La fécondation, un processus biologique fondamental, marque le début de la vie humaine. Elle résulte de l'union entre un gamète mâle, le spermatozoïde, et un gamète femelle, l'ovocyte. Cette rencontre, orchestrée par des mécanismes complexes de reconnaissance et d'activation mutuelle, aboutit à la fusion des deux cellules et à la mise en commun de leur matériel génétique.
La Rencontre des Gamètes
Le Chemin du Spermatozoïde
Chez l'homme, des millions de spermatozoïdes sont éjaculés dans le vagin lors d'un rapport sexuel. Seuls quelques milliers d'entre eux parviennent à franchir la barrière du col utérin et à remonter dans les trompes de Fallope, guidés par les contractions vaginales et utérines. Ces contractions sont sous le contrôle de l'ocytocine, dont la sécrétion est stimulée par l'accouplement, et facilitées par les œstrogènes.
La nage flagellaire n'est pas le paramètre principal qui explique le déplacement des spermatozoïdes.
La Préparation du Spermatozoïde : La Capacitation
Un spermatozoïde éjaculé ne peut pas féconder directement un ovocyte. Il doit d'abord subir une série de modifications induites par les voies génitales femelles, un processus appelé capacitation.
La capacitation implique :
Lire aussi: Diagnostic des anomalies flagellaires
- La modification des propriétés membranaires : avec une perte de cholestérol membranaire et une concentration à l’avant de l’acrosome des radeaux lipidiques membranaires importants pour la fécondation.
- L'hyperactivation de la nage : liée à une entrée de Ca2+ dans le cytoplasme qui aboutit à la phosphorylation et à l’activation des dynéines flagellaires.
- Le démasquage des récepteurs spermatiques : perte des glycosides de surface ajoutés dans l’épididyme qui bloquent les récepteurs aux protéines de la zone pellucide de l’ovocyte.
- La réorganisation des microfilaments d’actine : ce qui est essentiel pour la future réaction acrosomiale.
Le Rôle Crucial du Flagelle Spermatozoïde
Au sein de l'oviducte, la nage flagellaire devient cruciale. Les spermatozoïdes ont besoin de mécanismes de navigation pour nager dans la bonne direction, basés sur des signaux biochimiques et biophysiques externes. Ils sont guidés par un gradient de température (thermocline de 2°C) le long de l'oviducte et sont capables de détecter un gradient de 0,014°C par millimètre.
Sur la membrane plasmique du spermatozoïde, un canal calcique activable par la progestérone appelé CatSper stimule la nage flagellaire. Les cellules de la corona radiata entourant l’ovocyte sécrètent de la progestérone, ce qui explique la chémoattraction des spermatozoïdes. La protéine CRISP1, également sécrétée par les cellules entourant l'ovocyte et se liant à CatSper, module la nage des spermatozoïdes à proximité de l'ovocyte.
Le Voyage de l'Ovocyte
Chez la femme, les ovocytes se développent dans les ovaires. Au début de chaque cycle menstruel, plusieurs follicules ovariens commencent à croître, mais un seul deviendra dominant et libérera un ovocyte mature lors de l'ovulation. L'ovocyte est capturé par les franges de la trompe de Fallope et transporté vers l'utérus.
La Fécondation : L'Union des Gamètes
La Traversée des Barrières par le Spermatozoïde
Seuls 200 spermatozoïdes environ finiront par atteindre l'ovocyte. Ils doivent traverser plusieurs barrières pour atteindre l'ovocyte :
- Le cumulus oophorus (nuage de cellules) : 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 zone pellucide : La zone pellucide est une matrice glycoprotéique qui entoure les ovocytes et a une épaisseur moyenne de 17 µm. Elle est essentielle pour la fécondation, plus précisément pour la reconnaissance des gamètes et pour la prévention de la polyspermie, et pour la protection des embryons précoces avant l’implantation. La zone pellucide est composée essentiellement de glycoprotéines appelées ZP1 à ZP4. ZP2 et ZP3 semblent être les glycoprotéines sur lesquelles s’attache le spermatozoïde lors de son arrivée dans la zone pellucide.
La Réaction Acrosomiale
La réaction acrosomiale est une exocytose dépendant du Ca2+ qui permet au spermatozoïde d’excréter le contenu de son acrosome. Cette réaction libère des enzymes, notamment la hyaluronidase, qui permet au spermatozoïde de se frayer un chemin à travers la corona radiata et la zone pellucide. Une autre enzyme libérée par la réaction acrosomiale, l’acrosine, joue un rôle plus controversé dans la traversée de la zone pellucide.
Lire aussi: Assemblage du flagelle : étude
La Fusion des Membranes Plasmiques
La fusion des membranes plasmiques des deux gamètes est initiée par l’interaction de IZUMO sur la membrane plasmique du spermatozoïde et de JUNO sur celle de l’ovocyte. Les souris mâles déficientes en Izumo (mais pas les souris femelles) sont stériles car le sperme dépourvu d’Izumo ne peut pas fusionner avec les ovules. La zone pellucide des ovocytes Juno−/− est pénétrée in vivo par des spermatozoïdes de type sauvage, mais ceux-ci ne fusionnent pas avec l’ovocyte muté.
L'Activation de l'Ovocyte
L'arrivée du spermatozoïde déclenche une série d'événements dans l'ovocyte, notamment :
- Le blocage de la polyspermie : Chez les amphibiens, l’arrivée du spermatozoïde se fait toujours par l’hémisphère animal. Elle entraîne un blocage de la polyspermie rapide sous la forme d’une dépolarisation membranaire. Une augmentation de la concentration du Ca2+ cytoplasmique provoque l’exocytose des granules corticaux. Les mucopolysaccharides des granules corticaux provoquent un appel d’eau dont l’afflux génère un espace entre la membrane plasmique et l’enveloppe vitelline.
- La reprise de la méiose : correspond à un passage du stade G2 au stade M. par le MPF (M-phase promoting factor).
L'Assistance Médicale à la Procréation (AMP)
Lorsque la fécondation naturelle est compromise, l'Assistance Médicale à la Procréation (AMP) offre des solutions.
La Fécondation In Vitro (FIV)
La Fécondation In Vitro (FIV) consiste à mettre en présence les ovocytes et les spermatozoïdes dans un milieu de culture favorable à leur survie, puis à les placer dans un incubateur à 37°C.
L'ICSI (Intra Cytoplasmic Sperm Injection)
L'ICSI (Intra Cytoplasmic Sperm Injection) est une technique d'AMP qui consiste à injecter directement un spermatozoïde dans l'ovocyte.
Lire aussi: Comprendre la tératospermie
Les étapes de l'ICSI sont les suivantes :
- La décoronisation : La couronne de cellules qui entoure l’ovocyte est enlevée pour visualiser l’endroit où va se faire la micro-injection.
- La sélection des ovocytes matures : Seuls les ovocytes matures seront micro-injectés.
- La micro-injection : Sous contrôle d’un microscope, le biologiste maintient l’ovocyte avec une micropipette et, avec une autre micropipette, aspire le spermatozoïde sélectionné puis l’injecte à l’intérieur de l’ovocyte.
L'IMSI (Injection Magnifiée de Spermatozoïde)
L'IMSI (Injection Magnifiée de Spermatozoïde) suit le même procédé que l'ICSI, à la seule différence que l’observation des spermatozoïdes se fait avec un microscope spécial. Il est alors possible grâce à l’IMSI, d’observer des détails qui ne sont pas visibles autrement, par exemple, la structure de la tête.
tags: #flagelle #fécondation #ovocyte