus expansé dont les cellules sont englobées dans une matrice dont les cellules sont englobées dans une matrice acellulaire, riche en acide hyaluroniqueacellulaire, riche en acide hyaluronique

Seuls les spermatozoïdes capacités pénètrent le Seuls les spermatozoïdes capacités pénètrent le cumulus et la corona radiata tout en conservant un cumulus et la corona radiata tout en conservant un acrosome intactacrosome intact

La hyaluronidase ne semble pas indispensable à cette La hyaluronidase ne semble pas indispensable à cette traversée: pénétration du cumulus de hamster par des traversée: pénétration du cumulus de hamster par des spz sans hyaluronidase (oursin)spz sans hyaluronidase (oursin)

Page 20: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Reconnaissance et fixation du spz à la zone pellucideReconnaissance et fixation du spz à la zone pellucide

La zone pellucide (ZP)La zone pellucide (ZP) de de l ’ovocyte ne reconnaît et ne fixe l ’ovocyte ne reconnaît et ne fixe que les spz capacités de la même que les spz capacités de la même espèce.espèce.

Cette reconnaissanceCette reconnaissance met en jeu met en jeu des systèmes de liaison généraux des systèmes de liaison généraux par lesquels les cellules se fixent à par lesquels les cellules se fixent à des lames basales ou des matrices des lames basales ou des matrices extracellulairesextracellulaires

Page 21: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Reconnaissance et fixation du spz à la zone pellucideReconnaissance et fixation du spz à la zone pellucide

La ZP est composée deLa ZP est composée de 3 3 glycoprotéinesglycoprotéines : ZP1 : ZP1 (200 kD), ZP2 (120 kD) (200 kD), ZP2 (120 kD) et ZP3 (83 kD)et ZP3 (83 kD)

ZP3ZP3: chaîne : chaîne polypeptidique sur polypeptidique sur laquelle sont attachées laquelle sont attachées des petites chaînes des petites chaînes oligosaccharidiquesoligosaccharidiques

ZP2 et ZP3ZP2 et ZP3, disposées en , disposées en alternance, forment une alternance, forment une trame dont les mailles trame dont les mailles sont étroite ment réunies sont étroite ment réunies par ZP1.par ZP1.

Page 22: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Reconnaissance et fixation Reconnaissance et fixation primaireprimaire du spz à la ZP du spz à la ZP

Elle implique la ZP3Elle implique la ZP3 au niveau de l ’ovocyte et des récepteurs au niveau de l ’ovocyte et des récepteurs spécifiques de la Mb plasmique recouvrant la partie spécifiques de la Mb plasmique recouvrant la partie antérieure de l ’acrosome spermatique. La fixation débute antérieure de l ’acrosome spermatique. La fixation débute au niveau de l ’apex du spzau niveau de l ’apex du spz

Page 23: La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Jacqueline Mandelbaum Service d Histologie, Biologie de la Service d Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique

Le système de fixation le plus étudié comprend laLe système de fixation le plus étudié comprend la GalTase GalTase (galactosyltransférase) du spz (enzyme membranaire) qui se fixe à (galactosyltransférase) du spz (enzyme membranaire) qui se fixe à une chaîne oligosaccharidique de ZP3 ( mais des souris invalidées une chaîne oligosaccharidique de ZP3 ( mais des souris invalidées pour le gène de la GalTase sont fertiles redondances )pour le gène de la GalTase sont fertiles redondances )

Système Système mannosidase mannosidase - oligosaccharide existe également chez - oligosaccharide existe également chez l ’humainl ’humain

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La réaction acrosomiqueLa réaction acrosomique