La Fécondation

1. La Fécondation Jacqueline Mandelbaum Service d ’Histologie, Biologie de la Reproduction et Cytogénétique Hôpital Tenon

2. La fécondation est la rencontre et la fusion de deux cellules haploïdes ( aboutissement de la méiose), le gamète masculin ou spermatozoïde ( spz) et le gamète féminin ou ovocyte en une cellule unique diploïde: le zygote • La rencontre des gamètes répond, dans l ’espèce humaine à des conditions chronologiques ( période de fécondabilité) et topographiques ( trajet des spz, site de fécondation) bien précises • Elle comprend schématiquement 7 étapes successives.

3. Période de fécondabilité • Période du cycle menstruelpendant laquelle un rapport sexuel peut être fécondant et suivi d ’une grossesse • Dépend de la date d ’ovulation et de la durée de survie des gamètes • Spermatozoïde: 3 à 4 jours après pénétration dans la glaire cervicale • Ovocyte: 24 h après l ’ovulation • Ne dépasse pas 5 jours

4. Le trajet du spermatozoïde • Après l ’éjaculation, dépôt au fond du vagin de 200 à 500 millions de spz en suspension dans le plasma séminal essentiellement composé du produit des glandes annexes : vésicules séminales (VS), prostate, glandes de Cowper. • Coagulum (séménogélines des VS + enzymes prostatiques) • Liquéfaction en 20 à 30 minutes par action d ’une protéase prostatique : la PSA ( antigène spécifique prostatique)

5. Le trajet du spermatozoïde • En période préovulatoire, l ’orifice externe du col laisse sourdre un mucus abondant et fluide ( glaire) avec lequel les spz mobiles entrent en contact puis pénètrent le canal cervical en nageant à contre-courant • Test post-coïtal de Hühner.

6. La glaire est un hydrogel, formant un système fibrillaire fait de longues chaînes glycoprotéiques réunies par des ponts disulfures. En phase préovulatoire (estrogènes), elles sont orientées parallèlement à l ’axe du canal cervical, forment un filet à mailles larges (30 m) qui guide les spz en sélectionnant les spz mobiles à trajet progressif linéaire et en les isolant du plasma séminal • Les spz qui n ’ont pas pénétré la glaire sont rapidement détruits par l ’acidité vaginale (brièvement tamponnée par le plasma séminal) • Après l ’ovulation, la production de glaire diminue et la structure change (P) maillesrétrécies, enchevêtrées (3 à 4 m) glaire collante, imperméable aux spz (contraception progestative microdosée)

7. La migration des spz dans les voies génitales femelles • 1% des spz migrent à travers le col utérin ( 3 M) • Phase initiale rapide: présents dans les minutes qui suivent le coït dans l ’utérus ( mobilité propre, cellules ciliées de l ’endomètre, contractilité); colonisation des cryptes; libération II • Sphincter utérotubaire règle leur pénétration dans la trompe (quelques centaines), 30 minutes après le coït.

8. La migration des spz dans les voies génitales femelles • Isthme tubaire= 2ème lieu de stockage; ralentissement et immobilisation des spz: liaison temporaire aux cellules tubaires, hyperviscosité des sécrétions isthmiques, œdème de la paroi ( rôle des estrogènes) • Les spz finissent par traverser la trompe dans toute sa longueur et s ’accumulent dans le cul de sac de Douglas

9. La migration des spz dans la trompe • Au moment de l ’ovulation,les spz gagnent la région ampullaire, aidés par les contractions de la trompe qui se font en fin de phase folliculaire des extrémités ( isthme et pavillon) vers la jonction isthme-ampoule).

10. La migration des spz dans la trompe • Après l ’ovulation, les spz qui arrivent dans l ’ampoule, se retrouvent face à la masse imposante de l ’ovocyte entouré des cellules de la corona radiata et du cumulus • Possible attraction des spz par le complexe cumulo-ovoytaire (CCO) : chémoattraction comme pour les espèces où la fécondation a lieu dans l ’eau de mer? Chez l ’humain, in vitro, la nage des spz est plus rapide en présence d ’un CCO et le spz humains possède des récepteurs chémosensibles analogues à ceux de l ’épithélium olfactif. In vivo ?

11. Le transport de l ’ovocyte dans la trompe • L ’ovocyte ovulé ,au sein du CCO, est capté à la surface de l ’ovaire par les franges du pavillon ( et rôle de la musculature lisse du mésosalpinx pour rapprocher trompe et ovaire) mais... grossesses en cas de trompe unique et ovaire unique controlatéral et lors d ’inséminations dans le cul de sac de Douglas: le CCO et les spz ont des capacités de migration assez larges dans des conditions extêmes

12. Le transport de l ’ovocyte dans la trompe • Dans la trompe, les cils balaient le CCO rapidement de l ’ostium vers l ’ampoule . Mais les femmes atteintes d ’un syndrome de Kartagener ( syndrome d ’immotilité de tous les cils de l ’organisme) sont cependant fertiles. • Il y séjourne environ 72 h car l ’activité contractile tubaire est faible en postovulatoire (effet de la progestérone) et blocage persistant au niveau de l ’ isthme

13. C ’est dans l ’ampoule tubaire que spz et ovocyte se rencontrent et qu ’aura lieu la fécondation proprement dite en schématiquement 7 étapes • La capacitation • La traversée du cumulus • Reconnaissance et fixation du spz à la zone pellucide (ZP) et réaction acrosomique (RA) • La traversée de la ZP • La fixation et la fusion des membranes plasmiques des 2 gamètes • L ’activation de l ’ovocyte • La formation des pronuclei

14. Lieu in vivo : dans l ’utérus et les trompes (isthme); d ’autant plus courte qu ’on approche de l ’ovulation (estrogènes) In vitro (1951) : elle nécessite l ’enlèvement du plasma séminal ( lavage par centrifugation douce); elle estréversible Enlèvement des protéines de surface déposées sur la membrane du spz dans l ’épididyme ou apportées par les glandes annexes et assurant une protection supplémentaire après l ’éjaculation Enlèvement d ’une partie du cholestérol libre intercalé entre les phospholipides membranaires. Plus le trajet épididymaire est long ( 13 jours chez le bélier) plus la capacitation est longue. Chez l ’humain trajet court (5 à 6 jours) et durée de capacitation courte (≤ 1 heure). Le spz des mammifères n ’est pas fécondant lorsqu ’il est éjaculé. Il le devient après un séjour dans les voies génitales femelles où il subit les modifications nécessaires à l ’acquisition de la fécondance: la capacitation

15. La capacitation met en jeu 3 mécanismes successifs • Les glycosaminoglycanes (GAGs) des voies génitales femelles fixent les protéines de revêtement, provenant de l ’épididyme et des glandes annexes, qui possèdent un récepteur pour ces GAGs. • L ’albumine et l ’acidité du milieu utérin ( pH ≤ 6,5) permettent le détachement d ’autres protéines non liées à la membrane par des liaisons covalentes libération des protéines de surface

16. Enlèvement du cholestérol libre par des accepteurs ( serumalbumine, lipoprotéines HDL et LDL) présents dans les sécrétions génitales ce qui redonne de la mobilité aux Phospholipides membranaires et laisse pénétrer des ions dont le calcium

17. Le calcium se lie à la phosphatidylsérine (PS) qui ne stabilise plus la phosphatidyléthanolamine (PE) qui quitte la bicouche lipidique pour former des micelles fluidifiant ++ la Mb. • Enfin, la perte de résidus glucidiques ( grâce à l ’action des enzymes des voies génitales) remanie les chaînes oligosaccharidiques des protéines de structure qui deviennent lisibles et mobiles

18. La capacitation entraîne ainsi une déstabilisation membranaire dont les conséquences seront: • Le démasquage des récepteurs spermatiques permettant la fixation à la zone pellucide • La mobilisation des protéines (surtout au niveau de la région périacrosomique) et la perméabilité au calcium. Tout ceci prépare le spz à faire sa réaction acrosomique. • Hyperactivation: la mobilité du spz se transforme en une mobilité hyperactivée. Des brusques secousses en coup de fouet remplacent les ondes régulières du battement flagellaire. La nage progressive linéaire devient une nage circulaire. L ’influx de calcium augmente en effet l ’activité adénylatecyclase d ’où une élévation du taux d ’AMPc dans le spz, ce qui augmente la mobilité.

19. L ’ovocyte ovulé est entouré par un cumulus expansé dont les cellules sont englobées dans une matrice acellulaire, riche en acide hyaluronique Seuls les spermatozoïdes capacités pénètrent le cumulus et la corona radiata tout en conservant un acrosome intact La hyaluronidase ne semble pas indispensable à cette traversée: pénétration du cumulus de hamster par des spz sans hyaluronidase (oursin) La traversée du cumulus

20. Reconnaissance et fixation du spz à la zone pellucide • La zone pellucide (ZP) de l ’ovocyte ne reconnaît et ne fixe que les spz capacités de la même espèce. • Cette reconnaissance met en jeu des systèmes de liaison généraux par lesquels les cellules se fixent à des lames basales ou des matrices extracellulaires

21. Reconnaissance et fixation du spz à la zone pellucide • La ZP est composée de3 glycoprotéines : ZP1 (200 kD), ZP2 (120 kD) et ZP3 (83 kD) • ZP3: chaîne polypeptidique sur laquelle sont attachées des petites chaînes oligosaccharidiques • ZP2 et ZP3, disposées en alternance, forment une trame dont les mailles sont étroite ment réunies par ZP1.

22. Reconnaissance et fixation primaire du spz à la ZP Elle implique la ZP3 au niveau de l ’ovocyte et des récepteurs spécifiques de la Mb plasmique recouvrant la partie antérieure de l ’acrosome spermatique. La fixation débute au niveau de l ’apex du spz

23. Le système de fixation le plus étudié comprend laGalTase (galactosyltransférase) du spz (enzyme membranaire) qui se fixe à une chaîne oligosaccharidique de ZP3 ( mais des souris invalidées pour le gène de la GalTase sont fertiles redondances ) • Système  mannosidase - oligosaccharide existe également chez l ’humain

24. La réaction acrosomique