SPERMATOGENÈSE: ÉTAPES ET LEURS CARACTÉRISTIQUES - LA BIOLOGIE - 2025

La spermatogenèse est un processus de formation de spermatozoïdes à partir de cellules germinales (spermatogonie). Il se produit chez les individus mâles d'organismes eucaryotes avec reproduction sexuée.

Pour que ce processus soit mené efficacement, il a besoin de conditions spécifiques, notamment: une division chromosomique correcte avec des expressions géniques précises et un milieu hormonal adéquat, pour produire un nombre élevé de cellules fonctionnelles.

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La transformation de la spermatogonie en gamètes matures se produit pendant la maturation sexuelle des organismes. Ce processus est déclenché en raison de l'accumulation de certaines hormones de type gonadotrophine hypophysaire, comme l'HCG (gonadotrophine chorionique humaine) qui intervient dans la production de testostérone.

Qu'est-ce que la spermatogenèse?

La spermatogenèse consiste en la formation de gamètes mâles: le sperme.

La production de ces cellules sexuelles commence dans les tubules séminifères, situés dans les testicules. Ces tubules occupent environ 85% du volume total des gonades et en eux se trouvent les cellules germinales immatures ou spermatogonies qui se divisent continuellement par mitose.

Certaines de ces spermatogonies cessent de se reproduire et deviennent des spermatocytes primaires, qui commencent le processus de méiose pour chacun produire une paire de spermatocytes secondaires avec leur pleine charge chromosomique.

Ces derniers achèvent la deuxième étape de la méiose, donnant finalement naissance à quatre spermatides avec la moitié de la charge chromosomique (haploïde).

Plus tard, ils subissent des changements morphologiques, générant des spermatozoïdes, qui vont à l'épididyme situé dans le scrotum à côté des testicules. Dans ce canal se produit la maturation des gamètes qui sont prêts à transmettre les gènes de l'individu.

Le processus de spermatogenèse dépend de la régulation hormonale et génétique. Ce processus est dépendant de la testostérone, donc des cellules spécialisées (cellules de Leydig) se trouvent dans les tubules séminifères lors de la production de cette hormone.

Éléments génétiques impliqués

Certains gènes importants dans la spermatogenèse sont le gène SF-1, qui agit dans la différenciation des cellules de Leydig, et le gène SRY, qui intercède dans la différenciation des cellules de Sertoli et la formation de cordons testiculaires. D'autres gènes sont impliqués dans la régulation de ce processus: RBMY, DBY, USP9Y et DAZ.

Ce dernier se trouve sur le chromosome Y. Il agit dans le codage des protéines de liaison à l'ARN et son absence est liée à l'infertilité chez certains individus.

Les étapes et leurs caractéristiques

Tubules séminifères avec spermatozoïdes matures. Néphron

Les cellules germinales primordiales (gonocytes) se forment dans le sac vitellin et se déplacent vers la crête génitale, se divisant entre les cellules de Sertoli, formant ainsi les tubules séminifères. Les gonocytes se trouvent à l'intérieur, d'où ils migrent vers la membrane basale pour donner naissance à la spermatogonie.

La prolifération des cellules germinales primordiales et la formation de spermatogonies se produisent au cours du développement embryonnaire de l'individu. Peu de temps après la naissance, la division mitotique de ces cellules s'arrête.

Le processus par lequel le sperme mature est produit est divisé en trois phases: le spermatogon, le spermatocyte et le sperme.

1. Phase de spermatogon

À l'approche de la période de maturité sexuelle des individus, une augmentation des taux de testostérone active la prolifération des spermatogonies. Ces cellules germinales se divisent pour générer une série de spermatogonies qui se différencient en spermatocytes primaires.

Chez l'homme, plusieurs types morphologiques de spermatogonies sont distingués:

Spermatogonia Ad: Situé à côté des cellules interstitielles du tubule séminifère. Ils souffrent de divisions mitotiques qui génèrent une paire de type Ad qui à son tour continue de se diviser, ou une paire de type Ap.

Ap spermatogonie: Ceux - ci suivent le processus de différenciation pour générer du sperme, se divisant consécutivement par mitose.

Spermatogonie B. Produit de la division mitotique des spermatogonies Ap. Elles ont un noyau sphéroïdal et la particularité d'être reliées les unes aux autres par des «ponts cytoplasmiques».

Ils forment une sorte de syncytium qui persiste dans les étapes ultérieures, se séparant lors de la différenciation des spermatozoïdes, lorsque les spermatozoïdes sont libérés dans la lumière du tube séminifère.

L'union cytoplasmique entre ces cellules permet un développement synchronisé de chaque paire de spermatogonies et que chacune obtienne l'information génétique complète nécessaire à leur fonctionnement, puisque même après la méiose, ces cellules continuent à se développer.

2. Phase spermatocytaire

Dans cette phase, les spermatogonies B se sont divisées de manière mitotique, formant les spermatocytes I (primaires) qui dupliquent leurs chromosomes, de sorte que chaque cellule porte deux ensembles de chromosomes, portant deux fois la quantité habituelle d'informations génétiques.

Par la suite, des divisions méiotiques de ces spermatocytes sont effectuées, de sorte que le matériel génétique qu'ils contiennent subit des réductions jusqu'à atteindre le caractère haploïde.

Mitose I

Dans la première division méiotique, les chromosomes sont condensés dans la prophase, donnant, dans le cas de l'homme, 44 autosomes et deux chromosomes (un X et un Y), chacun avec un ensemble de chromatides.

Les chromosomes homologues se couplent les uns aux autres tout en s'alignant sur la plaque équatoriale de la métaphase. Ces arrangements sont appelés tétrades car ils contiennent deux paires de chromatides.

Les tétrades échangent du matériel génétique (croisement) avec les chromatides qui se réorganisent en une structure appelée complexe synaptonémique.

Dans ce processus, la diversification génétique se produit en échangeant des informations entre les chromosomes homologues hérités du père et de la mère, garantissant que tous les spermatides produits à partir des spermatocytes sont différents.

A la fin du croisement, les chromosomes se séparent, se déplaçant vers des pôles opposés du fuseau méiotique, «dissolvant» la structure des tétrades, les chromatides recombinées de chaque chromosome restant ensemble.

Une autre manière de garantir la diversité génétique vis-à-vis des parents est la distribution aléatoire des chromosomes dérivés du père et de la mère vers les pôles du fuseau. A l'issue de cette division méiotique, des spermatocytes II (secondaires) sont produits.

Méiose II

Les spermatocytes secondaires commencent le deuxième processus de méiose immédiatement après leur formation, synthétisant un nouvel ADN. En conséquence, chaque spermatocyte a la moitié de la charge chromosomique et chaque chromosome a une paire de chromatides soeurs avec un ADN dupliqué.

En métaphase, les chromosomes sont répartis et alignés sur la plaque équatoriale, et les chromatides se séparent en migrant vers les côtés opposés du fuseau méiotique.

Après reconstruction des membranes nucléaires, des spermatides haploïdes sont obtenus avec la moitié des chromosomes (23 chez l'homme), une chromatide et une copie de l'information génétique (ADN).

3. Phase du sperme

La spermiogenèse est la dernière phase du processus de spermatogenèse, et les divisions cellulaires ne se produisent pas, mais des changements morphologiques et métaboliques qui permettent la différenciation cellulaire en spermatozoïdes matures haploïdes.

Les changements cellulaires se produisent lorsque les spermatides sont attachés à la membrane plasmique des cellules de Sertoli et peuvent être décrits en quatre phases:

Phase de Golgi

C'est le processus par lequel l'appareil de Golgi donne naissance à l'acrosome, par accumulation de granules proacrosomiques ou PAS (acide périodique-réactif de Schiff) dans les complexes de Golgi.

Ces granules conduisent à une vésicule acrosomale située à côté du noyau et sa position détermine la partie antérieure du sperme.

Les centrioles se déplacent vers la partie postérieure du spermatide, s'alignant perpendiculairement à la membrane plasmique et forment les doublets qui intégreront les microtubules de l'axonème à la base du flagelle du sperme.

Phase de bouchon

La vésicule acrosomale se développe et s'étend sur la partie antérieure du noyau, formant l'acrosome ou la calotte acrosomale. Dans cette phase, le contenu nucléaire est condensé et la partie du noyau qui reste sous l'acrosome s'épaissit, perdant ses pores.

Phase acrosomique

Le noyau s'allonge de rond à elliptique, et le flagelle est orienté de sorte que son extrémité antérieure se fixe aux cellules de Sertoli pointant vers la lame basale des tubules séminifères, à l'intérieur de laquelle s'étend le flagelle en développement.

Le cytoplasme se déplace en arrière de la cellule et les microtubules cytoplasmiques s'accumulent dans une gaine cylindrique (manchette) qui va de la calotte acrosomale à la partie postérieure du spermatide.

Après avoir développé le flagelle, les centrioles reculent vers le noyau, adhérant à une rainure dans la partie postérieure du noyau, d'où émergent neuf fibres épaisses qui atteignent les microtubules de l'axonème; de cette façon, le noyau et le flagelle sont connectés. Cette structure est connue sous le nom de région du cou.

Les mitochondries se déplacent vers la région postérieure du cou, entourent les fibres épaisses et sont disposées dans une gaine hélicoïdale serrée formant la région intermédiaire de la queue du sperme. Le cytoplasme se déplace pour recouvrir le flagelle déjà formé et la "manchette" se dissout.

Phase de maturation

L'excès de cytoplasme est phagocyté par les cellules de Sertoli, formant le corps résiduel. Le pont cytoplasmique qui s'est formé dans la spermatogonie B reste dans les corps résiduels, de sorte que les spermatides sont séparés.

Enfin, les spermatides sont libérés des cellules de Sertoli, libérant dans la lumière du tubule séminifère d'où ils sont transportés à travers les tubes droits, rete testis et canaux efférents vers l'épididyme.

Régulation hormonale

La spermatogenèse est un processus finement régulé par les hormones, principalement la testostérone. Chez l'homme, tout le processus est déclenché dans la maturation sexuelle, par la libération dans l'hypothalamus de l'hormone GnRH qui active la production et l'accumulation de gonodotrophines hypophysaires (LH, FSH et HCG).

Les cellules de Sertoli synthétisent des protéines de transport de testostérone (ABP) par stimulation de la FSH et, avec la testostérone libérée par les cellules de Leydig (stimulées par la LH), elles assurent une concentration élevée de cette hormone dans les tubules séminifères.

Dans les cellules de Sertoli, l'estradiol est également synthétisé, qui est impliqué dans la régulation de l'activité cellulaire de Leydig.

Fertilisation

L'épididyme se connecte au canal déférent qui s'écoule dans l'urètre, permettant enfin la sortie des spermatozoïdes qui cherchent plus tard un ovule à féconder, complétant le cycle de reproduction sexuée.

Une fois libérés, les spermatozoïdes peuvent mourir en quelques minutes ou quelques heures, devant trouver le gamète féminin avant que cela ne se produise.

Chez l'homme, environ 300 millions de spermatozoïdes sont libérés lors de chaque éjaculation pendant les rapports sexuels, mais seulement environ 200 survivent jusqu'à ce qu'ils atteignent la région où ils peuvent s'accoupler.

Les spermatozoïdes doivent passer par un processus d'entraînement dans l'appareil reproducteur féminin où ils acquièrent une plus grande mobilité du flagelle et préparent la cellule à la réaction acrosomique. Ces caractéristiques sont nécessaires pour féconder les œufs.

Capacitation du sperme

Parmi les changements que présentent les spermatozoïdes, des modifications biochimiques et fonctionnelles se détachent, telles que l'hyperpolarisation de la membrane plasmique, l'augmentation du pH cytosolique, les modifications des lipides et des protéines, et l'activation des récepteurs membranaires, leur permettant d'être reconnus par la zona pellucida. pour rejoindre cela.

Cette région fonctionne comme une barrière chimique pour éviter le croisement entre les espèces, car en ne reconnaissant pas de récepteurs spécifiques, la fécondation n'a pas lieu.

Les œufs ont une couche de cellules granulaires et sont entourés de fortes concentrations d'acide hyaluronique qui forment une matrice extracellulaire. Pour pénétrer cette couche de cellules, les spermatozoïdes possèdent des enzymes hyaluronidases.

Au contact de la zona pellucida, la réaction acrosomique est déclenchée, dans laquelle le contenu de la calotte acrosomale est libéré (sous forme d'enzymes hydrolytiques), ce qui aide le sperme à traverser la région et à rejoindre la membrane plasmique de l'ovule, libérant en son sein, son contenu cytoplasmique, ses organites et son noyau.

Réaction corticale

Chez certains organismes, une dépolarisation de la membrane plasmique de l'ovule se produit lorsqu'il entre en contact avec un sperme, empêchant ainsi plus d'un de le féconder.

Un autre mécanisme pour prévenir la polyspermie est la réaction corticale, où des enzymes sont libérées qui modifient la structure de la zone pellucide, inhibant la glycoprotéine ZP3 et activant la ZP2, rendant cette région impénétrable pour les autres spermatozoïdes.

Caractéristiques du sperme

Les gamètes mâles ont des caractéristiques qui les rendent très différents des gamètes femelles et hautement adaptés pour transmettre les gènes de l'individu aux générations suivantes.

Contrairement aux ovules, les spermatozoïdes sont les plus petites cellules présentes dans le corps et présentent un flagelle qui leur permet de se déplacer afin d'atteindre le gamète femelle (qui n'a pas une telle mobilité) pour le féconder. Ce flagelle comprend un cou, une région intermédiaire, une région principale et une région terminale.

Dans le cou se trouvent les centrioles et dans la région intermédiaire se trouvent les mitochondries, chargées de fournir l'énergie nécessaire à leur mobilité.

En général, la production de spermatozoïdes est très élevée, ceux-ci étant très compétitifs parmi eux puisque seulement environ 25% pourront effectivement féconder un gamète femelle.

Différences entre la spermatogenèse et l'ovogenèse

La spermatogenèse a des caractéristiques qui la différencient de l'ovogenèse:

-Les cellules font de la méiose en continu depuis la maturation sexuelle de l'individu, chaque cellule produisant quatre gamètes matures au lieu d'un.

-Le sperme mûrit après un processus complexe qui commence après la méiose.

-Pour la production d'un spermatozoïde, deux fois plus de divisions cellulaires se produisent que lors de la formation d'un ovule.

Références

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