La fécondationGénéralités

La fécondation est le résultat de la rencontre de 2 gamètes, d’un spermatozoïde et d’un ovule. Elle est marquée par 2 phénomènes importants :

- La reprise de la méiose

- Le phénomène d’amphimixie correspondant à la fusion des matériels génétiques (des noyaux) provenant de chacune des 2 gamètes. C'est le retour a la diploidie pour des éspéces qui étaient haploides,

La fécondation se passe différemment selon les espèces.

Elle peut être externe, comme chez la plupart des amphibiens et les poissons d'ou le cas de la nécéssité d'un ponte en très grand nombres pour que puisse se maintenir l'éspéce et que quelques uns de ces ovocytes soit fécondés ; ou interne chez les mammifères, dans ce cas la, la ponte des ovocytes se fait en nombre bien plus réduit.

Ds le cas de F externe : la rencontre des spz et des ovules est due au phénomène de chimiotaxie (= attirance du spz pr l’ovule par des médiateurs chimiques qui sont la plupart du temps des polypéptides, donc des petites protéines qui vont attirer les spermatozoides vers les ovules).

Ds le cas de F interne, il y a plusieurs facteurs qui vont permettre la rencontre des gamètes en particulier la contraction musculaire de l’utérus et la contraction de l'oviducte, Il y'a le liquide utérin, fabriquer par l'utérus, qui suivant la période du cycle (différence de composition) va favoriser ou non, la rencontre des gamétes. En fonction du pH, les conditions seront favorables à la fécondation, L’activité des spz est stimulée par le contenu dans ce qui est alcalin, normalement ds les voies génitales femelles, les sécrétions sont plutôt de type acide, mais juste avt l’ovulation ces liquides présents ds le col de l’utérus vont devenir au contraire alcalin. Il y a plusieurs millions de spz (280 millions chez l'homme) qui sont produits et qui vont ensuite pénétrer à l’intérieur du vagin, mais il y en a que qques centaines (200 environ) qui vont arriver jusqu’à l’ovocyte. Le reste des spz va être perdu dans les différents méandre des différentes cavités de la paroi utérine ou vont être phagocyté par les cellules qui forment la paroi de l’utérus ou de l'oviducte.

Il y a des glycoprotéines qui entourent les cellules de la corona radiata qui vont permettre d’attirer les spz, et surtt de les capter pr les rapprocher de la zone pellucide.

La premiere étape de la fécondation va nécéssité des phénoménes d'adhérenace ,Pour qu’il y ait F, il faut qu’il y ait entrée du noyau du spz ds cytoplasme de l’ovocyte, pr ce faire il faut que les spz, en particuliers leurs têtes, traversent la paroi du cumulus oophorus et pour

atteindre la zone pellucide. Les spz vont se fixer sur la zone pellucide qui est constitués de polyssacharides et de glycoprotéines, qu’ils traverseront grâce à des enzymes contenues ds la vésicule acrosomiale. Ensuite, ils vont pénétrés dans l'éspace périvitellin puis il va y avoir libération de cet enzyme qui va dégrader la zone pellucide permettant la pénétration du noyau du spz ds la membrane de la zone pellucide.

Ces mécanismes différent légérement d'un éspéce a un autre,

Cas des oursins

Les ovocytes sont entourés d’une membrane mais aussi d’une barrière, la gangue (qui est relativement plus épaisse que chez les mammiféres), pr le spz.

Lorsque le spz rentre en contact avec cette gangue, il va y avoir le phénomène d’activation spermatique. On observe qu’au cours de ce phénomène, il y a la fusion de la membrane éxterne de l’acrosome avec la membrane plasmique ou interne du spz, et il va y avoir libération d’enzymes dans le milieu. Ce mécanisme doit être très rapide, et ceci est du à la quantité importante de calcium dans l’ovaire. Dans l’acrosome, il y a des enzymes, en particulier des hydrolases, qui vont détruire la gangue qui entoure l’œuf d’oursin. Cette vésicule acrosomiale va ensuite être poussée vers la gangue de l’ovocyte par la polymérisation de microfilament actine, c’est le phénomène de protrusion ( ou processus acrosomien), il se fait encore une fois sous l’effet du calcium qui est encore une fois en quantité très importante,

Il y a une protéine à la surface qui est accrochée à la membrane de l’acrosome, appelée la bindine, qui va permettre l’accrochage du processus acrosomal à la membrane vitelline de l'ovocyte, tout ceci grâce à des récepteurs à la bindine. Il va y avoir ensuite fusion des membranes cytoplasmiques des gamètes mâles et femelles,cela va permettre l'entrée du noyau à l'intérieur de l'ovule, grâce à une enzyme présente ds l’acrosome : la phospholipase aspérmatique produite par le spz, qui va déstabiliser la membrane de l’ovule.

La fixation du spz, à la membrane vitelline, va entrainer un certain nbre de phénomènes et en particulier la dépolymérisation très rapide. Les membranes plasmiques sont électriquement polarisées, le fait que le spermatozoide vienne se fixer provoque une dépolarisation de la membrane (donc modification du potentiel électrique de cette membrane sur toute la surface de l'ovocyte, c'est ce changement de potentiel, qui sera à l’origine du phénomène empêchant tte autre pénétration d’un autre spz. Ce qui empèche la pénétration d’un autre spermatozoïde.

II- Adhérence et fusion des gamètes

A- Chez les oursins

Le spermatozoïde rentre en contact avec la gangue, ce qui constitue le phénomène d'activation spermatique. On observe la fusion de la membrane de la vésicule acrosomiale avec la membrane de l'ovocyte. Cela provoque l'exocytose du contenu de l'acrosome (hydrolases) puis exocytose très rapide du calcium due à un afflux rapide d'eau. L'acrosome contient des hydrolases qui vont commencer à dégrader la gangue et la vésicule acrosomiale va être pousser vers la gangue de l'ovocyte par la polymérisation de l'actine contenue dans le complexe péri acrosomial.

Sous l'effet du calcium il y a une poussée dans cette région. C'est le phénomène de protrusion qui permet que la membrane de l'acrosome vienne en contact de la membrane vitelline.

Il existe une protéine sur la surface interne de l'acrosome, la bindine, qui permet l'accrochage de processus acrosomial à la membrane vitelline, ceci grâce à un récepteur (glycoprotéine) sur la membrane de l'ovocyte. Une fois la fixation de la bindine sur le récepteur, il va y avoir fusion des membranes cytoplasmiques du spermatozoïde et de l'ovocyte, ceci grâce à l'action de la phospholipase (enzyme spermatique) qui a pour fonction de déstabiliser la membrane de l'ovocyte.

Quand le spermatozoïde se fixe, grâce à ses récepteurs, il y a dépolymérisation de la membrane de l'ovocyte qui a pour effet de bloquer toute tentative de pénétration d'autres spermatozoïdes. Cette dépolarisation,change potentiel électrique de toute la memebrane. Correspond aussi à une libération de calcium qui était à l'intérieur de l'ovocyte qui va déclencher l'exocytose de nombreux granules intracellulaires qui étaient situés autour de la membrane plasmique dans la zone corticale de l'ovocyte. Ces granules sont riches en protéines de structure, en polysaccharides et en enzymes. Le contenu de ces granules est déposé dans l'espace entre la gangue et la membrane de l'ovocyte. Les enzymes contenues dans ces granules vont rompre les liaisons entre les 2 membranes. Les polysaccharides sont très hydrophiles et vont attirer l'eau de mer dans cet espace. L'espace périvitellin va donc augmenter. Les protéines de structure vont s'associer à la membrane vitelline et vont l'imperméabiliser. On obtient alors la membrane de fécondation. L'espace périvitellin augmente par la rentrée d'eau et le volume de l'ovocyte diminue par endocytose de sa membrane, d'où une augmentation encore plus importante de cet espace. Parallèlement à la diminution de son volume, l'ovocyte va subir des phases de contraction et de dilatation pour empêcher les spermatozoïdes d'entrer. Grâce au calcium libéré en grande quantité, le métabolisme de l'ovule va devenir très actif. Le calcium va provoquer l'alcalinisation (augmentation du pH) du cytoplasme et va déclencher de très nombreuses réactions métaboliques. Puis le noyau du spermatozoïde va entrer et les 2 pronucléi vont fusionner, ce qui termine la fécondation.

B- Chez les mammifères

Le pic de LH va libérer l'ovule dans l'antrum du follicule et permettre le déblocage de la méiose. L'ovocyte va terminer sa division, le premier globule polaire va être expulsé dans la zone pellucide et l'ovocyte se bloque en métaphase II. L'ovaire va alors expulser l'ovocyte et les cellules folliculeuses qui l'entourent dans la trompe utérine.

C'est grâce à des mouvements ciliaires des oviductes que le spermatozoïde va être dirigé vers le lieu de fécondation. Au cours de son transport, le spermatozoïde subit la phase de capacitation,lors de leurs transport, dû au fait que le revêtement provisoire de glycoprotéines autour de la tête du spermatozoïde va disparaître, ce qui va rendre possible la fécondation. Généralement dans l'ampoule de l'oviducte.

Chez l'homme, le simple fait que le gamète mâle soit dans un liquide biologique contenant des sécrétions vaginales suffit pour provoquer le phénomène de capacitation. La rencontre entre le spermatozoïde et l'ovule se fait au niveau de l'ampoule de l'oviducte. Les spermatozoïdes, une fois le trajet finit, doivent traverser une barriere constitué des cellules folliculeuses.Traverséeest facilité par la secretion d'enzymes par la paroi de l'ampoule qui permet un début de décollement des cellules de la courone constitué par les cellules folliculeuse,dégrade en parti le « ciment » entre les cellules pui enzyme de acrosome vont parfaire le travail. Il va y avoir fixation de la tête du spermatozoïde grâce à des glycoprotéines (ZP1, ZP2, ZP3) ,trouvé chez la souris, situées dans la zone pellucide et reconnues par des récepteurs situés sur la membrane du spermatozoïde. L'adhésion des gamètes se fait grâce à la reconnaissance,liaisons avec les glycoprotéines ZP3 et probablement ZP2 par les récepteurs. Le rôle de ZP1 est encore inconue.

Ensuite vient une phase d'agrégation des récepteurs spermatiques. La fixation du spermatozoïde survient très rapidement par la fusion de la membrane externe de l'acrosome avec la membrane cytoplasmique. Cette fusion est due essentiellement à la libération de Ca2+. Puis il y a formation de pores qui vont permettre aux enzymes acrosomiales d'être libérées, ce qui va entraîner la dégradation locale de la zone pellucide et l'entrée plus

profonde de la tete du spermatozoïde dans cette zone. Cette entrée est aussi aidée par les battements du flagelle.Ces enzymes sont des hyalurodinases qui pour fonction de dégradé l'acide hyaluronique (sucre complexes contenu dans présent dans la zone pellucide) et des acrosines qui sont des protéases et une estérase. Ces enzymes Permettent de traversée les couches cellulaires en particulier la corona radiata

Chez les mammifères, la réaction acrosomiale n'a lieu qu'après la fécondation (différent de chez l'oursin où la réaction acrosomiale a lieu quand il y a fixation de ZP3 sur son récepteur). Après la dégradation de la zone pellucide il va y avoir réaction corticale de l'ovule qui va entraîner des modifications chimiques dans la zone pellucide et ainsi empêcher la pénétration d'autres spermatozoïdes. Puis l'ovule va terminer sa seconde division de méiose et va expulser le 2ème globule polaire. On a alors un ovotide que pour un cour instant. Une fois le 2ème globule polaire émis, le noyau de l'ovotide prend le statut de pronucléus. Le noyau en division ne possède pas de membrane nucléaire. De même le noyau du spermatozoïde va s'accroître ,il y a disparition de l'envp nucléaire de spz qui va atteindre le statut de pronucléus.L'enveloppe du spermatozoïde va disparaître et la chromatine va se décondenser. Une nouvelle enveloppe va se former autour des 2 pronucléi.

Au cours de ce phénomène, les protéines basiques (protamines) spécifiques du noyau du spermatozoïde vont se dissocier dans l'ADN du spermatozoïde,vont etres éliminés et vont être remplacés, lors de la fusion des 2 pronucléi, par des histones synthétisés par les cellules femelles. La fusion des 2 pronucléi correspond au phénomène d'amphimixie et donc au retour à la diploïdie.

Chez la plupart des espèces, à ce stade, les 2 pronucléi sont semblables et il y a immédiatement réplication de l'ADN (il semblerait qu'elle ait lieu avant la fusion des gamètes dans certaines espèces). Quand le spermatozoïde entre dans l'ovotide, rentre avec lui le centriole proximal, à partir duquel va se former le spermastère. Le centriole femelle a été éliminé pendant la 2ème division de méiose(pas le cas chez tout les espeeces commes les mamiferes) La cellule ne présente donc qu'un seul centriole d'origine paternelle qui va se dupliquer et il va constituer un amphiaster. Celui-ci va se détacher et chacune des 2 parties va migrer vers les régions qui vont constituer les 2 pôles du futur fuseau mitotique de segmentation. Les noyaux fusionnent, les chromosomes se condensent, s'apparient et vont s'organiser au niveau de l'équateur du fuseau. L'enveloppe nucléaire va redisparaitre et une mitose classique commence. C'est la première division de segmentation et on parle alors de zygote a 2 cellules ,puis 4 etc...

III- Conséquences de la fécondation

- Achèvement de la méiose.

- Réaction corticale de l'ovule avec formation d'une membrane de fécondation pour empêcher la polyspermie.

-Reprise des synthèses d'ADN, ARN, protéines après la fécondation.

-Retour à la diploïdie.

-Reprise des mitoses du zygote et début du développement embryonnaire.