PLAN: Méiose spermatocytaire et ovocytaire
Chronologie des 3 premières semaines du développement embryonnaire
- Introduction.
- La Maturation épididymaire du spermatozoïde (fécondance du spermatozoïde).
Introduction
Méiose spermatocytaire • Les cellules concernées par ce processus au cours de la spermatogénèse sont les spermatocytes. Ce sont des spermatogonies de type B qui rentrent en méiose. Elle est précédée par la division et la différenciation des spermatogonies. La spermatogénèse dure 74 jours = 27 (18+9)+23+1+23 • Au total, la méiose spermatocytaire ou spermatocytogénèse dure 24 jours dont 15 pour le stade pachytène. La méiose I dure 23 jours. La méiose II dure 1 jour. Lorsqu’on analyse des coupes histologiques de testicules, on peut observer très clairement des spermatocytes primaires cependant l’observation des spermatocytes secondaires est quasiment impossible. Les spermatocytes II vont donner après la méiose II, 4 spermatides rondes (cellules haploïdes). • La méiose est dont une étape de la spermatogenèse qui peut être affectée par des facteurs toxiques altérant le processus. C’est cependant un processus continu de la puberté à la senescence chez l’homme (contrairement à la femme) Les gènes de PAR I sur X et Y se comportent comme des autosomes. • Le stade pachytène au cours de la méiose spermatocytaire est le stade le plus long. Il dure 15 jours. A ce stade : (les recombinaisons de PAR II sont exceptionnelles et sont sur les bras long) - Condensation maximale - Activité transcriptionelle maximale : forte synthèse d’ARN et une forte synthèse de protéines, possible par des phénomènes de décondensation de l’ADN pour permettre la transcription en ARN. - On est capable d’identifier les chromosomes sexuels à ce stade car ces deux chromosomes sont isolés dans une petite région du nucléoplasme et s’individualisent sous la forme d’une vésicule sexuelle qui n’a pas de membrane propre : région où les chromosomes sexuels sont appariés et condensés. - Cette condensation est le signe de l’inactivation de la chromatine sexuelle par l’inactivation du chromosome X obligatoire. C’est Sachs qui a donné le nom de vésicule sexuelle. - Ils sont appariés par l’extrémité de leur bras court ou région pseudo-autosomale (PAR I) car il y a entre l’extrémité du bras court du chromosome X et l’extrémité du bras court du chromosome Y, une homologie de séquence d’ADN qui permet leur appariement et explique la présence de gènes communs entre X et Y. (même si X et Y ne sont pas homologues). Cette région pseudo autosomale des bras courts est de petite taille : PAR I - Cet appariement dans la région pseudo autosomale est obligatoire pour permettre les recombinaisons génétiques uniques entre l’X et l’Y et pour la ségrégation normale de X et Y. Si les chromosomes X et Y peuvent s’apparier, du point de vue de l’évolution, c’est parce que le chromosome Y est un dérivé du chromosome X. Au départ, on avait deux chromosomes X et au cours de l’évolution, l’un des chromosomes X a subi des modifications qui ont permis d’aboutir au chromosome Y et les principales modifications sont la perte d’une certaine quantité de chromatine au fur et à mesure de l’évolution ce qui a permis transformer le chromosome X de grande taille en chromosome Y de petite taille. Lorsqu’on étudie l’évolution des chromosomes sexuels, on se rend compte que le chromosome Y va disparaître. Il y a une diminution progressive de la taille de Y. Sans inactivation du X dans la vésicule sexuelle sans membrane propre ou sans recombinaison sur PAR I il y a l’arrêt au stade de spermatocyte I qui conduit à la mort. Cette méiose n’intervient qu’entre la puberté et la sénescence chez l’homme mais elle est continue contrairement à la méiose ovocytaire. (50% des spermatocytes meurent en méiose et 2/3 des spermatogonies en mitose). Conclusion : au cours de cette méiose spermatocytaire, au stade pachytène : - Formation de la vésicule sexuelle sans membrane propre - Inactivation de la chromatine sexuelle - Inactivation du chromosome X - Condensation maximale avec des zones de transcription des gènes intenses à traduction différée : synthèse d’ARN et D’ADN - Recombinaisons génétiques uniques entre l’X et l’Y dans la région pseudoautosomale PAR I Méiose ovocytaire • La méiose ovocytaire intervient au cours du processus d’ovogenèse qui va être discontinu avec plusieurs arrêts qui vont intervenir entre la vie fœtale et la ménopause. • La petite fille constitue son stock d’ovocytes I in utero fœtale, de manière définitive à la 20ème semaine : il ne se reconstituera pas, il en fera que se dégrader pendant la vie embryonnaire, fœtale, infantile, pubertaire et pré-pubertaire jusqu’à la ménopause, ce qui a des conséquences non négligeables que la période reproductive efficace de la femme. • Durant la vie fœtale, les ovogonies vont entrer en méiose I par vagues successives, à partir du 3ème mois ou 11ème semaine de la vie fœtale. Lors de l’entrée en méiose, ils ne seront pas isolés mais entourés par les cellules folliculeuses A la fin de la grossesse, l’ovaire va contenir des ovocytes I bloqués en prophase de Méiose I et ils vont rester en prophase I pendant la période fœtale et infantile jusqu’à la puberté et pour la majorité d’entre eux jusqu’à la fin de la période reproductive. • Ce stade de blocage jusqu’à la puberté en prophase de méiose I, au stade diplotène est aussi appelé stade de quiescence ou stade dictyé ou stade d’élaboration des réserves (mauvaise appellation car forte synthèse d’ADN/ARN pendant ce stade). L’ovocyte reste bloqué au stade d’ovocyte 1, car il y a des facteurs inhibiteurs de la reprise de la méiose qui sont présents dans le noyau de l’ovocyte et en même temps, il y a une inhibition de facteurs activateurs de la reprise de la méiose : ce blocage va de la vie fœtale à la puberté (voir même jusqu’à la fin de la vie). • Cet ovocyte I possède une quantité 4n ADN et 46 chromosomes. A partir de la puberté, la mise en route des cycles menstruels caractérise la mise en route d’une folliculogénèse efficace et à chaque cycle menstruel, un ovocyte I va achever la Méiose 1 pour entrer en Méiose 2 et rester bloqué en métaphase de méiose 2. • Le noyau de l’ovocyte I est encore appelé la vésicule germinative qui va être le témoin de la reprise du processus méiotique au cours des cycles ovulatoires. • L’ovocyte II comporte 23 chromosomes et une quantité 2n ADN. La fécondation va permettre la reprise de la 2ème division méiotique et l’achèvement de cette deuxième division donc s’il n’y a jamais fécondation, aucun ovocyte contenu dans l’ovaire n’achèvera sa méiose II. Un processus complet au cours de l’ovogenèse est un événement exceptionnel. Des cellules folliculeuses constituent le follicule primordial pour le protéger. • Au cours de la méiose et de la prophase de la méiose 1, l’activité transcriptionelle est maximale au cours du stade diplotène car il y a un arrêt de l’inactivation nucléaire et une reprise des synthèses. On a une synthèse intense d’ARNm et d’ARNr et ces ARN vont participer à la maturation ovocytaire et ils seront stockés dans l’ovocyte pour être aussi utilisé par la suite. L’ovocyte, au cours du stade diplotène, reste bloqué mais va accumuler les réserves nécessaires pour sa maturation et les première étapes de la vie embryonnaire. Cette activité transcriptionelle est possible au cours du stade diplotène car on va observer des phénomènes de décondensation localisée de l’ADN au niveau des sites de transcription de gènes nécessaires à la maturation et la constitution des réserves. On peut ainsi analyser de grandes boucles décondensées au cours du stade diplotène. • L’analyse du processus méiotique est difficile chez la femme car le début de ce processus a lieu in utero. En revanche, l’analyse du processus méiotique chez l’homme est beaucoup plus accessible parce qu’on est amené dans certaines situations d’infertilité masculine, à aller faire des prélèvements chirurgicaux testiculaires. Après la méiose réductionnelle il y a un 1er globule polaire expulsé. Après la fécondation et la fin de méiose équationnelle on a l’expulsion d’un 2ème globule polaire. (c’est la méiose 2 qui ressemble à la mitose) • On peut reconnaître le fait que l’ovocyte est bloqué en métaphase II par l’existence d’une structure : le 1er globule polaire expulsé après la méiose 1 depuis l’espace périvitellin situé entre la membrane plasmique ovocytaire (= l’ovocyte) et la zone pellucide ovocytaire. Lorsque l’ovocyte achève sa première division méiotique, il va expulser à l’intérieur de ce globule polaire, la quantité d’ADN et de chromosomes nécessaires pour entraîner cette réduction de la quantité d’ADN et de chromosomes. Le globule polaire s’intercale entre la membrane plasmique ovocytaire et la zone pellucide ovocytaire, dans un espace que l’on appelle l’espace périvitellin. De plus on aura la disparition de la vésicule germinative. Attention au stade diplotène I, il n’y a PAS DE GLOBULE POLAIRE car la première méiose n’aura pas été achevée. Tous les ovocytes I postnataux ont une forte activité transcriptionelle ! • L’achèvement de la méiose II qui se fait après la fécondation se caractérise par l’expulsion d’un 2ème globule polaire alors que le premier a déjà dégénéré et fragmenté. On a rarement deux globules polaires dans l’espace périvitellin. L’expulsion du 2ème globule polaire permet de réduire la quantité d’ADN au cours de la méiose II pour aboutir à une cellule à 23 chromosomes et une quantité n ADN, avec dans son cytoplasme, le noyau spermatique. Lors de la fécondation, l’entrée d’un spermatozoïde dans l’ovocyte redémarre le cycle cellulaire. L’ovocyte qui termine sa deuxième division méiotique est un ovocyte fécondé (ou zygote car il y a deux noyaux au sein de son cytoplasme). • Donc une méiose ovocytaire complète c’est exceptionnel ! • Comparaison méiose ovocytaire/spermatocytaire : L’ovogonie qui rentre en méiose va donner un ovocyte 1 qui va donner un ovocyte 2. Une spermatogonie donne 4 spermatides rondes. Structure et formation des complexes synaptonémaux : Les chromosomes homologues et les chromosomes sexuels dans la région pseudo-autosomale peuvent s’apparier entre eux par la mise en place du complexe synaptonémal, une structure protéique transitoire permettant l’appariement des chromosomes homologues qui n’est entièrement visible qu’au MET. Cependant la MO à immunofluorescence peut être employé pour l’observation indirecte en utilisant des anticorps qui vont reconnaître des protéines spécifiques du complexe synaptonémal car ce complexe synaptonémal est une structure de nature protéique transitoire. Cette structure a une forme de rail. Elle est composée de 2 éléments latéraux épais visibles en MO reliés à 1 élément central fin visible en MET. Entre les éléments latéraux et l’élément central, on peut noter la présence de fins filaments SYN1 reliant entre eux, les 3 éléments. Sa mise en place est progressive au cours de la prophase I : successivement, on va voir se mettre en place les éléments latéraux au cours du stade leptotène (début de la mise en place). L’élément central se mettra en place au cours du stade zygotène. Les complexes synaptonémaux initient leur formation à partir des télomères, vers les centromères. La mise en place du complexe synaptonémal est achevée au stade pachytène. De part et d’autre des éléments latéraux vient se fixer la chromatine d’origine paternelle d’un côté et d’origine maternelle de l’autre. La chromatine forme de grandes boucles qui se fixent sur les éléments latéraux. Protéine du CS : Le complexe synaptonémal fait intervenir un complexe protéique appelé cohésine pour attacher les 2 chromatides sœurs de chaque chromosome dans la mitose ou la méiose. Le complexe cohésine est constitué de 4 protéines : - au niveau de l’élément central, c’est la protéine SCP1 (SYN1) constitution des filaments transverses - et au niveau des éléments latéraux : o SCP2 : grande taille et constitution des grandes boucles de chromatine se fixant sur les éléments latéraux o SCP3 (COR1) taille moyenne et permet la fixation d’autres protéines méiotiques Domaine C terminal basique pour s’attacher à l’ADN acide - Au niveau du complexe cohésine, on trouve des protéines dont l’appellation va changer en fonction de l’espèce : REC8 / SMC1β / STAG3 / SMC3. Un bon nombre de complexe cohésine a été identifié chez S. cerevisiae. Le complexe cohésine permet le maintien de la chromatine aux éléments latéraux. Recombinaisons méiotiques L’intérêt du processus méiotique est de permettre la diversification génétique d’une espèce par des recombinaisons génétiques ou méiotiques. Ces recombinaisons ont été décrites par Janssens en 1909 pour la première fois et identifiées au travers des structures appelés les chiasmas qui sont des structures en forme de X qu’il va observer au cours du stade diplotène de la méiose. Il considère que ces structures sont le résultat d’un échange qui est intervenu entre les chromatides d’origine paternel et d’origine maternel. Cette structure en forme de X permet de faire allusion au phénomène de recombinaison génétique mais explique aussi le fait que les chromosomes sont attachés entre eux au cours du stade pachytène pour pouvoir effectuer les recombinaisons génétiques. C’est Morgan qui met en évidence le fait que les chiasmas sont un témoin (trace physique) d’un échange de marqueurs chromosomiques (1911). Les recombinaisons génétiques correspondent aux échanges réciproques de séquences strictement homologues entre les chromatides sœurs des chromosomes homologues. On les appelle aussi crossing-over ou enjambements chromosomiques pour expliquer cet échange et ce croisement entre les chromatides. Ils ne se font PAS au hasard. Les chiasmas sont la conséquence des recombinaisons donc ils surviennent après celle-ci donc au stade diplotène Le complexe synaptonémal participe au déroulement des recombinaisons génétiques qui ont lieu au niveau de son élément central. Au niveau de cet élément central, on peut observer au microscope électronique, des structures denses de forme nodulaire : les nodules de recombinaisons génétiques qui sont des complexes multi-enzymatiques (MLH1 et RAD51 pour les nodules de recombinaison précoces). Ce sont les témoins des lieux où peuvent se dérouler ces recombinaisons sur l’élément central. Pour qu’il y ait des échanges réciproques de matériels chromosomiques et de matériel génétique, il faut qu’il y ait des cassures de la chromatine. Les recombinaisons génétiques sont initiées par la production de ruptures au niveau de la molécule double-brin d’ADN. Cette rupture de l’ADN double-brin est possible par la présence d’enzymes : des endonucléases ou des hélicases. Ces enzymes sont situées dans les nodules de recombinaisons génétiques observés au ME. Ces cassures de l’ADN au niveau des chromosomes homologues autosomiques vont intervenir à différents endroits tout le long de ces chromosomes à la fois du côté du chromosome paternel et du côté du chromosome maternel donc au niveau des 4 chromatides. Ces cassures de l’ADN ne sont pas produites de manière aléatoire : il existe de multiples zones préférentielles de survenue de ces recombinaisons génétiques. Elles surviennent préférentiellement dans les régions intergéniques (les cassures au niveau des régions géniques vont entraîner des anomalies de ces gènes), au niveau des séquences riches en GC et des séquences avec répétition en GT. 1. Initiation 2. Rupture de l’ADN double-brin (endonucléase Spo11) 3. Point de recombinaisons : Régions intergéniques Séquences riches en GC Séquences avec répétition GT Les conséquences de ces cassures : elles vont provoquer la libération d’extrémités libres monobrin d’ADN donc d’extrémité libre 5’ et d’extrémité libre 3’ par chromosomes. Ces extrémités 5’ libres vont être digérées par des exonucléases pour créer des molécules d’ADN monobrins à extrémité 3’ puis fixation de protéines à cette extrémité 3’ simple brin libérée pour permettre de reconstituer l’ADN double brin. Différentes protéines vont pouvoir se fixer au niveau des extrémités 5’ et 3’ qui sont instables et ces zones libres d’ADN vont tenter de s’apparier et de chercher des séquences homologues sur l’autre brin d’ADN libre. L’extrémité libre 3’ va préférentiellement essayer de reconnaître sur l’extrémité libre de l’autre chromosome, une séquence homologue pour pouvoir s’apparier. La première attaque c’est un premier appariement entre une extrémité libre 3’ et une extrémité libre 5’ controlatérale. La deuxième attaque : A l’inverse sur l’autre molécule d’ADN, les extrémités libres 5’ instables vont essayer de reconnaître une séquence homologue en recherchant sur l’extrémité libre 3’. Ces attaques entre les chromosomes produisent les échanges de brins. Ces enjambements chromosomiques vont créer un échange de matériel chromosomique, un croisement appelé la double jonction Hollyday (DJHs) Pour reconstituer les 2 chromosomes, il y a une séparation : c’est la disjonction des doubles jonctions Hollyday. C’est étape finale de séparation est essentielle pour la finalisation des échanges entre les chromosomes homologues. La résolution des doubles jonctions Hollyday est asymétrique ce qui est caractéristique des recombinaisons génétiques. Ceci va permettre d’obtenir d’un côté un haplotype recombiné différent de l’haplotype présent au niveau des chromosomes homologues et un haplotype non-recombiné comparable à celui qui est observé dans l’un des chromosomes paternel ou maternel. Ce phénomène de résolution, de séparation des doubles jonctions Hollyday avec la création d’haplotypes recombinés, est à l’origine de la diversification de l’ADN au sein de l’espèce. Cette résolution asymétrique est équilibrée et normale c'est-à-dire que l’haplotype recombiné est différent mais il n’est pas anormal. En revanche, on a des résolutions qui sont non-équilibrés et anormales. Le crossing-over est caractérisé par un échange de séquences strictement homologues jusqu’au niveau des nucléotides avec un respect de la séquence d’ADN. Seul 2 des 4 chromatides sont impliqués dans un crossing-over (une chromatide paternelle et une chromatide maternelle) mais les 4 chromatides peuvent être impliquées dans 2 crossing-over différents. Un crossing-over dans une région affecte la probabilité de survenue d’un crossing-over dans une autre région : soit il augmente, soit il réduit cette probabilité mais cette interaction s’arrête au niveau des centromères c'est-à-dire que les crossing-overs intervenant sur les bras courts ne retentissent pas sur la probabilité de survenue des crossing-overs sur le bras long des chromosomes et inversement. La séparation des chromosomes en fin de méiose I mais également la ségrégation en méiose II sont conditionnées par la survenue des crossings-over. En dehors de la taille du chromosome, différents facteurs peuvent affecter la survenue des crossing-over : le nombre de crossing-over diminue avec l’âge, la température, voir le génotype de l’individu ou son sexe (plus de crossing-over chez la femme). La synthèse d’ADN au cours de la méiose est préméiotique, au stade préleptotène pour 99, 7 % de cette synthèse mais on observe une réplication de l’ADN de 0,2 % au stade zygotène et 0,1 % au stade pachytène. Les synthèses d’ADN que l’on va observer au stade zygotène et au stade pachytène sont des synthèses réparatrices. Au stade pachytène, la synthèse d’ADN est nécessaire à la formation des doubles jonctions Hollyday impliqués dans les recombinaisons génétiques. Les nodules de recombinaisons génétiques : ils correspondent à des complexes multi-enzymatiques présents dans l’élément central du complexe synaptonémal : les enzymes qui vont être impliqués dans les recombinaisons génétiques (cassure de l’ADN, digestion de l’ADN et synthèse d’ADN pour reconstituer les enjambements chromosomiques). Il y a une étroite correspondance entre la répartition/ le nombre de nodules de recombinaisons et la répartition/le nombre de chiasmas. Ceci est particulièrement vrai chez les plantes et la drosophile. Chez les mammifères, on a une correspondance qui existe mais qui est beaucoup moins complète. Il y a plus de nodules comportant des endonucléases dans l’élément central du complexe synaptonémal chez la femme donc la femme fait plus de recombinaisons. Tout l’ADN n’est pas répliqué au stade préleptotène. La formation physique des chiasmas est une caractéristique des recombinaisons génétiques : les chromosomes homologues restent assemblés par l’intermédiaire des chiasmas alors même que les complexes synaptonémaux vont disparaitre en dehors des régions chiasmatiques. Les chiasmas correspondent à des ponts chromatiniens établis entre les chromatides non sœurs. Ils correspondent théoriquement au site de recombinaisons génétiques car on note une correspondance entre la distribution des crossing-overs et les chiasmas ainsi qu’une correspondance entre les points de cassure sur les chromatides et les chiasmas également. En l’absence de recombinaisons génétiques, pas de chiasmas, donc les chromosomes se dissocient au stade diplotène au moment où le complexe synaptonémal disparaît mais cette dissociation n’est pas efficace. Les chiasmas qui apparaissent au stade diplotène de prophase de méiose I vont aider à la séparation et à la ségrégation aléatoire des chromosomes en anaphase 1. (ils disparaissent à ce moment) La conséquence, lorsqu’il y a des défauts de séparation des chromosomes homologues sont des anomalies chromosomiques du nombre : on parle de trisomie par exemple pour un embryon à 3 chromosomes 21. A l’inverse, on parle de monosomie complète pour un embryon avec un seul chromosome 21. Les trisomies chromosomiques complètes peuvent être viables (rare) mais les monosomies chromosomiques complètes ne sont pas viables. Les anomalies sexuelles sont les plus fréquentes dans la population et masculine et féminine. Les chiasmas jouent un rôle fondamental dans la séparation mais surtout dans la ségrégation aléatoire et équilibrée des chromosomes homologues. Ces chiasmas au cours et à la fin de la méiose I jouent le rôle de centromère pour le clivage comme lors d’une mitose classique comme on peut observer en anaphase et en télophase d’une mitose classique et au cours d’une anaphase et d’une télophase de Méiose II : Chiasma même rôle que centromères mais permet la séparation des homologues et non pas des chromatides. Il y a séparation des chiasmas lors de l’anaphase I. Les recombinaisons génétiques permettent la diversification mais si elles sont inégales elles génèrent des anomalies géniques de structure des chromosomes responsables de maladies génétiques, des mutations des gènes responsables de duplication, délétion Aneuploïdie : perte de chromosomes Polyploïdie : gain de chromosomes Klinefelter = Homme 47 XXY Turner = Femme 45 X0La spermatogenèse I. Définition – Généralités • Le système reproducteur est constitué 3 éléments : - Les cellules germinales : mobilité - Les gonades - Et le tractus ou conduit génital • Dans l’ordre se forment d’abord les cellules germinales puis la gonade puis le tractus ou conduit génital et ensuite la différenciation de ce tractus. Tout embryon au départ va posséder le potentiel pour se développer dans le sens masculin ou dans le sens féminin mais il va y avoir dans un deuxième temps, une orientation. • Les cellules germinales de tous les animaux possèdent une propriété essentielle : la mobilité. Elle va intervenir à la fois durant la période embryonnaire mais aussi tout au long du développement de la gonade durant la période infantile, et encore plus pendant la période de la spermatogenèse. Au début du développement, les cellules germinales primordiales se situent en dehors de la gonade et des ébauches génitales : elles vont se développer au niveau des crêtes génitales et puis ces cellules germinales qu’on dit aussi cellules germinales primordiales vont migrer donc elles vont devenir mobiles pour coloniser les gonades qui sont indifférenciées. Ensuite, elles sont enfermées dans cette gonade. Les cellules germinales vont retrouver leur mobilité dès lors que l’on aura un processus de spermatogenèse à maturité. Lorsque les spermatozoïdes vont être libérés dans la lumière des tubes séminifères, puis dans le tractus génital mâle, ces spermatozoïdes retrouvent leur liberté et leur mobilité. • La gamétogenèse comporte donc 2 phases libres encadrant 1 phase captive (spermatogénèse = spermatocytogénèse +spermiogénèse) à l’intérieur de la gonade sachant que même pendant cette phase captive, où les cellules germinales sont limitées à un espace réduit, il y a une certaine mobilité des cellules à l’intérieur des tubes séminifères. • Chez l’homme, la phase captive correspond à la spermatogenèse. La spermatogenèse est la gamétogenèse mâle regroupant l’ensemble des événements qui, à partir des cellules germinales souches, va permettre la production de spermatozoïdes (gamètes mâles matures). S’il y a eu exposition (in utéro mais pas que car cela peut être transgénérationel) des cellules germinales à des perturbateurs endocriniens de type œstrogène ou anti-androgène il a une diminution de la quantité de spermatozoïde. Ils agissent au niveau de l’épi-génome transmissible d’une génération à l’autre. (Modification épigénétique héréditaire sur les cytosines des promoteurs) La spermatogenèse se déroule au sein des testicules dans des structures appelées tubes séminifères. Elle permet de passer des spermatogonies aux spermatozoïdes. La spermatogenèse est un processus continu de la puberté à la sénescence. Elle est associée à une autre fonction du testicule qui contient également des cellules endocrines appelées cellules de Leydig qui se situent entre les tubes séminifères, dans le tissu interstitiel. Le testicule a donc deux fonctions associées à 2 compartiments différents : - Une fonction endocrine/compartiment interstitiel qui correspond à l’espace situé entre les tubes séminifères avec les cellules de Leydig du tissu interstitiel : compartiment interstitiel. - Une fonction exocrine/compartiment tubulaire qui correspond à la spermatogenèse des tubes ou cordons séminifères (paroi de cellules péri-tubulaires myo-fibroblastiques) : compartiment tubulaire épithélium séminifère : cellules de Sertoli La fonction endocrine est la production des hormones mâles (androgènes) par le testicule. Cette fonction endocrine est associée au tissu interstitiel. • La spermatogenèse dure 74 jours va associer différentes étapes : - Une phase de multiplication cellulaire par division mitotique qui intéresse les spermatogonies (souches ou indifférenciées). Les spermatogonies sont situées en périphérie des tubes séminifères : 27 jours (18+9) - Une étape qui correspond à la méiose ou spermatocytogénèse avec les 2 divisions méiotiques qui mettent en jeu les spermatocytes 1 et 2 : 24 jours (23+1) - Une phase de maturation ou de différenciation cellulaire appelée la spermiogénèse : processus au cours duquel les spermatides rondes vont devenir des spermatides allongées ovalaires pour donner les cellules somatiques matures haploïdes : les spermatozoïdes : 23 jours • On trouve à l’intérieur des tubes séminifères, les cellules de la lignée germinale mais aussi d’autres cellules qui ne sont pas des cellules de la lignée germinale : les cellules de Sertoli, qui sont des cellules nourricières des cellules germinales. Avec la lame basale, ces cellules de Sertoli vont participer à la formation de la barrière hémato-testiculaire entre les compartiments interstitiels et compartiment tubulaire. Celle-ci joue un rôle fondamental dans : - le processus d’initiation et de maintien de la spermatogenèse. - la protection des cellules germinales au sein des tubes séminifères. - Rôle dans les échanges entre Sertoli, Leydig et cellules germinales • Le testicule est un organe, une gonade qui va subir un développement depuis la période embryonnaire et fœtale à la période pré-pubertaire/adulte. Le testicule est en développement permanent. La mise en place du testicule commence in utero. • La gonade indifférenciée va se différencier au cours de la 6ème-7ème semaine du développement embryonnaire en testicule. • Au sein de la gonade vont apparaître les cordons séminifères à l’intérieur desquels on va retrouver les cellules germinales et les cellules de Sertoli. • Entre les cordons séminifères, on va trouver des cellules d’origine mésenchymateuse donnant des précurseurs des cellules de Leydig : les cellules de Leydig ne sont visibles que dans un testicule mature et adulte. • Cette différenciation de la gonade indifférenciée en testicule est sous dépendance génétique : un gène situé sur le bras court du chromosome Y appelé gène SrY va être activé et va entraîner une cascade d’activation et de désactivation d’autres gènes situés sur les autosomes qui vont permettre la différenciation de la gonade en testicule et la différenciation du tractus génital dans le sens masculin. Des anomalies de structure du gène SrY vont être à l’origine d’anomalies de la différenciation de la gonade et des troubles de différenciation sexuelle (état intermédiaire ou état féminin avec le chromosome Y). Les testicules sont des organes pairs situés à l’intérieur du scrotum. Chaque testicule va être surmonté de l’épididyme qui donne le canal déférent lui-même donnant les canaux éjaculateurs qui traversent la prostate et qui se jettent dans l’urètre prostatique. A l’extrémité du canal déférent, il y a une autre structure que sont les vésicules séminales qui vont se jeter dans le canal éjaculateur dans un endroit appelé le carrefour vésiculo-déférentiel. • Chacun des testicules est entouré d’une coque fibreuse très vascularisée et constituée d’un tissu conjonctif dense constitué de fibres de collagène. Cette coque conjonctive qui limite à l’extérieur le testicule, est appelé l’albuginée très vascularisée. (comme pour l’ovaire : riche en fibres mais pauvre en cellules). Albuginée = enveloppe. Scrotum = peau • De l’albuginée (coque conjonctive fibreuse très vascularisée) partent des cloisons conjonctives : les septums • chaque septum va partager le testicule en lobule. Pour chacun des testicules on note 200 à 300 lobules. Par lobules, on peut observer entre 1 et 4 tubes séminifères. • Chaque tube séminifère est délimité par une paroi constituée par une membrane propre de nature cellulaire (cellules péritubulaires) et fibrillaire à l’intérieur de laquelle on observe une membrane ou lame basale sur laquelle vont reposer les cellules de Sertoli mais aussi les spermatogonies les plus immatures. • l’épithélium : cellules germinales + cellules de Sertoli. • Cette paroi des tubes séminifères va participer à la constitution de la barrière hémato-testiculaire et va contribuer aux échanges entre les cellules de Sertoli et les cellules germinales mais également entre les cellules de Leydig. La lame basale est un des composants de la barrière hémato-testiculaire. La paroi des tubes séminifères est constituée de cellules péritubulaires ou cellules myofibroblastiques : ce sont des cellules de nature conjonctive mais qui possèdent dans leur cytoplasme, des fibres contractiles. Épithélium : cellules germinales + cellules de Sertoli• Au cours de la spermatogenèse, on va observer 2 étapes : - La spermatocytogenèse est la méiose et la multiplication des spermatogonies : regroupe l’ensemble des événements intéressant les spermatogonies, les spermatocytes 1 et 2. - La spermiogénèse qui intéresse les spermatides et les spermatozoïdes • La spermatocytogenèse associe la multiplication des spermatogonies et la méiose, et aboutit à la production de spermatides rondes. La spermiogénèse permet la différenciation des spermatides rondes en spermatozoïdes. • L’étape ultime de la spermatogenèse s’appelle la spermiation qui correspond au détachement des spermatozoïdes allongés ou flagellés de la cellule de Sertoli en fin de spermiogénèse et ces spermatozoïdes se retrouvent dans la lumière des tubes séminifères. Spermatogenèse => spermatocytogenèse (mitose + méiose) => spermiogénèse (maturation) => Spermiation (détachement) Renouvellement = cellules de la lignée germinale =>infini : Ad Puis cellule avant l’avant dernière réplication = spermatogonie Ap =>1 Apres réplication = cellule avant la dernière réplication précédant la méiose= spermatogonie B =>2 Ce sont les B qui vont entrer en Méiose ou revenir en Ap => spermatocytogenèse = Méiose Spermatocyte 1 = cellule au départ de la méiose => 4 Apres méiose 1 = spermatocyte 2 => 8 Apres méiose 2 = spermatide => 16 Spermiogénèse =>Maturation : Ajout de flagelle, condensation, mise en place nouvelles structures=> spermiation = détachement => 16 spermatozoïdes Ap=>SP1 =27j Sp1=>23j Sp1=>Sp2 =1j Spermatide=>sz =23j Spermatocytogenèse : • Avant la puberté, dans le testicule infantile et pendant la vie embryonnaire et fœtale, il n’y a pas de spermatogonies. • Pendant la vie embryonnaire et fœtale, on va avoir les cellules primordiales appelés gonocytes qui vont se retrouver avec les cellules de Sertoli dans les cordons séminifères et qui vont se différencier en fin de vie utero. • Après la naissance, les gonocytes vont se différencier en spermatogonies durant la période infantile précoce. Ces spermatogonies obtenues sont uniquement des spermatogonies souches. Donc dans le testicule infantile, on va avoir des spermatogonies souches et des cellules de Sertoli non différenciées, immatures. • Les spermatogonies de type A et de type B pourront être observé à partir de l’âge de 5 ans dans le testicule humain, avant la puberté. En revanche, les cellules spermatocytaires ne seront visibles que lorsque la puberté sera initiée. De manière exceptionnelle, on peut observer durant la période infantile, quelques tubes séminifères dans lesquels on a un début de processus méiotique qui va avorter rapidement. • Les spermatogonies sont des cellules de grandes tailles, rondes que l’on va retrouver le plus près des tubes séminifères. Il s’agit de cellules germinales diploïdes situées en périphérie des tubes séminifères au contact de la membrane basale. Ces cellules germinales vont se diviser par mitose et elles vont se différencier. • On distingue 2 types de grandes spermatogonies rondes près des conduits séminifères : - Les spermatogonies de type A - Les spermatogonies de B : elles ont un noyau arrondi à chromatine foncée et en amas. On les appelle les spermatogonies de type croûtelleuses. • La distinction entre les deux a été réalisée par Clermont qui a identifié deux autres sous types : - Les spermatogonies Ad (dark) : spermatogonies dont la chromatine est très foncé, grAnuleuse. - Les spermatogonies Ap (pâle) : spermatogonies à chromatine fine, dispersée, claire. On les appelle aussi les spermatogonies poussiéreuses. • En MET, les spermatogonies A (poussiéreuses et granuleuses) sont pauvres en organites, et les spermatogonies B croutelleuses sont plus nombreuses que les A. • Les spermatogonies de type Ad constituent le pool de réserve : il s’agit des spermatogonies souches. • Les spermatogonies de type Ap constituent le pool de renouvellement et vont permettre la différenciation en spermatogonie B. • Clermont et Dym se sont rendus compte que les spermatogonies de type Ad appelé A0 vont se diviser pour donner de 4 spermatogonies de types Ap mais parmi celles-ci, on a environ 4 divisions mitotiques avant de donner des spermatogonies intermédiaires puis par des phénomènes de division et de différenciation, ces spermatogonies vont donner des spermatogonies de type B. Les spermatogonies de type A0 (= Ad) constituent le pool de réserve et les spermatogonies de type A1 à A4 (A1-A4 = Ap) constituent le pool de renouvellement. A4 va donner des spermatogonies intermédiaires mais en même temps des spermatogonies A1. • Une spermatogonie de type A a plusieurs devenirs possibles : - Soit rester dans la réserve : Ad ou AO - Soit aller vers le renouvellement A1A4 = Ap - Soit aller vers la voie de différenciation B - Soit mourir par apoptose (2/3) car dès lors qu’il y a des processus de divisions mitotiques et de prolifération cellulaire, il y a un mécanisme de régulation de ces divisions par apoptose qui est mécanisme régulateur fondamental de la spermatogenèse pour éviter un emballement de toutes les divisions mitotiques et pour éliminer les cellules germinales anormales. • En théorie, une spermatogonie de type Ap donne 256 spermatozoïdes mais en réalité, cette règle n’est pas respectée car au cours de chacune des étapes, il y a toujours des cellules germinales qui vont être éliminées par apoptose. La mort cellulaire va intéresser 2/3 des spermatogonies au cours des divisions mitotiques (élimination physiologique). • Le même mécanisme d’apoptose intervient au cours de la méiose : 50 % des cellules méiotiques vont être éliminés par apoptose. Il y a aussi de l’apoptose durant la spermiogenèse. • En réalité, on observe très peu de cellules en apoptose dans les tubes séminifères car dès que les cellules vont initier le mécanisme d’apoptose ou apoptose précoce, les cellules de Sertoli vont les phagocyter.Cellules germinales souches A dark ou A0 sont : - multipotentes - à faible prolifération - mais fort renouvellement - avec une évolution clonale (expériences d’expansion in vitro des sz souches) - à division majoritairement asymétrique. Leur division est asymétrique en majorité mais pas obligatoirement Les cellules germinales souches correspondent aux A dark ou A0 granuleuses soit 10 % de la population de l’ensemble des cellules germinales (faible partie) Leur développement se fait tout le temps dans la Niche cellulaire pour le maintien et la différenciation de toutes les cellules souches. C’est un environnement : - physique : cellules de Sertoli - moléculaire : facteurs pour assurer leur survie élaborés dans la niche. Evènements extérieurs toxiques physiques ou chimiques comme chimiothérapie par exemple : Leur toxicité dépend de la capacité à détruire les cellules germinales souches. Il y a aussi dans notre environnement des éléments qui peuvent altérer la niche. Les crossing-over ou recombinaisons interviennent au stade zygotène et les chiasmas qui sont leur trace physique interviennent au stade DIPLOTENE MO : nodules de recombinaison, éléments latéraux du complexe synaptonémal, ZPO qui a grossi ME : élément central du complexe synaptonémal, complexe synaptonémal dans son ensemble, nodules de recombinaison de l’élément central, ZPO à son apparition, spermatogonies A pauvres en organites et spermatogonies B + nombreuses que les A, Microtubules et manchette Barrière hémato testiculaire = lame basale + cellules de Sertoli + paroi des cordons séminifères (cellules péritubulaires + cellules myofibroblastiques). La lame basale ne contient pas de cellules de sertoli car elles reposent sur elle