la fécondation I

FECONDATION
NATURELLE ET
ASSISTANCE
MEDICALE A LA
PROCREARTION
DR. NOZHA CHAKROUN - FACULTÉ
DE
MÉDECINE
DE
SFAX
Table des matières
Table des matières
3
I - Etapes préalables à la fécondation
9
A. Transit des spermatozoïdes après insémination naturelle dans les voies
génitales féminines.................................................................................9
B. La capacitation des spermatozoïdes...................................................10
II - Rencontre des gamètes
13
A. traversée du cumulus oophorus.........................................................13
B. Fixation à la zone pellucide et réaction acrosomique............................13
C. Fusion des gamètes.........................................................................15
D. Activation de l'ovocyte II..................................................................16
1. Emission des granules corticaux dans l'espace perivitellin........................16
2. La reprise de la 2ème division méiotique...............................................16
E. Formation du pronucleus mâle..........................................................17
F. Redistribution des organites cellulaires...............................................18
1. Les mitochondries..............................................................................18
2. Les centrioles....................................................................................18
III - Conséquences de la fécondation
21
A. Conséquences de la fécondation........................................................21
IV - Aspects cliniques de la fécondation
23
A. Anomalies de la fécondation.............................................................23
1. Absence de fécondation......................................................................23
2. Fécondations anormales.....................................................................24
B. La fécondation in vitro (FIV) et les techniques d'assistance médicale à la
procréation (AMP)................................................................................25
1. Insémination Artificielle avec sperme du Conjoint (IAC)..........................25
2. La fécondation in vitro conventionnelle ou FIVETTE (fécondation in vitro et
transfert embryonnaire)..........................................................................26
3. La fécondation in vitro par micro- injection ou ICSI (injection intracytoplasmique de spermatozoïde).............................................................27
V - AUTO EVALUATION
29
3
Objectifs
12345-
Décrire les modifications que subit le spermatozoïde pour acquérir le pouvoir fécondant
Décrire les étapes d'intéraction gamétique
Connaître les conséquences de la fécondation
Comprendre le mécanisme des anomalies de la fécondation
Définir les méthodes utilisées dans l'assistance médicale à la procréation
5
Introduction
La fécondation est l'aboutissement d'une cascade d'évènements qui culmine par la fusion
d'un gamète féminin (ovule) et d'un gamète masculin (spermatozoïde) et la formation des
deux pronuclei mâle et femelle. La fécondation se déroule naturellement et normalement
dans l'ampoule de la trompe utérine
Image 1 : Insémination et migration des spermatozoïdes dans les voies génitales de la
femme
La fécondation est précédée d'une étape d'insémination et de capacitation qui correspond à
l'acquisition de la fécondance du spermatozoïde éjaculé ou capacitation.
Les étapes de la fécondation qui se déroulent après la rencontre des gamètes sont :





La traversée du cumulus oophorus
La fixation à la zone pellucide et la réaction acrosomique
La fusion gamètique
L'activation de l'ovocyte
La formation des deux pronucleï
7
Etapes préalables à
la fécondation
I -
I
Transit des spermatozoïdes après insémination naturelle dans
les voies génitales féminines
La capacitation des spermatozoïdes
9
10
La maturation des gamètes est un préalable indispensable à la fécondation. La
maturation des ovocytes se fait au cours de l'ovogenèse (cf. ovogenèse). La
maturation des spermatozoïdes commence au niveau de l'épididyme et se termine
dans les voies génitales féminines.
A. Transit des spermatozoïdes après insémination
naturelle dans les voies génitales féminines
Pour un homme fertile au moins 40 millions de spermatozoïdes dont 45 % sont
mobiles et progressifs sont déposés au fond du vagin après un rapport sexuel.
Seuls quelques centaines arrivent au lieu de la fécondation après passage par
plusieurs barrières physiologiques.
Au niveau du vagin, la majorité des spermatozoïdes meurent à cause du pH acide,
les autres spermatozoïdes progressifs atteignent le canal cervical après élimination
du liquide séminal. Les secrétions glandulaires qui occupent le canal cervical ont
des caractéristiques biochimiques optimales pour la traversée et la survie des
spermatozoïdes en période périovulatoire (mucus très fluide, pH alcalin).
9
Etapes préalables à la fécondation
Image 2 : Migration des spermatozoïdes dans le mucus cervical
(1spermatozoïdes, 2 mucus cervical
Le mucus cervical présente une barrière naturelle puisque seuls les spermatozoïdes
progressifs et morphologiquement normaux peuvent traverser ses mailles.
Les spermatozoïdes peuvent rester en survie dans les cryptes glandulaires au
niveau du col pendant 3 jours.
Le séjour des spermatozoïdes dans la cavité utérine est très court, ils sont
rapidement amenés au niveau de la trompe utérine par les contractions utérines et
par leur mobilité. A ce niveau, les battements des cils de l'épithélium de la trompe
favorisent l'acheminement des spermatozoïdes vers l'ampoule de la trompe.
Fondamental
L'ensemble des modifications membranaires et biochimiques que subissent les
spermatozoïdes au cours de ce transit les rendent aptes à féconder l'ovocyte : c'est
le temps de la capacitation.
B. La capacitation des spermatozoïdes
C'est essentiellement par l'enlèvement de protéines produites par les glandes
annexes et déposées sur la membrane du spermatozoïde dans l'épididyme et par
l'efflux d'une partie du cholestérol membranaire que le spermatozoïde devient
capacité.
Ces changements membranaires augmentent la fluidité membranaire et rendent
apparents les récepteurs spermatiques spécifiques de la fixation à la zone pellucide.
Ils provoquent également une modification de la mobilité du spermatozoïde qui
devient hyperactif et perd épisodiquement son mouvement progressif.
Les protéines contenues dans les sécrétions du tractus génital féminin et mises en
jeux dans la capacitation, sont les glucosaminoglycanes qui fixent les protéines
d'origine épididymaire, l'albumine et lipoprtéines qui fixent le cholestérol.
Remarque
In vitro, la capacitation est une étape inéluctable pour la fécondation in vitro : La
10
Etapes préalables à la fécondation
capacitation se produit après élimination du plasma séminal, en présence d'un
milieu de culture contenant de l'albumine, accepteur du cholestérol.
11
Rencontre des
gamètes
II -
II
traversée du cumulus oophorus
13
Fixation à la zone pellucide et réaction acrosomique
13
Fusion des gamètes
15
Activation de l'ovocyte II
16
Formation du pronucleus mâle
17
Redistribution des organites cellulaires
18
A. traversée du cumulus oophorus
Grâce à son mouvement hyperactivé, le spermatozoïde va creuser un chemin entre
les cellules folliculaires et vient en contact avec la zone pellucide. Au cours de cette
traversée, les spermatozoïdes entreront tout d'abord en contact avec les secrétions
des cellules du cumulus oophorus (progestérone) puis avec les glycoprotéines de la
zone pellucide.
Image 3 : Traversée du cumulus oophorus et fixation à la zone pellucide
B. Fixation à la zone pellucide et réaction acrosomique
Les interactions spermatozoïdes/ zone pellucide sont de type ligand-récepteur. Les
glycoprotéines de la zone pellucide (ZP1, ZP2, ZP3) interagissent spécifiquement
avec les protéines des spermatozoïdes .
13
Rencontre des gamètes
Image 4 : Fixation des spermatozoïdes à la zone pellucide
La fixation primaire de la ZP3 avec les protéines de la membrane spermatique
déclenche la libération des enzymes contenues dans l'acrosome. C'est la réaction
acrosomique .
Image 5 : Etapes de la réaction acrosomique
Définition
Il s'agit d'un phénomène de fusion, de vésiculisation et d'exocytose membranaire,
calcium dépendant, qui survient dans la partie antérieure de la tête du
spermatozoïde entre la membrane plasmique et la membrane externe de
l'acrosome (figure5).
La conséquence immédiate est la libération du contenu de l'acrosome constitué
essentiellement par des enzymes protéolytiques et hydrolityques qui vont faciliter la
pénétration des spermatozoïdes à travers la ZP.
La RA conduit également à l'extériorisation de la membrane interne de l'acrosome
impliquée dans l'adhésion et la fusion avec la membrane ovocytaire.
Ainsi, une liaison secondaire et spécifique d'espèce s'effectue entre la ZP2 et
les protéines de la membrane interne de l'acrosome.
La traversée de la zone pellucide se fait grâce aux mouvements actifs de propulsion
14
Rencontre des gamètes
des spermatozoïdes capacités.
Fondamental
Un seul spermatozoïde traverse la zone pellucide et arrive dans l'espace perivitellin
C. Fusion des gamètes
Le spermatozoïde doit reconnaître la membrane plasmique de l'ovocyte pour
pouvoir fusionner avec elle. Cette reconnaissance fait intervenir plusieurs couples
ligand-récepteurs.
Image 6 : Couples ligand-récepteur intervenant dans la reconnaissance
gamétique (1 zone post acrosomique, 2 membrane de l'ovule, 3 espace peivitellin,
4 zone pellucide))
La fusion se produit entre la membrane plasmique qui recouvre le segment
équatorial du spermatozoïde et la membrane plasmique de l'ovocyte.
15
Rencontre des gamètes
D. Activation de l'ovocyte II
La fusion provoque une décharge massive de Ca++ qui déclenche l'activation de
l'ovocyte se manifestent par 2 évènements :
1. Emission des granules corticaux dans l'espace
perivitellin
Les enzymes contenues dans les granules corticaux, libérées rendent impénétrable
la zone péllucide par les autres spermatozoïdes (empêche la polyspermie).
2. La reprise de la 2ème division méiotique
L'ovule conserve la totalité du cytoplasme de l'ovocyte II avec le pronoyau ou
pronucleus femelle ; le 2ème globule polaire contenant essentiellement du matériel
génétique est éliminé dans l'espace périvitellin.
16
Rencontre des gamètes
Image 7 : Emission du 2me globule polaire et formation des pronuclei (A : 1
microtubules, 2 GP1, 3 ZP, 4 espace perivitellin, 5 membranes spermatiques, 6
kinocil, 7 noyau du spz, 8 centrosome du spermatozoïde ; B 1 pronucleus paternel,
2 pronucleus maternel, 3 centrosome
E. Formation du pronucleus mâle
La totalité du spermatozoïde s'introduit dans le cytoplasme de l'ovocyte (la pièce
intermédiaire et le flagelle sont progressivement incorporés puis disparaissent). Le
noyau du spermatozoïde incorporé dans le cytoplasme ovocytaire va subir des
modifications:


décondensation de la chromatine : changement des protamines par des
histones
formation d'une nouvelle membrane nucléaire Le stade de pronuclei dure 24
heures et correspond aux phases G1, S et G2 du cycle cellulaire.
17
Rencontre des gamètes
F. Redistribution des organites cellulaires
1. Les mitochondries
d'origine exclusivement maternelle se localisent autour des pronuclei puis aux deux
pôles du fuseau mitotique.
2. Les centrioles
Les centrioles apportés uniquement par le spermatozoïde ; se répliquent et
occupent les deux pôles du fuseau de la première division de segmentation.
Il n'y a jamais de fusion des pronuclei chez les mammifères, la réplication de l'ADN
se fait dans chacun d'eux indépendamment; quand leurs enveloppes nucléaires se
fragmentent et disparaissent durant la prophase de la 1ère division du zygote, les
chromosomes paternels et maternels restent groupés séparément attachés aux
microtubules centraux.
18
Rencontre des gamètes
Image 8 : Fusion des pronoyaux et formation du zygote A : 1 pronucleus paternel,
2 pronucleus maternel, 3 centrosome paternel, inner bodies, 5, microtubules de
l'aster ; B 1 pronucleus paternel, 2 pronucleus maternel, 3 centrosome, 4 inner
bodies
19
Conséquences de la
fécondation
III -
Conséquences de la fécondation
III
21
A. Conséquences de la fécondation
La fécondation permet :


Le rétablissement de la diploïdie (23 paires de chromosomes).
Le déterminisme du sexe basé sur le dimorphisme chromosomique (XX ou
XY).
21
Aspects cliniques
de la fécondation
IV -
IV
Anomalies de la fécondation
23
La fécondation in vitro (FIV) et les techniques d'assistance
médicale à la procréation (AMP)
25
La fécondité humaine est relativement faible (la probabilité de concevoir est de
25% par cycle chez un couple normal).
A. Anomalies de la fécondation
La fécondation peut ne pas avoir lieu ou être anormale, dans ce cas elle aboutit à la
formation d'un zygote anormal qui n'a pas de grandes chances pour s'implanter.
1. Absence de fécondation
Plusieurs facteurs peuvent intervenir
a) Facteurs masculins
Exemple
Anomalies spermatiques incompatibles avec une fécondation naturelle :


absence ou anomalies de l'acrosome
akinesie totale du flagelle
b) Facteurs féminins
Microenvironnement défavorable pour le spermatozoïde
Exemple

mucus cervical acide, contient des cellules inflammatoires

endométriose
infection génitale
présence d'anticorps antispermatozoïdes


Obstruction des voies génitales féminines
23
Aspects cliniques de la fécondation
2. Fécondations anormales
Exemple
parthénogenèse caractérisée par une activation prématurée de l'ovocyte, sans
pénétration de spermatozoïde. Elle aboutit à la formation d'un œuf contenant un
seul pronucleus d'origine maternelle.
Triploïdie : caractérisée par la présence de 3 pronucleï elle peut être d'origine
digynique (non expulsion du 2ème GP)
 ou dispermique (pénétration simultanée de 2 spermatozoïdes par échec de
la réaction corticale)
Fécondation dispermique

Image 9 : Embryon diploïde mais tous les chromosomes sont d'origine paternelle
Fécondation monospermique
Image 10 : Fécondation monospermique
Embryon triploïde : 3 PN (digynique ou dispermique)
24
Aspects cliniques de la fécondation
Image 11 : Fécondation par deux spermatozoïdes ou un spermatozoïde diploïde
B. La fécondation in vitro (FIV) et les techniques
d'assistance médicale à la procréation (AMP)
Définition
La PMA ou AMP comprend l'ensemble des techniques destinées à pallier à
l'infertilité en court-circuitant les obstacles à la fécondation naturelle par rapport
sexuel.
Environ 20% des couples éprouvent une difficulté (hypofertilité) ou une
impossibilité (stérilité) à concevoir.
La technique la plus simple et la moins coûteuse est l'insémination artificielle
avec sperme du conjoint (IAC).
1. Insémination Artificielle avec sperme du Conjoint (IAC)
Elle est indiquée en cas de :
Mucus cervical de mauvaise qualité
Insuffisance du nombre de spz mobiles
 Troubles sexuels (handicap physique ou troubles de l'éjaculation)
 Après traitements stérilisant en cas de conservation de sperme
Cette technique consiste à déposer directement dans la cavité utérine des
spermatozoïdes mobiles après élimination du plasma séminal et sélection par
migration, leur nombre devrait être au moins 500 000).


25
Aspects cliniques de la fécondation
Image 12 : Insémination intrautérine
2. La fécondation in vitro conventionnelle ou FIVETTE
(fécondation in vitro et transfert embryonnaire)
Elle permet la rencontre des gamètes à l'extérieur des voies génitales féminines.
Etapes :
1. La stimulation ovarienne: augmente le nombre de follicules recrutés. Les
inducteurs les plus utilisés sont la FSH et les analogues de GnRH.
2. Ponction et recueil des ovocytes sous échographie.
3. Insémination des ovocytes matures par des spermatozoïdes capacités.
4. Culture à 37°C dans des conditions très soigneusement contrôlées.
5. L'observation microscopique après 24 heures permet de confirmer la
fécondation qui est attestée par la présence de 2 pronucléï,
Les zygotes à 1 pronuleus ou à trois pronuclei sont systématiquement jetés.
6. Transfert intra-utérin à J2 (embryon à 2 ou 4 cellules) ou à J5 après culture
prolongée (stade de blastocyste). Le taux de réussite de cette méthode varie
de 10 à 25%.
26
Aspects cliniques de la fécondation
Image 13 : Etapes de la FIV conventionnelle
3. La fécondation in vitro par micro- injection ou ICSI
(injection intra-cytoplasmique de spermatozoïde)
Définition
L'ICSI consiste à injecter à l'aide d'une micropipette et sous microscope inversé un
spermatozoïde dans le cytoplasme d'un ovocyte mature (1er globule polaire
visible).
Remarque
Cette technique court-circuite plusieurs étapes dont la fixation à la zone pellucide et
27
Aspects cliniques de la fécondation
la fusion avec la membrane ovocytaire
Image 14 : L'injection intracytoplasmique de spermatozoïde (ICSI)
L'ICSI utilise généralement des spermatozoïdes éjaculés matures, ou des
spermatozoïdes épididymaires ou testiculaires ou encore des cellules germinales
immatures.
Les résultats de cette technique sont très satisfaisant (allant jusquà 50% si
utilisation de spermatozoïdes matures), ceci explique son utilisation de plus en plus
répandue malgré l'existence de données soulignant des risques sur la progéniture.
28
V -
AUTO EVALUATION
V
Exercice 1
La fécondation est opérable en première étape par l'apparition :
du premier globule polaire dans l'espace perivitellin
du 2ème globule polaire dans l'espace perivitellin
du pronucleus male
du pronucleus femelle
du flagelle dans l'espace perivitellin
Exercice 2
Les étapes de la fécondation qui se déroulent après la rencontre des gamètes sont
les suivantes sauf une :
- La fixation à la zone pellucide et la réaction acrosomique
La traversée du cumulus oophorus
- La formation des deux pronucleï
- La fusion gamètique
la capacitation
Exercice 3
La fixation à la zone pellucide :
est spécifique d'espèce
intéresse un seul spermatozoïde
est de type ligand-récepteur
déclenche la réaction acrosomique
peut être reproduite in vitro
Exercice 4
Donner la définition correspondante
29
AUTO EVALUATION
i
- l'insémination intra utérine
ii
- ICSI
iii
- congélation des spermatozoïdes
iv
- Fécondation in vitro conventionnelle
v - Sélection lavage du sperme in vitro
Est une technique qui reproduit les
étapes de la fécondation in vitro
n'est pas une technique qui reproduit les
étapes de la fécondation in vitro
Exercice 5
La conséquence d'une pénétration simultanée de 2 spermatozoïdes dans un
ovocyte par échec de la réaction corticale est :
Exercice 6
Dans la fécondation in vitro, la fécondation est confirmée par l'observation
microscopique après 24 heures de l'insémination de :
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