L'infertilité masculine, sujet encore trop souvent tabou, peut engendrer des sentiments de honte et d'impuissance chez les hommes. Comprendre les mécanismes complexes de la reproduction masculine, notamment le développement des cellules germinales spermatozoïdes, est essentiel pour mieux appréhender les causes potentielles de dysfonctionnement.
Spermatogenèse : La Fabrique des Spermatozoïdes
La reproduction chez l'homme est un processus séquencé, nécessitant le concours de différents organes et hormones. La spermatogenèse, processus de formation des gamètes mâles (spermatozoïdes), est un phénomène clé qui se déroule au cœur des testicules, les glandes endocrines de l'appareil génital masculin.
Les Acteurs de la Spermatogenèse
La spermatogenèse se déroule à l'intérieur des tubes séminifères, situés dans les testicules. Plusieurs types de cellules y jouent un rôle crucial :
- Cellules germinales : Elles passent par des phases de multiplication, méiose et maturation, se transformant en spermatogonies, spermatocytes et spermatides, pour finalement devenir des spermatozoïdes. Ce processus dure environ 72 jours. Les mitoses cessent à la naissance.
- Cellules de Sertoli : Elles assurent un rôle nourricier essentiel aux spermatozoïdes, notamment par la sécrétion d'une protéine APB qui permet de faire circuler la testostérone jusque dans les cellules germinales et d'activer ainsi la spermatogenèse.
- Cellules de Leydig : Situées dans le tissu interstitiel, elles produisent et sécrètent environ 85% de la testostérone chez l'homme, une hormone indispensable au bon déroulement de la spermatogenèse et à l'apparition des caractères sexuels secondaires. Le processus peut se poursuivre jusqu'à un âge avancé.
Le Voyage des Spermatozoïdes
Une fois formés, les spermatozoïdes se détachent de la paroi des tubes séminifères et sont pris en charge par les voies excrétrices : tubes droits, rete testis, cônes efférents, épididyme, canal déférent et urètre. L'épididyme joue un rôle important dans la maturation et le transit des spermatozoïdes.
Lorsque les spermatozoïdes sont développés et matures, ils sont expulsés lors de l'éjaculation.
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Régulation Hormonale : L'Orchestre de la Spermatogenèse
L'action du testicule est régie par le complexe Hypothalamo-Hypophysaire. L'Hypothalamus envoie des ordres par voie nerveuse et sanguine (hormone GnRH) à l'hypophyse. Celle-ci stimule à son tour les gonades (testicules) par la sécrétion des hormones suivantes :
- LH (luteinizing hormone) : Agit sur le développement des cellules germinales et permet la stimulation et la sécrétion de testostérone par les cellules de Leydig (et par voie endocrine la sécrétion de FSH).
- FSH (follicule stimulating hormone) : Agit directement sur les cellules de Sertoli et active la spermatogenèse.
Un processus de rétroaction négative, partant des testicules vers le complexe Hypothalamo-Hypophysaire, permet de maintenir une concentration globalement constante d'hormones dans le sang. Si la concentration en testostérone augmente, l’hypophyse ralentit la sécrétion de FSH et de LH, et inversement.
La période pubertaire est le moment clé où s'installe la fonction testiculaire, sous l'influence de ces hormones.
Spermatogonies : Les Cellules Souches de la Spermatogenèse
Les spermatozoïdes sont produits dans les testicules, dans les tubes séminifères, à partir de cellules germinales appelées spermatogonies, qui sont les cellules souches germinales masculines (CSGs). Certaines de ces spermatogonies se multiplient pour entretenir le stock permanent de cellules souches, ce qui permet la production de spermatozoïdes tout au long de la vie de l’homme. D’autres se divisent en se différenciant en spermatozoïdes.
Cette longue transformation comprend deux divisions cellulaires sans synthèse d’ADN entre les deux et aboutit à des spermatozoïdes qui comportent deux fois moins d’ADN que les autres cellules de l’organisme. Outre cette division cellulaire, l’autre événement essentiel de la synthèse d’un spermatozoïde, c’est l’acquisition de sa forme si particulière : c’est la plus petite cellule de l’organisme, dotée d’un cil mobile appelé flagelle propulsé grâce à de l’énergie fournie par des mitochondries enroulées au niveau de la pièce intermédiaire du flagelle.
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Cellules Germinales Primordiales (PGC)
Chez l’embryon de souris à E7,25, il y a apparition de 15 à 100 cellules germinales primordiales (PGC) dans l’endoderme du sac vitellin et dans la région de l’allantoïde proche de la ligne primitive.
Contrairement à beaucoup d’autres modèles, chez les Mammifères, les PGC ne se forment pas par héritage de matériel cytoplasmique mais par induction. Les souris Bmp4-/- ne forment pas de cellules germinales et l’expression ectopique de BMP4 dans un épiblaste compétent peut induire des cellules germinales ectopiques. On en déduit que le destin des cellules germinales est induit dans l’épiblaste vers le jour embryonnaire E6 par BMP4 produit dans l’ectoderme extra-embryonnaire (Lawson et al., 1999). En réponse au BMP4, les cellules induites en PGC activent l’expression de Oct4 et de Sox2 qui codent des facteurs de transcription impliqués dans la pluripotence et le profil de méthylation de l’ADN de ces cellules change. Blimp1 (Prdm1) et Prdm14 sont des régulateurs transcriptionnels critiques pour le devenir des PGC (Kurimoto et al., 2008, Ohinata et al., 2005, Vincent et al., 2005, Yamaji et al., 2008), de même que AP2γ (codé par Tfap2C) qui agit en coordination avec d’autres facteurs de transcription, tels que PAX5 et SOX17. La spécification des PGC nécessite l’activité de régulateurs de la chromatine qui induisent des changements à l’échelle du génome dans l’expression des gènes. Par exemple, chez la souris, le répresseur transcriptionnel Prdm1 initie la spécification des PGC en bloquant l’expression d’un programme mésodermique qui reste actif dans les cellules somatiques voisines sans Prdm1 (Ohinata et al., 2005) et il réprime également l’expression des gènes Hox (Yabuta er al., 2006).
Les PGC migrent dans l’épithélium endodermique de l’intestin postérieur où 170 à 350 PGC se trouvent au jour 9 du développement fœtal chez la souris, puis le long du mésentère dorsal vers les crêtes génitales situées dans le toit du cœlome qui est le site du développement des gonades (Molyneaux et al., 2001). Durant cette migration, les PGC sont entourées de cellules sécrétant SCF (pour Stem Cell Factor) qui est indispensable pour leur survie et leur migration (Yan et al., 2000). Le récepteur de SCF est une tyrosine-kinase transmembranaire, c-kit.
Il y a environ 5 000 PGC dans les embryons de souris de 11 à 12 jours et plus de 20 000 PGC au moment où les crêtes génitales sont complètement colonisées aux jours 13-14. Chez l’humain, les crêtes génitales sont colonisées au cours de la 5ème semaine après la fécondation. Ces PGC sont la seule source de cellules germinales adultes. Ce n’est qu’une fois arrivées dans les crêtes génitales que les PGC activent l’expression de Dazl (une protéine se liant aux ARN) et qu’ainsi leur devenir est totalement restreint à la production de gamètes (des études récentes ont montré que les PGC en migration gardent des potentialités différentes (Nicholls et al., 2019). L’origine et la migration des PGC vers les crêtes génitales sont les mêmes chez les mâles et les femelles. Ces cellules sont bipotentielles, c’est-à-dire qu’elles peuvent donner des ovocytes ou des spermatozoïdes.
Durant le début de leur développement, les PGC subissent une reprogrammation épigénétique importante qui permet, entre autres, d’effacer des marques épigénétiques d’origine parentale ou provenant du début du développement embryonnaire. Les premières étapes de cette reprogrammation se produisent pendant la migration, et sont caractérisées par une perte de diméthylation de l’histone H3 lysine 9 (H3K9me2) à l’échelle du génome et par une augmentation de la triméthylation de l’histone H3 lysine 27 (H3K27me3) (Seki et al., 2005, Hajkova et al., 2008). De plus, une élimination globale de la méthylation de l’ADN, notamment dans les séquences impliquées dans l’empreinte parentale est observée et la méthylation de l’ADN atteint son minimum dans les gonades à environ E13,5 (Hajkova et al., 2002; Guibert et al., 2012).
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Infertilité Masculine : Quand la Machine se Grippe
L'infertilité involontaire d'un couple est définie par l'absence de grossesse après 12 à 24 mois de rapports sexuels complets, réguliers et sans contraception. Elle peut provenir de l'homme (30% des cas), de la femme (30% des cas), des deux partenaires (20 à 30 % des cas) ou d'une cause inconnue (15 % des cas).
Causes Possibles
Plusieurs facteurs peuvent altérer le processus de spermatogenèse et entraîner une infertilité masculine :
- Troubles testiculaires : Atteinte du stock de CSGs, anomalies génétiques, infections (virales, bactériennes), traumatismes, exposition à des toxiques, etc.
- Troubles hormonaux : Déséquilibre hormonal affectant la production de testostérone et la régulation de la spermatogenèse.
- Troubles des voies excrétrices : Obstruction, infection, etc.
- Facteurs liés au mode de vie : Tabagisme, consommation excessive d'alcool, stress, mauvaise alimentation, etc.
Bien que cela puisse paraître long, la plupart des hommes produisent chaque jour des millions de spermatozoïdes. Le corps masculin produit des spermatozoïdes en permanence : ainsi, le sperme d’un homme en bonne santé en contiendra toujours. Un homme ne se trouvera pas à court de spermatozoïdes, même s’il éjacule plusieurs fois par jour. Au fur et à mesure qu’un homme vieillit, le nombre et la qualité de ses spermatozoïdes ont tendance à diminuer. De plus, ses spermatozoïdes peuvent présenter davantage de mutations. Des facteurs liés à la santé et au mode de vie peuvent également réduire le nombre de spermatozoïdes ou en affecter la qualité.
La durée de vie des spermatozoïdes dépend véritablement des conditions dans lesquelles ils se trouvent. Les spermatozoïdes peuvent mourir en quelques minutes ou survivre pendant des mois. Une fois hors du corps d’un homme, les spermatozoïdes peuvent mourir en quelques minutes. La glaire cervicale produite aux alentours de l’ovulation contribue à protéger les spermatozoïdes et les maintient en vie. Les spermatozoïdes ont besoin d’humidité et de chaleur pour survivre. Il est donc très peu probable qu’une femme puisse tomber enceinte à partir de spermatozoïdes se trouvant dans l’eau. Si la cryogénisation des spermatozoïdes est légale dans votre pays, veuillez noter que les spermatozoïdes peuvent survivre pendant plusieurs dizaines d’années lorsqu’ils sont congelés à l’azote liquide (à une température de -196 °C). En réalité, les spermatozoïdes peuvent survivre indéfiniment s’ils sont conservés dans une banque de sperme. La plupart des banques de sperme au Royaume-Uni fixent habituellement la durée de conservation standard à 10 ans. La loi britannique repousse à 55 ans la conservation du sperme dans des circonstances particulières. Cependant, ces délais sont davantage dus à des raisons juridiques qu’à une quelconque date de péremption pour les spermatozoïdes congelés.
Diagnostic et Prise en Charge
L'exploration de l'infertilité masculine passe par un examen clinique, un spermogramme (analyse de la qualité et de la quantité des spermatozoïdes), des dosages hormonaux (FSH, LH, testostérone), et éventuellement des examens complémentaires (échographie testiculaire, caryotype).
Les traitements dépendent de la cause identifiée : traitement hormonal substitutif, chirurgie, assistance médicale à la procréation (insémination artificielle, fécondation in vitro).
Préserver la Fertilité Masculine
Adopter un mode de vie sain est essentiel pour préserver la fertilité masculine :
- Alimentation équilibrée : Privilégier les fruits, légumes, céréales complètes et limiter la consommation de graisses saturées et de sucres raffinés.
- Activité physique régulière : Pratiquer une activité physique modérée permet de maintenir un poids sain et de réduire le stress.
- Arrêt du tabac et limitation de la consommation d'alcool : Ces substances peuvent altérer la qualité des spermatozoïdes.
- Gestion du stress : Le stress peut avoir un impact négatif sur la production de spermatozoïdes.
- Éviter l'exposition à des toxiques : Limiter l'exposition à des pesticides, solvants, métaux lourds, etc.
- Gardez vos spermatozoïdes au frais : la température des testicules doit être inférieure à celle du corps afin d’offrir aux spermatozoïdes des conditions optimales. Les sous-vêtements amples, comme les boxers, peuvent vous y aider.
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