Ton QCM Paces Méiose spermatocytaire, pendant l'épidémie de coronavirus.

Méiose spermatocytaire

PLAN: Méiose spermatocytaire

Chronologie des 3 premières semaines du développement embryonnaire

  1. Introduction.
  2. La Maturation épididymaire du spermatozoïde (fécondance du spermatozoïde).

Introduction

MEIOSE SPERMATOCYTAIRE Les spermatogonies de type B vont être celles qui vont entrer en méiose. Ces spermatogonies se divisent une fois avant l'entrée en méiose et à partir de cette division on va avoir, au stade préleptotène, une réplication pour donner naissance aux spermatocytes primaires ou de premier ordre. Les Spermatocytes primaires : début de la méiose réductionelle • Ce sont de grandes cellules ovalaires • Avec un noyau arrondi central • Ces cellules sont situées à distance de la gaine péri tubulaire et donc à distance de la paroi des tubes séminifères • Elles subissent la première division méiotique (Pachytène ++). • Les chiasmas du stade diplotène résultant des crossing over (enjambements ou recombinaisons génétiques) vont se séparer lors de l’annaphase I. A l'issue de ce stade pachytène on va observer en TELOPHASE 1, une séparation incomplète du cytoplasme (cytodiérèse incomplète) et une séparation complète des noyaux. Cela aboutit à deux spermatocytes secondaires reliés entre eux par un pont cytoplasmique (qui apparait dès la fin de spermatocyte primaire jusqu'en fin de spermiogénèse). Leurs noyaux sont bien distincts mais pas leur cytoplasme Les Spermatocytes secondaires : début de la méiose équationnelle • Ce sont des cellules plus petites et arrondies (logique car à l’origine des spermatides rondes) • On les observe avec difficulté dans les coupes histologiques de tubes séminifères car la méiose 2 a une durée brève (la méiose 2 est un stade éphémère). • A la fin de la 2e division méiotique, on aura les spermatides rondes haploïdes à 23 chromosomes. • Récapitulatif : ovalaire (Spermatocytes 1aires)  arrondi (spermatocytes 2ndaire) arrondi (spermatide ronde) ovalaire (spermatide allongée)  ovalaire (sz) Etape suivante correspond à l'étape de différenciation, maturation = LA SPERMIOGENESE (23J) La spermiogénèse permet de transformer les spermatides rondes en jeunes spermatides puis en spermatozoïdes. Pendant cette étape, on rencontre les spermatides rondes puis les spermatides en cours d'élongation puis les spermatides allongés et enfin les spermatides matures qui sont très proches des Spermatozoïdes. Transformation des spermatides rondes : • Morphologiques • Natures biochimiques • Fonctionnelles • Physiologiques. Ces modification permettant le passage de la spermatide ronde au spermatozoïde, sont multiples mais SIMULTANEES (elles sont contemporaines les unes des autres). Ces modifications intéressent le cytoplasme et le noyau. A SAVOIR : 5 principales modifications contemporaines (simultanées) : • Formation de l'acrosome (2/3 antérieur) à partir de l'appareil de Golgi • Formation du flagelle grâce à la migration postérieur des centrioles avec • Migration postérieure des mitochondries qui accompagne la formation du flagelle • Réorganisation et maturation du noyau • Réorganisation du cytoplasme jusqu'au stade ultime de spermiation Tout ceci c’est pour former le Spermatozoïde qui est un gamète haploïde mature dont l’ADN est particulièrement compacté. LA FORMATION DE L'ACROSOME : (début) • Il se forme à partir de l'appareil de golgi dès le stade de spermatides rondes • Le golgi produit des vésicules golgiennes qui vont fusionner pour former une grande vésicule unique appelée VESICULE golgienne PRO ACROSOMALE. • Cette vésicule pro acrosomale va se placer sur le futur pôle ANTERIEUR du noyau du Spermatozoïde pour ensuite se transformer et s'étaler sur toute la partie antérieure, sur le sommet (apex) du noyau du Spermatozoïde. A la fin, elle recouvre les 2/3 ANTERIEUR du noyau (plat). • Ensuite, le contenu de la vésicule se densifie et devient homogène : à ce moment on parle alors d'acrosome. Il contient des enzymes hydrolytiques acides. • L’acrosome est un sac important qui recouvre les 2/3 antérieurs du noyau. Il est limité par une membrane appelée membrane acrosomique interne qui est en contact avec l'enveloppe nucléaire du noyau. o La membrane acrosomique externe est en contact avec la membrane plasmique du Spermatozoïde. • Cet acrosome contient des enzymes de nature protéolytique et acide (qui proviennent de l'appareil de Golgi) pour intervenir au cours de la fécondation : hyaluronidase ou pro-acrosine. • Entre la membrane acrosomique interne et l'enveloppe nucléaire, on retrouve l'espace sous acrosomal • Entre la membrane acrosomique externe et la membrane plasmique on retrouve, l’espace sub- acrosomal. • La fusion avec la membrane ovocytaire est en arrière de l’acrosome LA FORMATION DU FLAGELLE : (début) mouvements spontannés • Elle débute comme pour l’acrosome à partir du stade de spermatide ronde qui possède deux centrioles. • La formation du flagelle se fait à partir des centrioles de la spermatide ronde et du corps chromatoïde • Au cours de la spermiogénèse, on observe une migration des centrioles qui vont aller se localiser au futur pôle postérieur du noyau, de manière opposé à la vésicule pro Acrosomale (2/3 antérieurs). • Le centriole proximal est proche du noyau et le centriole distal est loin de celui-ci. Il y a une forme de T entre les 2 centrioles car ils sont perpendiculaires. • A partir du centriole distal se forme le flagelle. • Près du centriole distal : il y a formation de : o LA FOSSETTE D'IMPLANTATION où les structures du flagelle vont s'ancrer. o LA PLAQUE BASALE • Le centriole distal donne naissance au squelette du flagelle : L'AXONEME : structure microtubulaire = doublet de microtubules qui sont présents dans le flagelle du spermatozoïde o On aura 1 doublet central de microtubules o 9 doublets périphériques • Autour de la structure micro tubulaire de l'axonème (visible en ME), on observe la formation des structures péri axonémales : o Les fibres denses o La gaine fibreuse semi-circulaire o les colonnes segmentées • Axonème : jante des roues / structure péri-axonémale = pneu du flagelle du spermatozoïde. • En même temps qu'il y a la mise en place de ces structures flagellaires, il y a élongation du flagelle et du spermatozoïde (ces transformations sont contemporaines les unes les autres elles se produisent en même temps). LES MITOCHONDRIES DES SPERMATIDES RONDES : (début) • Même migration postérieure que les centrioles • En même temps que la formation de l'axonème, les mitochondries s'enroulent autour de l'axonème de manière hélicoïdale au niveau de la pièce intermédiaire à la partie proximale du flagelle pour former un manchon de mitochondries qui entoure les fibres denses. • La pièce intermédiaire débute au niveau de la fossette d'implantation (+ plaque basale) du flagelle et s'arrête dans la partie postérieure au niveau de L'ANNULUS qui est la région qui est constituée des fibres denses : elle sépare la pièce intermédiaire de la pièce la plus longue du flagelle qu'est la pièce principale. Au bout du spermatozoïde, l’extrémité du flagelle s’appelle la pièce terminale. Il n’y a pas de mitochondries sur la pièce principale ou terminale. Migration du cytoplasme qui se concentre dans le corps résiduel (jonction tête-corps) qui sera phagocyté par les cellules de Sertoli pendant la spermiation. Il restera une gouttelette ou reste cytoplasmique éliminé pendant le transit épidydimaire (10-15J) REORGANISATION ET MATURATION DU NOYAU DE LA SPERMATIDE RONDE : • Celui de la spermatide ronde est décondensé mais au cours de la spermiogénèse, il va y avoir un phénomène de condensation responsable de : o La modification morphologique : forme et taille du noyau o La modification de la compaction de l'ADN spermatique  In fine, l’ensemble de ces transformations ont pour but de provoquer la condensation de la chromatine et donc sa protection ultérieure au cours du transport dans les voies génitales mâles et féminines et en même temps, cela va permettre : - une réduction du volume du noyau - un phénomène d’ELONGATION NUCLEAIRE s’accompagnant d’une compaction de la chromatine : passage d’une spermatide ronde a chromatine fine et dispersée à une spermatide allongée à chromatine condensée surtout dans la partie antérieure. • Les spermatides rondes ont un noyau central ovoïde avec une chromatine fine et dispersée et avec un ou deux nucléoles. • La composition en protéines au niveau du noyau de la spermatide ronde est identique à celle des cellules somatiques. • L’élongation du noyau débute au MILIEU de la spermiogénèse et est contemporaine de la mise en place d’une structure transitoire de nature micro tubulaire : LA MANCHETTE • La manchette, une structure micro tubulaire transitoire, se fixe sur la future partie antérieure du noyau de la cellule au niveau de l'enveloppe nucléaire (la manchette disparait en fin d’élongation nucléaire). Ainsi on dit que la manchette contribue à l'élongation nucléaire mais elle n'est pas la seule (les modifications de la condensation de la chromatine participent principalement à l’élongation du noyau). • La réduction de volume au niveau du noyau avec une augmentation du nombre de replis est caractérisée par une perte de matériel nucléaire au travers des pores nucléaires. En même temps, il y a condensation de la chromatine tout le long de l’axe du noyau. Cette condensation de la chromatine débute au pôle postérieur du noyau et s'étend au pôle antérieur de celui-ci de manière opposée à la mise en place de la manchette transitoire du pôle antérieur au pôle postérieur. • En plus de la condensation physique nucléaire il y a des transformations moléculaires et biochimiques qui accompagnent cette condensation de la chromatine : o changement de la composition de protéines nucléaires basiques associées à l’ADN de la cellule. o Chez l'homme, comme chez la plupart des mammifères : remplacement des Histones (protéines nucléaires basiques somatiques) en protéines nucléaires basiques spécifiques du Spermatozoïde que sont LES PROTAMINES o Entre ces deux étapes mis en place de nucléoprotéines basiques intermédiaires ou de transition (formé à partir du stade de spermatide en élongation) nécessaire pour assurer la transition histones de type somatique en protéines spécifiques des Spermatozoïdes. Les nucléoprotéines de transition sont encore PLUS BASIQUES que les histones et les protamines sont encore plus basiques que les nucléoprotéines de transition. Les protéines de transitions sont riches en ARG, LYS, HIS et CYS (les 3 AA basique + CYS pour les ponts disulfures). Les protamines sont d'abord phosphorylées pendant leur transport jusqu'à l’ADN puis au moment de la fixation sur l’ADN, il y a déphosphorylation de la protamine qui facilitera la compaction de l'ADN spermatique. La compaction de la chromatine va réduire le volume du noyau et va permettre la protection du patrimoine génétique véhiculé par le Spermatozoïde. L'aspect d'élongation du noyau du spermatozoïde (sa morphologie) est différent d'une espèce à une autre. Enfin dans le Spermatozoïdes on aura au sein du noyau : • Protamine : 70-80% HP1, HP2 chez l’homme et HP3 et HP4 chez les animaux • Transition : 10% : TP1 et TP2 • Histone somatique : 20% Protamine : nucléoprotéine basique spécifique du Spermatozoïde (on les retrouve nulle part ailleurs). Elles sont phosphorylées mais leur déphosphorylation va permettre la compaction de la chromatine. Elles sont de faible PM. Riche en ARG (AA le + basique) et CYS (pour les ponts disulfures). Remarque : à part la myosine, la phosphorylation a l’air d’inhiber presque tout La manchette contribue à l'élongation physique nucléaire débutant au pôle postérieur. Au cours de l'élongation, il y a condensation de la chromatine grâce aux protamines. (SCP2-SCP3 pour les éléments latéraux du complexe synaptonémal et SCP1 pour son élément central avec les nodules) PATHOLOGIE : ANOMALIE DE LA CONDENSATION DE LA CHROMATINE NUCLEAIRE : • Noyau mal condensé • Aspect arrondi du noyau = syndrome globozoospermique. Dans les cellules somatiques : l’ADN subit un enroulement hélicoïdal et une compaction en hélices multiples Dans le Spermatozoïde : Enroulement hélicoïdal/compaction en hélice + enroulement complémentaire de type ressort pour augmenter la résistance à la décondensation SPERMATOZOIDE EN FIN DE SPERMATOGENESE : Le Spermatozoïde est une cellule dans un cycle de fin de différenciation, elle subit peu d'autres transformations et est vouée à la mort. De toute manière avant même de devenir spermatozoïde il y a beaucoup d’apoptose : 2/3 des spermatogonies et 50% des spermatocytes lors de la méiose (surtout au stade pachytène) • Historiquement la connaissance du Spermatozoïde date du 17e siècle. C’est un hollandais : Antoine van Leeuwenhoek qui invente le premier microscope. En 1678 Il observe en premier la semence des animaux dans lequel il observe les animalcules qui sont en fait les Spermatozoïdes et en réalise des schémas extrêmement précis. • Apres lui : un autre hollandais Nicolas affirme que dans la tête du Spermatozoïde, c’est l’embryon préformé qui est contenu. • Spalanzanni= sz sont inutile et parasites, perfection du corps de la femme, les congèle avec de la neige • Il faut attendre le 19e pour en savoir un peu plus. • 1840 Van Coliker => Spermatozoïdes proviennent des testicules et permettent de féconder l'œuf • C'est en 1876 qu'on sait que le Spermatozoïde va entrer dans l'ovocyte. • Au 19e DUMAS et PREVOST = agent actif de la fécondation. • AUJOURDHUI : le spermatozoïde est considéré comme une cellule mobile participant à la fécondation et transmettant le patrimoine génétique paternel. • pour fabriquer des Spermatozoïdes pour l'espèce humaine (moins de mort par méiose que spermatogonies) Les premières observations ont été faites Ses fonctions • La tête du Spermatozoïde : pouvoir fécondant o La tête contient le noyau et l'acrosome et est reliée au flagelle par le col du spermatozoïde. • Noyau : transmission du patrimoine génétique paternel • Flagelle : mobilité Cette formation du Spermatozoïde s'effectue au cours de la Spermatogénèse : • Il faut 74 jours pour fabriquer des Spermatozoïdes pour l'espèce humaine. Les premières observations ont été faites au microscope optique. Le Spermatozoïde mesure au total entre 50 à 60 µm chez l’homme mais la longueur du spermatozoïde est variable (6 cm chez la drosophile). En microscope optique : Tête = 4 à 5 µm de long donc le flagelle représente la plus grande partie. Le FLAGELLE : • La pièce intermédiaire est reliée à la tête par le col où on retrouve la base d'implantation du flagelle et de l’annulus • Puis la pièce principale = 10 x la longueur de la tête : de l’annulus à la pièce terminale • Pièce terminale Le MEB a permis d'avoir une vision des surface de la cellule pour mieux interpréter la forme de la tête du spermatozoïde et moins du flagelle. Mais c'est surtout le MET qui a permis de déterminer les structures de la tête et du flagelle. LA TETE : • Ovalaire : l’allongement des spermatides rondes donne cet aspect ovalaire • 2/3 antérieur aplati • 1/3 postérieur arrondi • On retrouve le noyau avec une chromatine dense en ME o ADN nucléaire (haploïde) o Protéine nucléaires basiques. • Au-delà du noyau : ACROSOME o Enzymes protéolytiques (hyaluronidase et pro-acrosine) o Provient du golgi o Recouvre les 2/3 ANT du noyau. L'ensemble du Spermatozoïde est recouvert par une membrane plasmique qui délimite la partie externe du Spermatozoïde et qui est au contact avec la membrane acrosomique externe de la tête. FLAGELLE : 3 parties et relié à la tête du Spermatozoïde par le cou col. Puis la pièce intermédiaire, la pièce principale et la pièce terminale. • A partir du col : mise en place de la structure centrale du Spermatozoïde : c'est l’AXONEME o Formation à partir du centriole distal o Composé de structure microtubulaire :  1 doublet central  9 doublets Périphériques o Le doublet central est relié aux doublets périphériques (A) et entre lui par des ponts RADIAIRES o Chaque doublet = 2 microtubules  Un MT A complet  Un MT B incomplet o Il va y avoir des bras de DINEINES qui vont relier le MT A complet d'un doublet au MT B du doublet adjacent (accrochage et décrochage successif)  Bras de Dynéine interne  Bras de Dynéine externe  Ceci contribue au mouvement du flagelle du Spermatozoïde. --> accrochage-décrochage successif du MTA au MTB adjacent par hydrolyse de l'ATP o Les microtubules tout comme la manchette de nature microtubulaire ne sont VISIBLES QU'EN MET o On a également les liens de nexines qui accrochent entre eux tous les doublets. o Entre le MT A périphériques complet de chaque doublet et les MT centraux, on a des fibres ou pont radiaires. PATHOLOGIE : • Syndrome de KARTAGENER o Les flagelles : pas de BRAS DE DINEINE interne ou externe sur tous les axonèmes des flagelles. o Absence de mobilité totale des Spermatozoïdes. o On n'a pas uniquement cette altération de la mobilité il y a aussi d'autres symptômes avec une atteinte par exemple pulmonaire (bronchites chroniques répétées), des sinusites chroniques et un SITUS INVERSUS : inversion de la topographie des organes (Cœur à droite...). Il y a un lien commun entre ces différentes anomalies car au niveau des sinus il y a des cils qu'on retrouve au niveau des voies aériennes et au niveau de bronche. Le SITUS inversus : la mise en place et rotation des organes est possible grâce aux cellules ciliées. o Tableau clinique complet (il existe aussi des pathologies intermédiaires) o Génétique : maladie AUTOSOMIQUE RECESSIF + souvent chez les hommes • Autres altération : o Anomalies des structures des flagelles : ces anomalies sont pour la plupart d’entre elles d’origine GENETIQUE. Au niveau de la pièce intermédiaire du centre vers la périphérie : • Axonème entouré par des fibres denses • Autour la gaine mitochondrial enroulée de façon hélicoïdale • Autour la membrane plasmique Les Mitochondries sont le pétrole des Spermatozoïdes : c'est au sein de celle-ci que l'énergie va être formée pour que les Spermatozoïdes puissent être mobiles (ATP va être hydrolysée). Au niveau de PIECE PRINCIPALE : Du centre vers la périphérie : • D'abord axonème • Autour de celui-ci : les fibres denses = 9 (comme dans la pièce intermédiaire) • Autour de celles-ci : la gaine fibreuse semi circulaire : ces demi-cercles sont reliés entre eux par 2 colonnes longitudinales (qui s'insèrent sur deux des fibres denses : 1 par colonne) • PAS DE MITOCHONDRIES qui ne sont que sur la pièce intermédiaire PIECE TERMINALE • Axonème désorganisé entouré par la membrane plasmique CINETIQUE DE LA SPERMATOGENESE : • 74 jours chez l'homme • Au cours de celle-ci les o Spermatogonies Ap : 18 jours o 1 Spermatogonies B : 9 jours o 1 Spermatocytes 1 : 23 jours o 2 Spermatocytes 2 : 1 seul jour o 4 Spermatides rondes : 23 jours • Spermiogénèse durant 23 jours • Transit dans l’épididyme : 10-15J • Dès lors que la spermatogénèse est initiée tous les 16 jours à un endroit donné une Spermatogonie b va entrer en méiose. Mais avant elle subit une mitose. • Les cellules germinales d'une même génération restent ensemble par les ponts cytoplasmiques qui assurent une synchronisation entre les cellules germinales d'une même génération • Après la méiose le pont cytoplasmique est important, il permet de maintenir une expression du génome de façon diploïde. Les noyaux sont eux bien séparés quant à eux. • La durée de la spermatogénèse est variable d'une espèce à l'autre o Plus l'animal est petit plus la durée est courte o Rat et Homme : les Spermatogénèses avec des caractéristiques identiques. o Macaque : 42 jours o Hamster : 35 jours o Souris : 35 jours o Rat : 53, 2 jours  But de pouvoir réaliser en dehors des conditions physiologiques (in vitro) la spermatogénèse d'une espèce déterminée (intérêt clinique et de thérapie cellulaire) La spermatogénèse : on l'a décrit longitudinalement (cycle spermatogénétique) succession de toutes les étapes de la spermatogénèse (74 jours) Quand on observe une coupe transversale on observe alors le cycle de l'épithélium séminifère. LE CYCLE DE L'EPITHELIUM SEMINIFERE : le fait que tous les 16 jours à un endroit du tube séminifère une Spermatogonie va rentrer en méiose. Les cellules germinales au sein du tube séminifère s'associent de manière préférentielle pour définir les stades du cycle de l'épithélium séminifère : 6 stades dans l'espèce humaine. FONCTIONNEMENT DE LA SPERMATOGENESE : autres données physiologiques • Testicules : 3 et 5 ° sous la température corporelle (la position assise prolongée comme en paces  ou les bains réguliers sont mauvais) • Apoptose : élimination des cellules (+ d’apoptose chez les femmes) • Gènes (chromosomes y et autosomes) Les testicules sont au départ en position intra abdominale. Pendant la période embryonnaire et fœtale : migration intra-abdominale  intra-scrotale vers le scrotum. Cette migration est fondamentale car elle permet au testicule d'arriver dans un endroit où la température sera adaptée au déroulement normal de la spermatogénèse. Tout événement qui va modifier la température scrotale va entraver le déroulement de la spermatogénèse. Les anomalies de la migration des testicules o Unilatéral : altération de la fabrication des Spermatozoïde. o Bilatéral : deux testicules qui ont mal migré : accentuation de l'anomalie. o De plus un testicule qui a mal migré est plus à risque de former des tumeurs sur ce testicule voire sur le testicule controlatéral. o La position assise prolongée augmente la température testiculaire

Enseignement Méiose spermatocytaire pour la faculté de médecine