La fécondation, étape cruciale de la reproduction, est un processus complexe et fascinant qui marque le début d'une nouvelle vie. Elle implique la rencontre et la fusion des gamètes mâle et femelle, le spermatozoïde et l'ovule, respectivement. Comprendre les étapes de ce processus est essentiel pour appréhender les mécanismes de la reproduction et les défis potentiels liés à la fertilité.
Rencontre des Gamètes : Préparation et Voyage
Production et Transport des Spermatozoïdes
Chez l'homme, les spermatozoïdes sont produits continuellement dans les testicules. Lors d'un rapport sexuel, ils sont déposés dans le vagin. Parmi les millions de spermatozoïdes éjaculés, seuls quelques centaines atteignent les trompes de Fallope où l'ovule attend patiemment. Les contractions vaginales et utérines, contrôlées par les muscles lisses et stimulées par l'ocytocine, jouent un rôle crucial dans ce transport. Les œstrogènes, dont la concentration sanguine est maximale autour de la période de l'ovulation, facilitent ces contractions utérines.
Maturation de l'Ovule
Un follicule est "un petit sac" contenant du liquide et l'ovocyte, ou ovule. L'un des follicules, vers le cinquième jour du cycle, devient le follicule dominant. Il grossit jusqu'au 14e jour (pour un cycle de 28 jours). Ce jour-là, si les conditions sont réunies, il y a ovulation. Après l'ovulation, l'ovule a une durée de vie de 12 à 24 heures, période pendant laquelle il peut être fécondé par un spermatozoïde.
Capacitation des Spermatozoïdes
Un spermatozoïde éjaculé ne peut pas directement féconder un ovocyte. Des modifications induites par les voies génitales femelles (utérus et surtout oviducte) doivent avoir lieu. C'est la capacitation. Les propriétés membranaires sont alors modifiées avec une perte de cholestérol membranaire et une concentration à l'avant de l'acrosome des radeaux lipidiques membranaires importants pour la fécondation. Il y a 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. Des récepteurs spermatiques sont démasqués (perte des glycosides de surface ajoutés dans l'épididyme qui bloquent les récepteurs aux protéines de la zone pellucide de l'ovocyte). Les microfilaments d'actine sont réorganisés, ce qui est essentiel pour la future réaction acrosomiale.
La capacitation implique des voies de signalisation complexes et des flux ioniques. L'élimination du cholestérol de la membrane plasmique des spermatozoïdes vers les accepteurs présents dans l'utérus et les trompes de Fallope, tels que l'albumine, entraîne une modification biophysique de la membrane plasmique. De plus, les spermatozoïdes sont exposés à une concentration plus élevée de HCO3- au moment de l'éjaculation et pendant leur transit dans l'appareil reproducteur féminin. Le transport de ce HCO3- à travers les cotransporteurs NBC active ADCY10, une adénylate cyclase, provoquant une augmentation de la concentration d'AMPc, conduisant à l'activation de la PKA. La phosphorylation par PKA est essentielle pour l'activité du transporteur CFTR, et avec d'autres cotransporteurs Cl−/HCO3- (SLC A3/6/8), elle conduit à une augmentation encore plus grande de HCO3- dans le cytosol. D'autres sources possibles de HCO3- peuvent être liées à l'action des anhydrases carboniques. Parallèlement, HCO3- provoque augmentation du pH intracellulaire des spermatozoïdes. Cette alcalinisation du cytosol est également favorisée par l'efflux de protons à travers les canaux Hv1. L'alcalinisation et certains stéroïdes présents dans l'appareil reproducteur féminin comme la progestérone activent les canaux CatSper et produisent une augmentation importante de [Ca2+] intracellulaire. Via une chaîne d'enzymes, cela va provoquer une phosphorylation des moteurs dans le flagelle qui stimule la nage. Les niveaux de [Ca2+] intracellulaires sont également régulés par l'action d'échangeurs et de pompes comme le NCX et le PMCA. L'activation des voies AMPc/PKA conduit également à une hyperpolarisation de la membrane plasmique.
Lire aussi: Pièces Florales : Explication
Navigation des Spermatozoïdes vers l'Ovule
C'est au sein de l'oviducte que la nage flagellaire devient cruciale. Les spermatozoïdes ont besoin de mécanismes de navigation pour nager dans la bonne direction. Ces mécanismes de navigation reposent sur des signaux biochimiques et biophysiques externes. Les spermatozoïdes sont guidés par un gradient de température (thermocline de 2°C) le long de l'oviducte (de l'entrée à la région appelée ampoule où a lieu la fécondation). Les spermatozoïdes capacités sont très sensibles aux variations de température et ils 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. CatSper est un complexe de 9 protéines : 4 qui forment un canal et 5 protéines régulatrices. Sachant que les cellules de la corona radiata entourant l'ovocyte sécrètent de la progestérone, cela permet d'expliquer la chémoattraction des spermatozoïdes. Les cellules entourant l'ovocyte sécrètent également la protéine CRISP1 qui se lie aussi à CatSper. Il modulerait la nage des spermatozoïdes à proximité de l'ovocyte et des cellules environnantes pour la rendre plus efficace. Seuls 200 spermatozoïdes environ finiront par atteindre l'ovocyte.
La Fécondation : Fusion et Activation
Traversée des Enveloppes de l'Ovule
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. Chaque protéine ZP est un polypeptide qui est glycosylé de manière hétérogène avec des oligosaccharides liés à l'asparagine (N-) et à la sérine/thréonine (O-) qui, dans certains cas, sont sialylés et sulfatés. Chez certains mammifères, tels que le chat, la vache, le chien et le porc, ZP1 n'est pas présent et sa fonction est complètement remplacée par ZP4. Chez la souris, ZP4 n'est pas présent puisqu'il est codé par un pseudogène qui n'est pas exprimé lors de l'ovogenèse. ZP1 et ZP4 proviennent de la duplication récente d'un gène ancestral et cela est suivi des vicissitudes habituelles dans ce cas avec de possibles transformations en pseudogènes ou délétion par redondance fonctionnelle. ZP2 est assez apparenté à ZP1 et ZP4. Chez la souris, le knock-out ciblé soit du gène codant ZP2 soit du gène codant ZP3 empêche le développement d'une zone pellucide, conduisant à la stérilité. Des cas de stérilité dans une famille ont été reliés à une mutation dans ZP1 qui aboutit à une protéine aberrante qui reste dans le cytoplasme. ZP2 et ZP3 semblent être les glycoprotéines sur lesquelles s'attache le spermatozoïde lors de son arrivée dans la zone pellucide. La comparaison des séquences de ZP3 de différentes espèces de mammifères révèle un degré élevé de divergence dans son domaine d'interaction avec le spermatozoïde par rapport à d'autres régions de la protéine. Cette divergence est attribuée à une sélection darwinienne positive et assure sans doute une importante barrière d'espèce.
La réaction acrosomiale est une exocytose dépendant du Ca2+ qui permet au spermatozoïde d'excréter le contenu de son acrosome. Dans les modèles classiques, elle était dépendante de l'interaction avec la zone pellucide. Il semble cependant que la réaction acrosomiale puisse avoir lieu avant, indépendamment de la zone pellucide. 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. Son inhibition par des anticorps chez le lapin et sa mutation perte-de-fonction chez le hamster par Crispr-Cas9 diminuent l'efficacité de la fécondation par les spermatozoïdes par ralentissement de la traversée de la zone pellucide mais des spermatozoïdes de souris ou de rats déficients en acrosine la traversent correctement. Des réactions acrosomiales trop précoces peuvent aboutir à de l'infertilité. Son déclenchement est donc étroitement régulé.
Fusion des Membranes et Activation de l'Ovocyte
La fusion des membranes plasmiques des 2 gamètes est initiée par l'interaction de IZUMO sur la membrane plasmique du spermatozoïde et de JUNO sur celle de l'ovocyte. Izumo est une protéine transmembranaire du spermatozoïde et Juno est une protéine ancrée à la membrane de l'ovocyte par un GPI (glycosylphosphatidylinositol). 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. Juno devient rapidement indétectable de la surface cellulaire après la fécondation. Juno (fluorescence vert) est exprimé sur les ovocytes ovulés en métaphase II, mais est à peine détectable à la télophase II qui résulte du déblocage de la méiose par la fécondation et Juno devient indétectable sur les zygotes au stade pronucléaire.
L'arrivée du spermatozoïde déclenche une cascade d'événements dans l'ovocyte, notamment une augmentation de la concentration du Ca2+ cytoplasmique, qui 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.
Lire aussi: La Fécondation et sa Membrane
Blocage de la Polyspermie
La fécondation est normalement monospermique, c'est-à-dire qu'un seul spermatozoïde féconde l'ovule. Pour éviter la polyspermie (fécondation par plusieurs spermatozoïdes), l'ovocyte met en place des mécanismes de blocage. 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.
Développement Précoce : Du Zygote à l'Embryon
Une fois l'ovule fécondé, il devient un zygote. Après la fécondation, le zygote commence à se diviser très rapidement pour devenir un embryon. Le zygote devient un petit groupe de cellules et ressemble à une mûre (bien que ce soit beaucoup, beaucoup plus petit que ça). L'implantation est définie comme étant le début de la grossesse.
Fécondation In Vitro (FIV) : Une Alternative Médicale
Lorsque la fécondation naturelle est difficile, la fécondation in vitro (FIV) peut être une solution. La procédure de fécondation in vitro débute par l'hyper stimulation de la femme à l'aide de FSH injectable à haute dose, afin de lui permettre de sécréter un grand nombre de follicules. Une fois ces follicules arrivés à maturité, on déclenche l'ovulation avec une injection d'hormone LH. Puis, les ovocytes contenus dans les follicules sont ponctionnés sous contrôle échographique, juste avant l'ovulation. L'opération se déroule souvent sous anesthésie générale et dure une vingtaine de minutes. Le même jour, l'homme effectue un prélèvement de sperme, qui est récupéré et placé dans une petite boite, avec les ovules ponctionnés de la femme. Le résultat de la fécondation s'observe à peu près vingt heures plus tard.
La fécondation peut être réalisée à l’aide d’un appareil de micromanipulation. L’ovocyte est alors placé dans un incubateur. Le lendemain, ils sont examinés pour savoir s’ils ont été fécondés. Le 2ème ou 3ème jour, un.e biologiste du laboratoire Drouot vous appelle pour vous informer de l’évolution des embryons. Le nombre d’embryons transféré est décidé par l’équipe clinico-biologique, avec votre accord (ce nombre dépend de votre âge, de la qualité des embryons obtenus, le nombre de tentatives déjà effectuées par le passé). En règle générale, 1 à 2 embryons sont replacés. Ils sont choisis en fonction de leur aptitude à la nidation. Le but est de se donner le maximum de chances de grossesse réussie avec le minimum de risque de grossesse multiple (jumeaux).
Lire aussi: Comprendre la fécondation
tags: #ovule #fécondation #étapes