La fécondation, processus fondamental de la reproduction sexuée, implique généralement la fusion d'un seul spermatozoïde avec un ovocyte. Cependant, des événements exceptionnels peuvent survenir, déviant de ce schéma classique. Cet article explore le phénomène rare de la fécondation d'un ovocyte par deux spermatozoïdes, ses conséquences génétiques et les implications cliniques qui en découlent.
La fécondation : un processus fondamental
La fécondation est la toute première étape qui aboutit à la naissance d'un bébé. Elle résulte de la fusion de deux gamètes, l’un masculin, le spermatozoïde, l’autre féminin, l’ovocyte. Cette rencontre de deux gamètes (l'ovocyte et le spermatozoïde) a lieu dans l'utérus de la femme : elle autorise la création d'une première cellule, le début d'une nouvelle vie…
Chez l’homme, les spermatozoïdes sont produits de façon continue dans les testicules. Lors d’un rapport sexuel, ils sont déposés dans le vagin. Ils pénètrent ensuite dans l’utérus et poursuivent leur chemin jusqu’à l’ovocyte, si le rapport sexuel est très proche de l’ovulation, en remontant dans les trompes.
Chez la femme, les ovocytes se développent dans les ovaires. Comme l’homme a deux testicules, la femme a deux ovaires (droit et gauche). À la naissance, les ovaires ont déjà leur réserve définitive d’ovocytes, des milliers, dont quelques-uns seulement seront fécondés. Au début de chaque cycle, cinq à dix follicules existent sur chaque ovaire. L’un d’entre eux, vers le cinquième jour du cycle, devient le follicule dominant. Il grossit jusqu’au 14e jour. Les autres disparaissent. Le follicule dominant s’ouvre alors, libère l’ovocyte fécondable qui se place sur les franges mobiles de la trompe.
Un seul d’entre eux va pénétrer sous la membrane de l’ovocyte, c'est le spermatozoïde. La montée des spermatozoïdes dans l’utérus est favorisée par la sécrétion au niveau du col de l’utérus, sous l’influence de l’hormone œstradiol. Les premiers signes de fécondation apparaissent le lendemain de la pénétration du spermatozoïde fécondant dans l’ovocyte. L’embryon est formé le jour suivant, chemine dans le canal de la trompe. Il se divise progressivement, atteint l’utérus au 5e jour et s’implante environ deux jours plus tard dans la muqueuse.
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Les jumeaux : dizygotes et monozygotes
On décrit classiquement deux types de jumeaux : les dizygotes et les monozygotes. Les premiers proviennent de deux ovules fécondés par deux spermatozoïdes différents. Les dizygotes sont donc des « faux jumeaux ». Les monozygotes résultent de la division d’un ovule fécondé par un seul spermatozoïde. Ce processus conduit à deux embryons génétiquement identiques, ce que l’on appelle des « vrais jumeaux ».
La sesquizygosis : une gémellité exceptionnelle
C’est assurément une grossesse gémellaire hors norme que des médecins australiens décrivent dans un article paru dans The New England Journal of Medicine. Cette femme a porté des fœtus dont il s’avère qu’ils ne sont ni de « vrais jumeaux », ni de « faux jumeaux ». La réalité se situe entre les deux, comme nous allons le voir.
On a toujours pensé que parmi les millions de spermatozoïdes tentant de pénétrer dans l’ovule renfermant 23 chromosomes, un seul, également porteur d’un jeu de 23 chromosomes, pouvait le faire. En effet, si un deuxième spermatozoïde devait malgré tout y parvenir, l’embryon ne serait pas viable dans la mesure où l’œuf fécondé comporterait alors un jeu de 23 chromosomes de trop. Cela c’est la théorie. En pratique, cela peut arriver très exceptionnellement.
L’histoire commence lorsque que cette femme enceinte pour la première fois passe une échographie à la 6e semaine de grossesse. On détecte alors qu’elle porte des jumeaux qui partagent le même placenta et se développent dans deux sacs amniotiques. Ces deux vrais jumeaux sont séparés par une cloison délimitant les poches amniotiques. On parle alors de jumeaux monozygotes monochorioniques et biamniotiques. A vrai dire, les choses vont s’avérer bien plus complexes qu’il n’y paraît. En effet, lorsque cette femme se présente à la 14e semaine de grossesse pour passer une échographie de routine, les médecins ont la surprise de constater que ces jumeaux censés avoir un même patrimoine génétique et donc être de même sexe, ne le sont pas. Comment des jumeaux identiques pourraient-ils être frère et sœur ? Il est théoriquement absolument impossible qu’un garçon et une fille puissent être jumeaux identiques. Les médecins de l’université de Queensland à Brisbane entreprennent alors de réaliser des analyses génétiques sophistiquées sur les deux fœtus et leurs parents pour tenter de comprendre ce phénomène des plus étranges. Les échantillons proviennent des sacs amniotiques et du sang de la mère et du père.
Les résultats des analyses génétiques ont révélé que les jumeaux sont en fait semi-identiques. Les généticiens australiens ont reconstitué la séquence des événements improbables ayant pu aboutir à cette curiosité médicale. Au terme d’une batterie d’examens génétiques portant sur les cellules des jumeaux recueillies dans les sacs amniotiques et les cellules sanguines des deux parents, ils concluent que l’ovule a été fécondé par deux spermatozoïdes différents. Après la double fécondation, l’œuf s’est retrouvé, outre son jeu de 23 chromosomes, avec deux autres jeux de 23 chromosomes provenant des deux gamètes mâles. L’œuf contenait donc trois jeux de 23 chromosomes, un provenant de la mère et deux issus du père. Selon les auteurs, seules les cellules qui se sont développées à partir du matériel génétique des deux parents (cellules biparentales) ont été intégrées dans le processus ayant conduit à la gémellité. Les cellules uniparentales, contenant le matériel génétique des deux spermatozoïdes mais aucune contribution maternelle, se sont probablement arrêtées de se diviser.
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Dans ces embryons gémellaires, certaines cellules contiennent les chromosomes paternels provenant du premier spermatozoïde, tandis que d’autres cellules contiennent des chromosomes paternels provenant du deuxième spermatozoïde. Ces jumeaux n’ont donc pas un ADN identique d’origine paternel. Fécondation de l’ovule par deux spermatozoïdes, survie d’une répartition inégale des deux jeux génétiques d’origine paternel dans différentes cellules de l’embryon au stade précoce (blastomères chimériques), avant division de l’œuf et formation de deux embryons gémellaires semi-identiques (sesquizygosis).
Les chercheurs indiquent que ces embryons gémellaires partagent 100 % des gènes maternels mais n’ont en commun que 77,7 % d’ADN paternel. Les deux jumeaux sont donc génétiquement identiques pour leur mère mais diffèrent pour ce qui concerne la composition en ADN hérité de leur père. Les jumeaux ont pour formule génétique 46, XX/46, XY. L’un possède 47 % de cellules avec chromosome X et 53 % des cellules avec chromosome Y. Il s’est développé en garçon. L’autre, qui s’est développé en fille, possède 90 % de cellules avec un chromosome X et 10 % de cellules dotées d’un chromosome Y. Or les cellules d’une fille ne possèdent normalement aucun chromosome Y. Les généticiens parlent de chimérisme pour désigner cette situation dans laquelle des cellules de formule génétique différente coexistent chez un même individu. Un phénomène qui ne peut s’expliquer que par la fécondation d’un même ovule par deux spermatozoïdes différents.
Les chercheurs indiquent avoir réalisé des analyses génétiques poussées sur 968 paires de jumeaux et n’avoir identifié aucun cas de jumeau de ce type. La survenue de jumeaux semi-identiques est donc un événement extrêmement rare. C’est la première fois au monde que l’on détecte, au cours d’une grossesse, l’existence de jumeaux semi-identiques. A ce jour, seul un autre cas de jumeaux semi-identiques a été rapporté dans la littérature médicale, mais après la naissance. Cette gémellité issue d’un mécanisme exceptionnel a été décrite en 2007 par des médecins américains. Ils avaient été alertés par le fait qu’un jumeau présentait une ambiguïté sexuelle (hermaphrodisme). L’autre était un garçon, mais possédait toutefois un pourcentage significatif de cellules de formule chromosomique XX (chimérisme génétique).
Complications potentielles et suivi médical
Un des jumeaux australiens n’a pas été exempt de complications, sans que l’on sache si celles-ci sont directement imputables à son étonnant patrimoine génétique. La fillette a en effet développé une éruption cutanée du membre supérieur droit, s’étendant du milieu du bras jusqu’à la main. Un caillot, sans doute apparu juste avant la naissance, avait migré dans une artère du bras. Malgré la mise en route d’un traitement anticoagulant, la petite fille avait dû être amputée en-dessous de l’épaule à l’âge de quatre semaines. Trois ans plus tard, elle a dû subir l’ablation préventive des deux ovaires, les médecins ayant détecté d’importantes anomalies de développement des gonades (dysgénésie gonadique).
Aujourd’hui âgés de quatre ans, les jumeaux se développent normalement et ne présentent pas de signes extérieurs d’ambiguïté sexuelle.
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Fécondation in vitro : un aperçu
La fécondation In vitro, la fécondation est l'Union du gamète mâle (spermatozoïde) avec le gamète femelle (ovule) pour donner un œuf, ou zygote. La rencontre du spermatozoïde et de l'ovocyte a lieu dans la partie supérieure des trompes. Les spermatozoïdes remontent ensuite les voies génitales de la femme en nageant dans les sécrétions de l'utérus et des trompes. Seulement quelques dizaines de gamètes mâles atteignent l'ovule.
Afin de pouvoir féconder l'ovocyte, le spermatozoïde doit perforer son enveloppe (membrane pellucide). Pour cela, il produit et déverse des substances qui digèrent cette enveloppe, ce qui permet au spermatozoïde de rentrer en contact avec la membrane cytoplasmique du gamète féminin. Seul un noyau de spermatozoïde peut pénétrer dans l'ovocyte. Les ovocytes et les spermatozoïdes sont mis en présence. Puis ovocytes et spermatozoïdes sont placés dans un milieu de culture favorable à leur survie et mis dans l’incubateur à 37°C. Pendant les heures qui suivent, certains spermatozoïdes vont traverser le cumulus (nuage de cellules) et s’attacher à la zone pellucide qui entoure l’ovocyte. La zone pellucide est une barrière importante et le spermatozoïde doit exercer des mouvements vigoureux pour la traverser. En général, un seul de ces spermatozoïdes parvient à traverser la zone pellucide, atteindre la surface de l’ovocyte et pénétrer dans l’ovocyte. Les ovocytes sont débarrassés du nuage de cellules qui les entourent (corona radiata). Pour cela, ils sont placés dans un milieu contenant des enzymes destinés à dissocier et à disperser ces cellules. C’est l’étape de « décoronisation », qui est ensuite parachevée, au moyen de pipettes très fines. La maturation de l’ovocyte est en général achevée lors du recueil des ovocytes mais il arrive que quelques-uns des ovocytes soient encore immatures.
Anomalies des gamètes et assistance médicale à la procréation
Les gamètes peuvent présenter des anomalies quantitatives (même si ce sont des anomalies qui ne sont pas des anomalies en tant que telles du gamète). "Cette problématique quantitative de production de gamètes est assez fréquente. Cela peut correspondre chez l'homme à des anomalies du nombre de spermatozoïdes éjaculés ; chez la femme à des troubles de l'ovulation (non ovulation ou ovulation dysfonctionnelle liée à une anomalie de la réserve ovarienne ou de la commande ovarienne) ".
Les anomalies des gamètes peuvent être qualitatives. "Les anomalies morphologiques des spermatozoïdes se voit lors de l'analyse de sperme. Elles peuvent par exemple concerner la tête, le flagelle. L'ovule, lui, peut être granuleux, avoir une enveloppe épaissie, irrégulière. Ces anomalies morphologiques de l'ovule sont constatées lors d'une fécondation in vitro." Les gamètes peuvent aussi présenter des anomalies fonctionnelles, par exemple un problème de mobilité des spermatozoïdes (asthénospermie). "Toutes ces anomalies peuvent diminuer la fertilité ".
"En dernier lieu, il peut y avoir des anomalies génétiques : des anomalies chromosomiques concernant un chromosome ou un gros fragment de chromosome ou des problématiques génétiques avec une anomalie sur un ou plusieurs gènes, soit avec transmission d'une maladie présente chez les parents ou une modification du gène au moment de la création d'un nouvel individu ".
Si les anomalies des gamètes sont quantitatives (de façon non complète) ou qualitative hors problèmes génétiques, des procédures d'insémination intra-utérine ou de fécondation in vitro peuvent être proposées. Si l'anomalie quantitative est totale, "sont proposées des techniques d'assistance médicale à la procréation avec tiers donneur (don d'ovocytes ou de spermatozoïdes) ".
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