Gamétogenèse

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GÉNÉRALITES :

La gamétogenèse est le processus de formation des gamètes dans les 2 sexes. Elle se déroule dans les glandes génitales, testicules pour le sexe masculin et ovaires pour le sexe féminin. Elle concerne une lignée cellulaire particulière, la lignée germinale (le germen), par opposition à toutes les autres cellules de l’organisme, regroupées sous le terme de cellules somatiques (le soma).

A- CELLULES DE LA LIGNÉE GERMINALE :

Elles comprennent successivement :

1- Les gonies (spermatogonies ou ovogonies) :

Ce sont les cellules souches diploïdes. Elles se multiplient par mitose équationnelle.

2- Les cytes (spermatocytes ou ovocytes) :

Ce sont les cellules engagées dans le processus de la méiose.

• Les cytes I ou de premier ordre précèdent la première division méiotique ou division réductionnelle.
• Les cytes II ou de deuxième ordre se forment à partir des précédents au cours de la première division méiotique .

3- Les tides (spermatides ou ovotides) :

Ils se forment au cours de la deuxième division de la méiose. Ce sont des cellules haploïdes qui ne se diviseront plus. Leur nombre de chromosomes est le même que celui des cytes II, soit n chromosomes, mais ils renferment moitié moins d’ADN, soit approximativement la moitié de la quantité présente dans une cellule somatique en interphase.

B- MÉIOSE :

La méiose est propre à la lignée germinale. Elle intéresse les cytes de premier et de deuxième ordre et associe deux divisions cellulaires successives précédées par une seule duplication de l’ADN.

Elle permet la formation de gamètes haploïdes et l’échange de segments chromosomïques entre les génomes paternel et maternel. Ce processus qui accompagne la reproduction sexuée permet la variabilité génétique de l’espèce et lui permet, au fil des générations de s’adapter aux variations de l’environnement.

La méiose est un phénomène unique de division cellulaire, propre à la gamétogenèse, au cours de laquelle elle joue un rôle capital en assurant la réduction du nombre de chromosomes et le brassage des informations génétiques maternelles et paternelles La première division (division réductionnelle) est précédée par la duplication de l’ADN durant la fin de l’interphase et comprend successivement : Prophase, Métaphase, Anaphase et Télophase.

La deuxième division (division équatîonnelle) survient très rapidement et l’on se retrouve directement en prophase.

On observera les stades habituels de la mitose, concernant n paires de chromosomes : étaphase-Anaphase-Télophase. Le résultat sera la formation de 4 gamètes haploïdes.

La méiose permet :

• la réduction de moitié du contenu génétique d’une cellule.
• le brassage de l’information génétique.
• La transmission de l’information génétique.

SPERMATOGENÈSE :

La spermatogenèse se déroule dans les gonades masculines ou testicules. Elle débute à la puberté, atteint son maximum vers 20-30 ans, ralentit progressivement vers la quarantaine mais peut se poursuivre jusqu’à un âge avancé. La spermatogenèse est un processus lent et continu demandant 74 jours environ chez l’homme ; C’est la durée du cycle spermatogénétique.

A- STRUCTURE DU SPERMATOZOÏDE :

Le spermatozoïde est une cellule mobile, très différenciée, dont l’organisation est comparable chez la plupart des Mammifères.

1- Morphologie :

Le spermatozoïde mesure environ 60 pm de long. En microscopie photonique, on distingue :

→ La tête, allongée et aplatie (4 à 5 pm de long et 2 pm d’épaisseur). Elle renferme l’acrosome et le noyau .

• Le col, rétréci et court (1 pm par 1 pm), correspondant classiquement à l’espace compris entre les 2 centrioles.
• Le flagelle comprenant :

→ La pièce intermédiaire (4 à 5 pm de long), qui renferme la « spirale mitochondriale ».

→ La pièce principale, longue de 45 pm.

→ La pièce terminale, longue de 1 à 2 pm et très fine.

2- Ultrastructure :

La structure fine du spermatozoïde ne s’observe qu’en microscopie électroniqu

• La tête : Elle est ovalaire et aplatie. A la limite entre les 2/3 antérieurs et le 1/3 postérieur, un sillon, l’anneau nucléaire, correspond au bord postérieur de l’acrosome.
• Le noyau : Il est coiffé par l’acrosome et occupe la majeure partie de la tête. Sa chromatine est très condensée, pratiquement homogène, sans nucléole. Le pôle postérieur du noyau présente une dépression orientée transversalement, la fossette d’implantation.
• L’acrosome : Il est aplati et recouvre les 2/3 antérieurs du noyau. C’est une vésicule au contenu homogène, limitée par une membrane. Il comprend 2 segments, d’aspect et de signification physiologique différents :

– Le segment principal, en avant, coiffe le 1/3 antérieur du noyau et fait 70 nm d’épaisseur. Il renferme de la hyaluronidase. Sa membrane interne est séparée de l’enveloppe nucléaire par l’espace sub-acrosomal, de 20 nm.
– Le segment équatorial, en arrière, recouvre le 1/3 moyen du noyau. Son épaisseur est de 25 nm. C’est dans ce segment que se situe principalement l’acrosine. La membrane interne est à environ 40 nm de l’enveloppe nucléaire.

• Le cytoplasme : Il est très réduit et constitue une lame qui entoure le tiers postérieur du noyau, en arrière de l’acrosome..
• Le col : C’est la zone de jonction entre la tête et le flagelle. C’est une région très complexe qui renferme l’appareil centriolaire et la pièce connective en forme d’entonnoir renversé.

En partant du noyau on peut décrire :

• Le centriole proximal : Il est disposé sous la fossette d’implantation. Son axe est presque parallèle à la face postérieure du noyau et fait un angle de 80° avec celui de l’axonème.
• Les 9 Fibres denses : Elles sont constituées de protéines du cytosquelette. Elles doublent la face interne des colonnes segmentées et se prolongent vers le reste du flagelle.
• Le complexe filamenteux axial : Il s’est formé par allongement du centriole distal et débute à peu près à mi-hauteur des colonnes segmentés. Situé au centre, en dedans des fibres denses, il a la structure habituelle d’un axe ciliaire : 9 doublets périphériques entourant un doublet central.
• Les mitochondries : à l’extérieur des colonnes segmentées, elles constituent le début du manchon mitochondrial qui se poursuit dans la pièce intermédiaire du flagelle.
• Le flagelle est constitué de 3 pièces.

– La pièce intermédiaire : C’est la partie la plus courte et la plus épaisse du flagelle. Elle est limitée, à son bout distal, par un épaississement de la membrane du flagelle, l’annulus (correspondant à I ‘anneau de Jensen de la microscopie photonique). En coupe transversale , on observe, à partir du centre :
→ L’axonème ou complexe filamenteux axial qui a la structure typique de l’axonème ciliaire : 9 doublets de microtubules périphériques entourent un doublet central.
→ Les 9 fibres denses – Le manchon mitochondrial spiralé. Il entoure les fibres denses et est constitué d’une succession de mitochondries disposées en une file unique spiralée qui fait à peu près 40 tours.
→ La membrane plasmique.

– La pièce principale : Sa structure est identique sur toute sa longueur avec, à partir du centre :
→ Le complexe filamenteux axial qui continue celui de la pièce intermédiaire.
→ Les 9 fibres denses. Elles s’affinent vers l’extrémité distale
→ La gaine fibreuse. Il s’agit de protéines fibrillaires enroulées en spirale. Cette gaine présente deux épaississements diamétralement opposés : les colonnes longitudinales. En se rapprochant de l’extrémité de la pièce principale, les colonnes longitudinales s’effacent et l’épaisseur de la gaine fibreuse diminue.
→ La membrane plasmique du flagelle.

– La pièce terminale : Elle présente une structure simplifiée avec :
→ Le complexe filamenteux axial au centre.
→ La membrane plasmique.

B- DÉROULEMENT DE LA SPERMATOGENÈSE :

La spermatogenèse débute vers 13 -14 ans, à la puberté, et se poursuit jusqu’à un âge très avancé. Elle se déroule à l’intérieur des tubes séminifères. Sa durée est fixe et caractéristique d’une espèce.

1- Phase de multiplication :

Les spermatogonies, cellules souches diploïdes (2n chromosomes et 2n ADN), se multiplient par mitose. Ce sont les cellules germinales les plus périphériques. Elles se trouvent dans le compartiment basal du tube, au contact de la membrane basale et des cellules de Sertoli.

• Les spermatogonies Al ou Ad (dark) sont les véritables cellules souches.
• Les Spermatogonies A2 ou Ap (pale) représentent le premier stade cellulaire de la spermatogenèse proprement dite et ont une durée de vie de 18 jours avant de se diviser en 2 spermatogonies B.
• Les Spermatogonies B se divisent au bout de 9 jours pour donner 2 spermatocytes I, les 2 spermatocytes I ne se séparent pas totalement, Des ponts de cytoplasme persistent jusqu’à la fin de la spermatogenèse permettant les échanges entre toutes les cellules dérivant d’une même gonie et permettent une évolution synchrone.

2- Phase d’accroissement :

Elle concerne les spermatocytes I et correspond schématiquement à l’interphase et au début de la prophase de la première division méiotique. La taille des cellules augmente par accumulation du matériel synthétisé. Lorsqu’elles atteignent leur taille maximale, de 25 pm, on les désigne sous le nom d’auxocytes.

3- Phase de maturation :

Elle concerne les spermatocytes I. Il s’agit essentiellement d’une maturation nucléaire, cette phase correspond à la méiose. La prophase est longue (environ 16 jours). A la fin de la prophase, les spermatocytes I renferment 2n chromosomes et 4n ADN.

• La première division de la méiose (division rédactionnelle). Elle survient au bout de 23 jours. La prophase se poursuit par la métaphase, l’anaphase et la télophase. Cette première division aboutit à la formation de deux spermatocytes de deuxième ordre ou spermatocytes II. Chaque spermatocyte II possède la moitié du nombre de chromosomes présents dans le spermatocyte I
• La deuxième division de la méiose (division équationnelle). Elle survient 24 heures après la première. Chaque spermatocyte secondaire donne naissance à 2 spermatides, haploïdes. Ils ne se diviseront plus. Les spermatides (n chromosomes, n ADN) sont des cellules rondes de petite taille.

4- Phase de différenciation (spermiogenèse) :

La spermiogenèse est spécifique de la gamétogenèse mâle. Elle correspond à la transformation de chaque spermatide en un s permatozoïde. Cette phase dure 23 jours et se termine par la libération des spermatozoïdes dans la lumière du tube séminifère, phénomène appelé spermiation.

La spermiogenèse comprend 5 phénomènes fondamentaux qui sont pratiquement simultanés :

a- Formation de l’acrosome à partir du Golgi :

Les vésicules du Golgi se développent, deviennent les granules pro-acrosomiaux puis fusionnent pour donner une vésicule unique, la vésicule acrosomiale (ou acrosomique) qui s’étale et vient recouvrir les 2/3 du noyau. Elle prend le nom d’acrosome et son contenu devient homogène. L’acrosome est un lysosome de grande taille qui sera situé au pôle antérieur du futur spermatozoïde. Son contenu enzymatique sera indispensable pour la traversée des enveloppes de l’ovocyte lors de la fécondation (hyaluronidase, acrosine).

b- Formation du flagelle :

Les 2 centrioles migrent au pôle opposé à l’acrosome. Les microtubules du centriole distal s’allongent et s’organisent en un axonème qui s’allonge et émerge de la cellule en repoussant la membrane plasmique.

c- Elongation nucléaire :

Les modifications nucléaires commencent vers le milieu de la spermiogenèse. Le noyau s’allonge et se densifie progressivement. Les 2/3 antérieurs du noyau sont recouverts par l’acrosome. Le tiers postérieur est en rapport avec le cytoplasme de la cellule.

d- Formation du manchon mitochondrial :

Les mitochondries se disposent bout à bout en spirale autour de la portion Initiale de l’axonème, constituant le manchon mitochondrial de la pièce Intermédiaire. A son extrémité distale, le manchon est limité par un anneau dense décrit sous le nom d’annulus.

e- Elimination du cytoplasme :

La plus grande partie du cytoplasme est phagocytée par les cellules de Sertoli. Une partie se détache, constituant les corps résiduels (de Regaud). Le reste sera éliminé dans la phase finale de la maturation au cours de la migration dans l’épididyme.

C- CONTRÔLE NEURO-ENDOCRINIEN :

Grâce à la production pulsatile de la GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone) par des neurones de l’hypothalamus que s’installe la fonction testiculaire. La GnRH provoque la sécrétion hypophysaire de deux hormones, la FSH et la LH. Au niveau du testicule, ces hormones ont les actions suivantes :

→ la FSH permet le développement des cellules de Sertoli et la spermatogenèse (fonction exocrine du testicule : excrétion des spermatozoïdes). La FSH se fixe sur des récepteurs membranaires des cellules de Sertoli et Joue un triple rôle :

• elle active la spermatogenèse par l’intermédiaire du cytoplasme sertolien;
• elle stimule la formation d’ABP (Androgen Binding Proteine);
• elle provoque la séa-étîon d’inhibine, hormone exerçant un rétrooontrôle négatif sur la sécrétion de FSH, soit sur les neurones hypothalamiques en diminuant la sécrétion de la GnRH, soit directement sur les cellules gonadotropes hypophysaires.

→ la LH assure la multi plie* on des cellules de Le/dg et la sécrétion de testostérone (fonction endocrine du testicule) :

• la majeure partie de la testostérone pénètre dans le cytoplasme sertolien où elle se lie à l’ABP pour conditionner le développement de l’épithélium séminai et le bon fonctionnement des voies génital es (liquide séminal);
• la testostérone libre passe dan s le sang et ecerce dec« actions: une action positive sur le tractus génital et lesglandes ann©ces et une rétro-action négative sur la sécrétion de LH, soit indirectement sur les neurones hypothalamique^ soit directement sur les cellules gon adotropes hypophysaires

D- CARACTERISTIQUES DES SPERMATOZOÏDES :

1- Nombre :

• La normozoospermie désigne un nombre normal de spermatozoïdes entre 20 et 200.10⁶/ ml.
• L’oligozoospermie (ou oligospermie) désigne un nombre de spermatozoïdes inférieur à 20.10⁶/ ml.
• L’azoospermie est l’absence de spermatozoïdes.
• La polyzoospermie (ou polyspermie) désigne un nombre trop élevé, supérieur à 200.10⁶ / ml.

2- Mobilité :

Elle permet la progression dans les voies génitales féminines et conditionne le pouvoir fécondant du spermatozoïde. Elle regroupe le pourcentage de spermatozoïdes mobiles, la vitesse de leur déplacement et le sens du déplacement.

• L’asthénospermie désigne un pourcentage de spermatozoïdes de mobilité normale inférieur à 40% et/ou une diminution de la vélocité.
• L’akinésie désigne le fait qu’ aucun spermatozoïde ne bouge.

3- Vitalité :

Elle est explorée en utilisant un colorant qui pénètre dans les spermatozoïdes

• La nécrospermie désigne un nombre de spermatozoïde morts supérieur à 30%.

4- Fécondance :

Elle est diminuée s’il y a des anomalies de la membrane plasmique, de l’équipement enzymatique de l’acrosome, ou de la condensation du noyau.

5- Morphologie :

Elle est appréciée par le spermocytogramme qui relève des atypies morphologiques des spermatozoïdes après coloration. Tout éjaculat, dans l’espèce humaine, contient des spermatozoïdes de forme atypique. Une trop grande proportion est anormale.

• La tératospermie désigne un pourcentage de spermatozoïdes typiques inférieur à 40%.

OVOGENÈSE :

C’est la formation des gamètes dans le sexe féminin. Elle se déroule dans les ovaires et permet la formation des gamètes féminins, les ovocytes à partir des cellules souches de la lignée germinale ou ovogonies.

A- DÉROULEMENT DE L’OVOGENÈSE :

L’ovogenèse comprend les phases de multiplication, d’accroissement et de maturation. La phase d’accroissement et le début de la maturation s’effectuent à l’intérieur du follicule ovarien et sont liées à l’évolution de ce follicule. La fin de la maturation est retardée. Elle s’achève après la fécondation. Il n’y a pas de phase de différenciation.

1- Phase de multiplication :

Elle intéresse les ovogonies, cellules souches diploïdes et elle est caractérisée par une succession de mitoses qui va aboutir à la formation d’ovocytes I (de premier ordre), également diploïdes. Cette phase a lieu, chez la femme, au cours de la vie embryonnaire et foetale. Les ovogonies sont observées dans la zone corticale de l’ovaire embryonnaire, ont une forme sphérique et sont de petite taille (15pm), dégénèrent, pour la plupart, vers le 7ème mois de la vie intra-utérine (atrésie), donnent des ovocytes I (2n chromosomes, 2q ADN), cellules plus grandes (20 à 40 pm), qui immédiatement après leur formation s’entourent de cellules folliculaires et d’une membrane périphérique qui les sépare du reste du stroma ovarien, l’ensemble désignant le follicule primordial, ensuite elles amorcent la première division de méiose, laquelle se bloque au stade de prophase. L’ovocyte entre alors dans un état quiescent dans lequel il peut demeurer pendant de nombreuses années (ovocyte I bloqué en prophase de première division de méiose jusqu’à la puberté).

Ainsi, à la fin de cette phase de multiplication (naissance), un stock non renouvelable d’ovocytes I (environ un million) est constitué, contenu chacun dans un follicule primordial.

2- Phase d’accroissement :

Elle se caractérise par une augmentation très importante de la taille de l’ovocyte I, qui passe de 20 à 120 pm de diamètre. Très longue, elle ne s’achève qu’au moment de la maturation du follicule et consiste en des synthèses d’ARN et de protéines qui joueront un rôle capital lors de la fécondation et pendant les premiers stades du développement embryonnaire.

Les follicules primordiaux régressent en grand nombre entre la naissance et la puberté :

• il en restera seulement 400 000 au moment de la puberté ;
• moins de 500 se développeront jusqu’à l’ovulation au cours de la vie génitale de la femme.

3- Phase de maturation :

Chaque mois, au moment de l’ovulation, l’ovocyte I (2n chromosomes, 4q ADN) achève la première division de la méiose et donne un ovocyte II (n chromosomes, 2q ADN) avec émission du 1^er globule polaire Immédiatement après, commence la 2^ème division de méiose. Mais le processus se bloque encore une fois (en métaphase de 2^ème division de méiose) A est conditionné par la survenue ou non de la fécondation :

→ en l’absence de fécondation, l’ovocyte reste à ce stade de la méiose et dégénère au bout de 24 heures.

→ s’il y a fécondation, l’ovocyte II achèvera sa maturation et se transformera en ovule mur(ovotide) avec émission du 2^ème globule polaire.

B- ÉVOLUTION DES FOLLICULES OVARIENS (FOLLICULOGENÈSE) :

1- Follicule primordial :

• C’est toujours le type de follicule le plus abondant sur une coupe d’ovaire.
• C’est une sphère de 50 pm de diamètre qui comprend un ovocyte I et une couche de cellules folliculeuses aplaties.

2- Follicule primaire :

• Son diamètre passe de 50 à 80pm. L’ovocyte I est toujours bloqué en prophase, débute la phase de grand accroissement.
• Les cellules folliculeuses deviennent cubiques et sont disposées en une seule couche.

3- Follicule secondaire (ou pré-antral ou follicule plein) :

• Son diamètre passe progressivement de 80 à 200 pm.
• L’ovocyte I continue à croître (et atteint 80 pim).
• La membrane pellucide devient visible en microscopie photonique (c’est une structure hyaline, composée de glycoprotéines dont l’origine est essentiellement ovocytaire mais les cellules folliculeuses en fabriquent une partie).
• Les cellules folliculeuses se multiplient et se disposent en une vingtaine de couches autour de l’ovocyte constituant la granulosa. La couche la plus interne, régulièrement disposée autour de la membrane pellucide, se nomme la Corona radiata.
• La membrane de Slavjanski sépare la granulosa de la thèque interne qui se forme autour de la membrane basale par différenciation du stroma cortical.
• Les cellules, initialement fusiformes, deviennent cubiques.

4- Follicule tertiaire (ou cavitaire ou antral) :

• Les cellules folliculeuses entourent de petites cavités liquidiennes dont la confluence va constituer Tantrum.
• Il se définit par l’apparition de petites cavités au sein de la granulosa qui renferment un liquide appelé Liquor folliculi » ». Ces cavités sont de petites formations en rosettes, les « corps de Call et Exner ».
• Le diamètre folliculaire continue à augmenter pour atteindre 10 à 15 mm à la fin de ce stade.
• L’ovocyte est toujours bloqué en prophase I et atteint 100 pm de diamètre.
• La membrane pellucide atteint 15 pm d’épaisseur. La multiplication cellulaire continue. L’ovocyte est refoulé sur le côté du follicule. Il reste entouré d’un amas de cellules foiiicuieuses constituant le Cumulus oophorus (ou Cumulus proliger) qui maintient l’ovocyte attaché au reste du follicule.
• La thèque externe se constitue autour de la précédente. C’est du tissu conjonctif fibreux qui se condense autour de la thèque interne.

5- Follicule mûr (follicule de De Graaf) :

• Son diamètre est de 18 ou même 20 mm.
• L’ovocyte a un diamètre de 120 à 150 pm.
• Le noyau migre à la périphérie du cytoplasme et reprend le processus de la méiose.
• La division réductionnelle s’achève et s’accompagne de l’expulsion du premier globule polaire. L’ovocyte devient un ovocyte II.
• Après l’ovulation, il va se bloquer en métaphase de 2^eme division méiotique.
• La zone pellucide augmente légèrement d’épaisseur.

C- OVULATION :

La libération du gamète femelle est l’ovulation. Elle survient au milieu du cycle féminin, au 14^eme jour du cycle menstruel. L’ensemble du cumulus s’est alors détaché du reste de la granulosa (sous l’action d’enzymes protéolytiques) et flotte dans la cavité folliculaire, la paroi du follicule reste dans l’ovaire et constitue le follicule déhiscent.

• le follicule mûr fait saillie à la surface de l’ovaire.
• au niveau de la thèque interne, une vasodilatation provoque une augmentation du volume de la cavité folliculaire.
• effondrement de la membrane de Slavjanski
• l’ovocyte entouré de cellules folliculeuses flotte dans le liquide folliculaire
• dans la région de l’apex, vasoconstriction et nécrose de la paroi ovarienne

L’ovocyte achève sa maturation cytoplasmique et nucléaire qui aboutit à la formation de l’ovocyte II qui se bloquera en métaphase de la méiose II.

Au moment de l’ovulation, le pavillon de la trompe, mobile, recouvre l’ovaire. Il récupère l’ovocyte II. Une mobilité correcte du pavillon tubaire est indispensable à la fonction de reproduction. Rapidement, l’ovule migre jusqu’à l’ampoule tubaire où se fait la fécondation. La migration est passive. Elle est facilitée parle courant liquidien allant du pavillon vers l’utérus et les mouvements des cils vibratiles de l’épithélium tubaire.

L’ovocyte est une cellule sphérique de 150 pm de diamètre, relativement inerte, entouré de ses enveloppes

D- FORMATION DU CORPS JAUNE :

Aussitôt après l’ovulation, le follicule se transforme en une glande endocrine temporaire, le corps jaune (lutéinisation). Les cellules de la granulosa et de la thèque interne modifient leurs synthèses hormonales et deviennent des cellules lutéales, et para lutéales élaborant de la progestérone et peu d’œstrogènes.

S’il n’y a pas de nidation, le corps jaune régresse (lutéolyse). C’est le corps jaune cyclique ou corps progestatif.

Après l’involution du corps jaune, persiste dans l’ovaire une petite masse de tissus fibreux, le corps blanc ou corpus albicans.

– S’il ya gestation, le corps jaune persiste jusqu’au 3^eme mois. C’est le corps jaune de grossesse ou corps gestatif. Sa fonction est de produire de la progestérone pour maintenir la grossesse.

Cours du Dr A HECINI – Faculté de Constantine