Généralités sur la procréation, la méiose, la spermatogenèse

UE2 : Histologie - Biologie du développement et de la Reproduction
Chapitre 1 :
Généralités sur la procréation,
la méiose, la spermatogenèse
Docteur Sylviane HENNEBICQ
Année universitaire 2011/2012
Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés.
Plan du cours
I. La procréation sexuée
I. Introduction : la procréation sexuée
II. La méiose
III. La spermatogenèse
La procréation sexuée
Gamète mâle
(spz)
Gamète femelle
(ovocyte)
Œuf fécondé
 Permet aux espèces
de se perpétuer en
assurant un brassage
génétique
Les gamètes (= cellules sexuelles)
Les gamètes doivent remplir trois
conditions :
•
•
•
Taille suffisante
 Apport des réserves nutritives
Mobiles et nombreux
 Augmenter les chances de
rencontre
Coût de fabrication raisonnable
 ANISOGAMIE
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Les cellules somatiques sont diploïdes
 Chacune contient 23 PAIRES de chromosomes - 2n
(n=23 dans l’espèce humaine)
Caryotype 46,XY
Chromatides
homologues
7 Paternel
Chromatides
soeurs
7 Maternel
Chromosomes HOMOLOGUES
dupliqués
Les gamètes sont haploïdes
 Ils contiennent 23 chromosomes - n
23,X
ou
23,Y
23,X
23,X
23,Y
Le passage diploïdie – haploïdie est assuré
par la méiose et la fécondation
Diploïdie
Gamétogenèse
(méiose)
Fécondation
Haploïdie
Plan du cours
- II. La méiose
I. Introduction : la procréation sexuée
II. La méiose
1. Généralités
2. Vue d’ensemble
3. Les étapes
III. La spermatogenèse
1. La méiose : généralités
• Affecte les cellules de la lignée germinale
• Consiste en deux divisions consécutives à une
seule phase de réplication de l'ADN :
- une cellule diploïde (2n)  4 cellules haploïdes (n)
• Conséquences :
- Réduction de moitié du contenu génétique (2n  n)
- Transmission de l’information génétique
- Brassage de l’information génétique
Comparaison mitose-méiose
MITOSE
MEIOSE
Cellules somatiques
Cellules germinales
Quelques heures
Homme : 24 j
Femme : plusieurs années
1 division nucléaire
après une phase S
2 divisions nucléaires
après une phase S
1 cellule DIPLOÏDE
2n
1 cellule DIPLOÏDE
2n
2 cellules DIPLOÏDES
2n
4 cellules HAPLOÏDES
n
Structure génétique
identique à la cellule mère
Ré-arrangement
de la stucture génétique
2. La méiose : vue d’ensemble
- Schéma
4 celules haploïdes
(23 chromosomes)
2 cellules haploïdes
(23 chromosomes)
1 cellule diploïde
(46 chromosomes)
homologue
paternel
Phase S
homologue
maternel
Synapsis
Crossingovers
Ségrégation des
chromosomes
homologues
MEIOSE I
Division réductionnelle
(en fait, quantité d’ADN
identique)
Ségrégation des
chromatides soeurs
MEIOSE II
Division équationnelle
(en fait, quantité d’ADN
divisée par 2)
2. La méiose : vue d’ensemble
La méiose consiste en 2 divisions successives
MEIOSE I
MEIOSE II
 Réductionnelle
 Équationnelle
•
Divise par deux le nombre de
chromosomes
•
Divise par deux la quantité
d’ADN
•
précédée d'une phase S
•
Non précédée d'une phase S
•
Permet de distribuer les
•
Permet de séparer les
chromosomes homologues
(répliqués et recombinés) entre
2 cellules-filles
chromatides au niveau du
centromère (comme une
mitose)
3. Les étapes de la méiose
MEIOSE II
MEIOSE I
•
Prophase I
•
- Précédée d’une phase S
- longue (5 stades)
- synapsis et crossing-overs
•
•
•
Métaphase I
Anaphase I
Télophase I
•
•
•
Prophase II
–
–
Non précédée d’une phase S
Courte
Métaphase II
Anaphase II
Télophase II
Prophase I : stade Leptotène
• Les chromosomes deviennent
apparents (chromosomes dupliqués
sous la forme de filaments irréguliers)
Chr 2
maternel
Chr 2
paternel
Chr 1
maternel
Chr 1
paternel
• Rapprochement des chromosomes
homologues
• Duplication et début de migration des
centrioles
Prophase I : stade Zygotène
• Migration
des centrioles
opposés de la cellule
1♀
1♂
aux
• Début d’appariement des chromosomes
homologues
= synapsis
2♂
2♀
pôles
• Début de formation du complexe
synaptonémal
Prophase I : stade Pachytène
1♀
• Synapsis complet
1♂
• Les chromosomes, plus courts et
2♂
2♀
épais,sont sous forme de bivalent ou
tétrade
 Vésicule sexuelle chez le mâle
(chromosomes X et Y inactivés)
• Crossing-over (ou recombinaison) =
Bivalent (= 2 chromosomes)
Tétrade (= 4 chromatides)
échange de matériel génétique entre les
chromosomes homologues
Le complexe synaptonémal
au stade pachytène
- Schéma
Nodule
de
recombinaison
Eléments latéraux
Elément central
Chromatine des
chromatides
sœurs 1 et 2
Chromatine des
chromatides
sœurs 3 et 4
Mécanisme moléculaire
des recombinaisons méiotiques
- Schéma
De nouvelles combinaisons de gènes sont ainsi « essayées »
à chaque génération et soumises à la sélection naturelle
Prophase I : stade Diplotène
chiasma
• Désintégration du complexe
synaptonémal
• Disparition de la vésicule sexuelle
• Les bivalents se repoussent, sauf au
niveau des chiasma (au niveau
desquels ils sont attachés) = support
physique du crossing-over
Prophase I : stade Diacinèse
• Condensation maximale des
chromosomes (toujours reliés entre
eux par les chiasmas aux extrémités)
• Disparition de l’enveloppe nucléaire
Résumé de la prophase I
- Schéma
Chromatides
sœurs 1 et 2
Complexe
synaptonémal
Complexe
synaptonémal
Chromosomes
homologues
Chromatides
sœurs 3 et 4
Zygotène
Leptotène
Chromosomes dupliqués et fins
Pachytène
Début des synapsis
(complexe synaptonémal)
Diplotène
Désappariement des
chromosomes homologues,
sauf au niveau des chiasmas
Nodules de
recombinaion
- Synapsis complet (22 bivalents
et 1 vésicule sexuelle)
- Crossing-overs
Diacinèse
Condensation maximum des
chromosomes homologues
Métaphase I
Chiasmas
• Les chromosomes homologues se
1♀
2♂
PE
disposent de part et d’autres de la
plaque équatoriale (disposition
aléatoire)
• Les chiasmas (au niveau desquels
1♂
2♀
ils sont attachés) sont sur la PE
•
Les centromères sont de part et
d’autres de la PE
Anaphase I
• Rupture des chiasmas
• Ségrégation (aléatoire) des
chromosomes homologues aux
pôles opposés de la cellule
Télophase I
• Reconstitution
de la membrane
nucléaire autour des deux lots de
chromosomes homologues
• Cytodiérèse, suivie d'une courte
interphase sans phase S
Méiose II
Prophase II
Métaphase II
Anaphase II
Télophase II
PE
PE
• Formation
du fuseau
• Alignement des
centromères sur la
PE
• Clivage des centromères
• Ségrégation (aléatoire)
des chromatides sœurs
• Reconstitution de la
membrane nucléaire
• Cytodiérèse
La méiose assure le brassage de
l’information génétique
- Schéma
Crossingovers
Ségrégation
aléatoire
(chromosomes
homologues)
Brassage intrachromosomique
MEIOSE I
Ségrégation
aléatoire
(chromatides sœurs)
Brassage interchromosomique
MEIOSE II
Plan du cours
III. La spermatogenèse
I. Introduction : la procréation sexuée
II. La méiose
III. La spermatogenèse
1. Généralités
2. Le testicule : siège de la spermatogenèse
3. Les étapes de la spermatogenèse
4. Cinétique de la spermatogenèse
5. Régulation neuro-endocrine
1. Généralités
Spermatogenèse = gamétogenèse mâle
• Différenciation des cellules germinales mâles en
spermatozoïdes (gamètes mâles matures)
• Processus continu
 Depuis la puberté jusqu’à la fin de vie
• Lieu : testicules
 Paroi des tubes séminifères
Finalité : production des
spermatozoïdes
60µm
60 µm de longueur
Tête
Flagelle
Col
Noyau contenant le
génome haploïde
condensé
(protection du génome)
Mitochondries
(carburant)
Appareil propulseur
(mobilité  ovocyte)
2. Le testicule : siège de la
spermatogenèse
- Schéma L’appareil génital masculin
Cordon spermatique
Vaisseaux sanguins
et nerfs
Tube séminifère
Epididyme (tête)
Cône efférent
Canal
déférent
Rete testis
Tubes droits
Epididyme
(corps)
Vessie
Vésicule
séminale
Prostate
Lobule testiculaire
Septum
Canal déférent
Urètre
Epididyme
Epididyme
(queue)
Testicule
Les deux fonctions testiculaires
Deux compartiments anatomiques et fonctionnels
Lumière
Cellule de
Sertoli
Paroi du tube
séminifère
 Fonction EXOCRINE
Spermatogenèse
Membrane
propre
Espace interstitiel
(cellules de Leydig)
 Fonction ENDOCRINE
Androgènes (Testostérone)
Cellule de
Leydig
Compartimentalisation des tubes
séminifères par la BHT
3. Les étapes de la
spermatogenèse
Section de tube
séminifère
Epididyme
Testicule
Spermatogonies
(Mitose)
Tube
séminifère
Spermatogonie
Spermatocyte I
Spermatocytes
(Méiose I et II)
Spermatocyte II
Spermatides
(Spermiogenèse)
Spz
(Spermiation)
Cellule de
Sertoli
Spermatides
Spz
faculty.sunydutchess.edu/scala/Bio102/default.htm
3.1 Les spermatogonies
• Cellules souches diploïdes (2n)
• Localisation : plaquées contre la membrane propre
• Petites cellules arrondies de 10 à 15 m de diamètre
 3 types selon l’aspect du noyau:
– Ad (dark) : chromatine dense et sombre
– Ap (pale) : chromatine claire
– B : chromatine mottée et irrégulière
cellules de réserve
3.2 Les spermatocytes
Translocation des cellules
Compartiment
adluminal
germinales du
compartiment basal
au compartiment adluminal
au stade leptotène
Compartiment
basal
(D’après Liu et Cheng 2007)
3.3 La spermiogenèse
= maturation post-méiotique des spermatides en spermatozoïdes
Centriole
proximal
Appareil de Golgi
Vésicule
acrosomale
Mitochondries
Acrosome
Centriole
distal
Noyau
Noyau
Centrioles
Microtubules
PI
Flagelle
Cytoplasme
en excès
• Formation de l’acrosome
• Mise en place du flagelle
• Elimination du cytoplasme (corps résiduels)
• Allongement et condensation du noyau
(histones  protamines)
Flagelle
Tête
Trois types de spermatides
•
Cellules haploïdes issues de la méiose (n chromosomes)
•
Localisation : près du centre des tubes séminifères
•
Petites cellules de 6 à 7 m de diamètre
Rondes
Allongées
Condensées
Acrosome
Tête
Noyau
COUPES TRANSVERSALES
Cape post-acrosomique
Espace nucléaire postérieur
Plaque basale
Colonnes segmentées
Centriole proximal
Mitochondries
Fibres denses
Ultra-structure du
spermatozoïde
- Schéma
Col
Mitochondries
Colonnes segmentées
Fibres denses
Pièce
intermédiaire
Mitochondries
Axonème
Axonème
Fibres denses
Gaine fibreuse
Axonème
Colonnes longitudinales
Pièce
principale
Fibres denses
Gaine fibreuse
Axonème
Fibres denses
Gaine fibreuse
Axonème
COUPE LONGITUDINALE
Pièce terminale
3.4 Illustration
Cellule de Leydig
Membrane propre
Cellules de Sertoli
Spermatogonies
Spermatides
Spermatocytes I
4. Cinétique de la spermatogenèse
Durée = 74 jours chez l’homme
Spermatogonie
Spermatocyte I
MITOSES
27 jours (>Ap)
MEIOSE I
23 jours
(Pachytène : 16 jours)
Spermatocyte II
MEIOSE II
1 jour
Spermatides
SPERMIOGENESE
23 jours
Spermatozoides
5. Régulation neuro-endocrine
de la spermatogenèse
Hypothalamus
-
HYPOTHALAMUS
Sécrétion pulsatile
GnRH
-
Hypophyse
-
Androgènes
Inhibine
LH
FSH
Cellule
de Sertoli
GnRH ou LHRH
(gonadotropin releasing hormone)
HYPOPHYSE
Sécrétion pulsatile
FSH  Follicle stimulating hormone
LH  Luteinizing hormone
TESTICULE
Cellules de
Leydig
Androgènes
Inhibine
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