Sperme - Sperm

Schéma d'un spermatozoïde humain

Le sperme est la cellule reproductrice mâle , ou gamète , dans les formes anisogames de reproduction sexuée (formes dans lesquelles il y a une cellule reproductrice femelle plus grande et une plus petite, mâle). Les animaux produisent des spermatozoïdes mobiles avec une queue appelée flagelle , appelés spermatozoïdes , tandis que certaines algues rouges et certains champignons produisent des spermatozoïdes non mobiles, appelés spermaties . Les plantes à fleurs contiennent des spermatozoïdes non mobiles à l'intérieur du pollen , tandis que certaines plantes plus basales comme les fougères et certains gymnospermes ont des spermatozoïdes mobiles.

Les spermatozoïdes se forment au cours du processus connu sous le nom de spermatogenèse , qui chez les amniotes ( reptiles et mammifères ) a lieu dans les tubules séminifères des testicules . Ce processus implique la production de plusieurs précurseurs de spermatozoïdes successifs, à commencer par les spermatogonies , qui se différencient en spermatocytes . Les spermatocytes subissent alors une méiose , réduisant de moitié leur nombre de chromosomes , ce qui produit des spermatides . Les spermatides mûrissent ensuite et, chez les animaux, construisent une queue, ou flagelle, qui donne naissance au spermatozoïde mature et mobile. Tout ce processus se produit constamment et prend environ 3 mois du début à la fin.

Les spermatozoïdes ne peuvent pas se diviser et ont une durée de vie limitée, mais après fusion avec les ovules pendant la fécondation , un nouvel organisme commence à se développer, commençant par un zygote totipotent . Le spermatozoïde humain est haploïde , de sorte que ses 23 chromosomes peuvent rejoindre les 23 chromosomes de l'ovule femelle pour former une cellule diploïde avec 46 chromosomes appariés. Chez les mammifères , le sperme est stocké dans l' épididyme et est libéré du pénis lors de l' éjaculation dans un liquide appelé sperme .

Le mot sperme est dérivé du mot grec σπέρμα , sperma , ce qui signifie « graine ».

Vidéo de spermatozoïdes humains au microscope

Évolution

Il est généralement admis que l' isogamie est l'ancêtre du sperme et des ovules. Cependant, il n'y a pas de fossiles pour l'évolution des spermatozoïdes et des ovules de l'isogamie, ce qui conduit à mettre fortement l'accent sur les modèles mathématiques pour comprendre l'évolution des spermatozoïdes.

Une hypothèse répandue affirme que les spermatozoïdes ont évolué rapidement. Cependant, il n'y a aucune preuve directe que les spermatozoïdes ont évolué à un rythme rapide ou avant d'autres caractéristiques masculines.

Sperme chez les animaux

Fonction

La fonction principale du sperme est d'atteindre l' ovule et de fusionner avec lui pour délivrer deux structures sous-cellulaires : (i) le pronucleus mâle qui contient le matériel génétique et (ii) les centrioles qui sont des structures qui aident à organiser le cytosquelette des microtubules .

Anatomie

Fusion du sperme et de l'ovule ( fécondation )
Dimensions de la tête de sperme humain mesurées à partir d'un sujet humain sain de 39 ans.

Le spermatozoïde de mammifère peut être divisé en 2 parties :

  • Tête : contient le noyau avec des fibres de chromatine densément enroulées, entouré antérieurement par un sac mince et aplati appelé acrosome , qui contient des enzymes utilisées pour pénétrer dans l'œuf femelle. Il contient également des vacuoles.
  • Queue : aussi appelée flagelle , c'est la partie la plus longue et capable d'un mouvement ondulatoire qui propulse les spermatozoïdes pour nager et facilite la pénétration de l'ovule. On pensait autrefois que la queue se déplaçait symétriquement dans une forme hélicoïdale .

Le col ou la pièce de connexion contient un centriole typique et un centriole atypique tel que le centriole proximal . La pièce intermédiaire a un noyau filamenteux central avec de nombreuses mitochondries enroulées autour d'elle, utilisée pour la production d' ATP pour le voyage à travers le col de l' utérus , l' utérus et les trompes utérines .

Pendant la fécondation , le sperme fournit trois éléments essentiels à l' ovocyte : (1) un facteur de signalisation ou d'activation, qui provoque l'activation de l' ovocyte métaboliquement dormant ; (2) le génome paternel haploïde ; (3) le centriole , qui est responsable de la formation du système centrosome et microtubule .

Origine

Les spermatozoïdes des animaux sont produits par spermatogenèse à l'intérieur des gonades mâles ( testicules ) via la division méiotique . Le processus initial du spermatozoïde prend environ 70 jours. Le processus commence par la production de spermatogonies à partir de précurseurs de cellules germinales . Ceux-ci se divisent et se différencient en spermatocytes , qui subissent une méiose pour former des spermatides . Au stade spermatide, le spermatozoïde développe la queue familière. L'étape suivante où il atteint sa pleine maturité prend environ 60 jours lorsqu'il est appelé spermatozoïde . Les spermatozoïdes sont transportés hors du corps masculin dans un liquide appelé sperme . Les spermatozoïdes humains peuvent survivre dans l'appareil reproducteur féminin pendant plus de 5 jours après le coït. Le sperme est produit dans les vésicules séminales , la prostate et les glandes urétrales .

En 2016, des scientifiques de l'Université de médecine de Nanjing ont affirmé avoir produit artificiellement des cellules ressemblant à des spermatides de souris à partir de cellules souches embryonnaires de souris . Ils ont injecté ces spermatides dans des œufs de souris et ont produit des petits.

Qualité du sperme

Sperme humain coloré pour les tests de qualité du sperme

La quantité et la qualité du sperme sont les principaux paramètres de la qualité du sperme , qui est une mesure de la capacité du sperme à accomplir la fécondation . Ainsi, chez l'homme, c'est une mesure de la fertilité chez un homme . La qualité génétique du sperme, ainsi que son volume et sa motilité, diminuent généralement avec l'âge. (Voir effet de l'âge paternel .)

Les dommages à l'ADN présents dans les spermatozoïdes pendant la période suivant la méiose mais avant la fécondation peuvent être réparés dans l'ovule fécondé, mais s'ils ne sont pas réparés, ils peuvent avoir de graves effets délétères sur la fertilité et l'embryon en développement. Les spermatozoïdes humains sont particulièrement vulnérables aux attaques des radicaux libres et à la génération de dommages oxydatifs à l'ADN. (voir par exemple 8-Oxo-2'-désoxyguanosine )

La phase postméiotique de la spermatogenèse chez la souris est très sensible aux agents génotoxiques environnementaux, car à mesure que les cellules germinales mâles forment des spermatozoïdes matures, elles perdent progressivement la capacité de réparer les dommages à l'ADN. L'irradiation de souris mâles au cours de la spermatogenèse tardive peut induire des dommages qui persistent pendant au moins 7 jours dans les spermatozoïdes fécondants, et la perturbation des voies de réparation des ruptures double brin de l'ADN maternel augmente les aberrations chromosomiques dérivées des spermatozoïdes. Le traitement de souris mâles avec du melphalan , un agent alkylant bifonctionnel fréquemment utilisé en chimiothérapie, induit des lésions de l'ADN pendant la méiose qui peuvent persister dans un état non réparé à mesure que les cellules germinales progressent à travers les phases de développement spermatogène capables de réparer l'ADN. De tels dommages à l'ADN non réparés dans les spermatozoïdes, après la fécondation, peuvent conduire à une progéniture présentant diverses anomalies.

Taille du sperme

La taille du sperme est liée à la qualité du sperme, du moins chez certains animaux. Par exemple, le sperme de certaines espèces de mouches des fruits ( drosophile ) mesure jusqu'à 5,8 cm de long, soit environ 20 fois plus que la mouche elle-même. Les spermatozoïdes plus longs sont meilleurs que leurs homologues plus courts pour déplacer les concurrents du réceptacle séminal de la femelle. L'avantage pour les femelles est que seuls les mâles en bonne santé portent de « bons » gènes capables de produire de longs spermatozoïdes en quantité suffisante pour surpasser leurs concurrents.

Marché du sperme humain

Certaines banques de sperme contiennent jusqu'à 170 litres (37 gal imp; 45 gal US) de sperme.

En plus de l' éjaculation , il est possible d'extraire du sperme grâce à TESE .

Sur le marché mondial, le Danemark dispose d'un système bien développé d'exportation de sperme humain. Ce succès vient principalement de la réputation de qualité des donneurs de sperme danois et, contrairement à la loi des autres pays nordiques, donne aux donneurs le choix d'être soit anonymes, soit non anonymes pour le couple receveur. En outre, les donneurs de sperme nordiques ont tendance à être de grande taille et très instruits et ont des motifs altruistes pour leurs dons, en partie à cause de la compensation monétaire relativement faible dans les pays nordiques. Plus de 50 pays dans le monde sont des importateurs de sperme danois, dont le Paraguay , le Canada , le Kenya et Hong Kong . Cependant, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a interdit l'importation de tout sperme, motivée par un risque de transmission de la maladie de Creutzfeldt-Jakob , bien qu'un tel risque soit insignifiant, puisque l'insémination artificielle est très différente de la voie de transmission. de la maladie de Creutzfeldt-Jakob . La prévalence de la maladie de Creutzfeldt-Jakob pour les donneurs est d'au plus un sur un million, et si le donneur était porteur, les protéines infectieuses devraient encore traverser la barrière hémato-testiculaire pour rendre la transmission possible.

Histoire

Les spermatozoïdes ont été observés pour la première fois en 1677 par Antonie van Leeuwenhoek à l' aide d'un microscope . Il les a décrits comme étant des animalcules (petits animaux), probablement en raison de sa croyance dans le préformationnisme , qui pensait que chaque spermatozoïde contenait un humain entièrement formé mais petit.

Analyse médico-légale

Les fluides éjaculés sont détectés par la lumière ultraviolette , quelle que soit la structure ou la couleur de la surface. Les têtes de sperme, par exemple à partir d'écouvillons vaginaux, sont toujours détectées par microscopie en utilisant la méthode "Christmas Tree Stain", c'est-à-dire la coloration Kernechtrot-Picroindigocarmine (KPIC).

Sperme dans les plantes

Les spermatozoïdes des algues et de nombreux gamétophytes végétaux sont produits dans les gamétanges mâles ( anthéridies ) via la division mitotique . Dans les plantes à fleurs , les noyaux des spermatozoïdes sont produits à l'intérieur du pollen .

Spermatozoïdes mobiles

Spermatozoïdes mobiles d' algues et de plantes sans pépins

Les spermatozoïdes mobiles se déplacent généralement via des flagelles et nécessitent un milieu aqueux pour nager vers l'ovule pour la fécondation. Chez les animaux, la plus grande partie de l'énergie nécessaire à la motilité des spermatozoïdes provient du métabolisme du fructose contenu dans le liquide séminal . Cela a lieu dans les mitochondries situées dans la pièce médiane du sperme (à la base de la tête du sperme). Ces cellules ne peuvent pas nager à reculons en raison de la nature de leur propulsion. Les spermatozoïdes non flagellés (avec un flagelle) des animaux sont appelés spermatozoïdes et sont connus pour leur taille variable.

Les spermatozoïdes mobiles sont également produits par de nombreux protistes et les gamétophytes des bryophytes , des fougères et de certains gymnospermes comme les cycadales et le ginkgo . Les spermatozoïdes sont les seules cellules flagellées du cycle de vie de ces plantes. Dans de nombreuses fougères et lycophytes , cycas et ginkgo, ils sont multi-flagellés (portant plus d'un flagelle).

Chez les nématodes , les spermatozoïdes sont amiboïdes et rampent plutôt que nagent vers l'ovule.

Spermatozoïdes non mobiles

Les spermatozoïdes non mobiles appelés spermaties sont dépourvus de flagelles et ne peuvent donc pas nager. Les spermaties sont produites dans un spermatangium .

Parce que les spermatozoïdes ne peuvent pas nager, ils dépendent de leur environnement pour les transporter jusqu'à l'ovule. Certaines algues rouges , telles que Polysiphonia , produisent des spermatozoïdes immobiles qui se propagent par les courants d'eau après leur libération. Les spermatozoïdes des champignons de la rouille sont recouverts d'une substance collante. Elles sont produites dans des structures en forme de flacon contenant un nectar , qui attirent les mouches qui transfèrent le spermaties à proximité hyphes pour la fertilisation dans un mécanisme similaire à la pollinisation par les insectes dans les plantes à fleurs .

Les spermaties fongiques (également appelées pycniospores, en particulier dans les Urédinales) peuvent être confondues avec les conidies . Les conidies sont des spores qui germent indépendamment de la fécondation, tandis que les spermaties sont des gamètes nécessaires à la fécondation. Chez certains champignons, tels que Neurospora crassa , les spermaties sont identiques aux microconidies car elles peuvent remplir les deux fonctions de fertilisation ainsi que donner naissance à de nouveaux organismes sans fertilisation.

Noyaux de sperme

Dans presque tous les embryophytes , y compris la plupart des gymnospermes et tous les angiospermes , les gamétophytes mâles ( grains de pollen ) sont le principal mode de dispersion , par exemple via le vent ou la pollinisation par les insectes , éliminant ainsi le besoin d'eau pour combler le fossé entre le mâle et la femelle. Chaque grain de pollen contient une cellule spermatogène (générative). Une fois que le pollen atterrit sur le stigmate d'une fleur réceptive, il germe et commence à former un tube pollinique à travers le carpelle . Avant que le tube n'atteigne l' ovule , le noyau de la cellule génératrice du grain de pollen se divise et donne naissance à deux noyaux de spermatozoïdes, qui sont ensuite déchargés à travers le tube dans l' ovule pour la fécondation.

Chez certains protistes , la fécondation implique également des noyaux de spermatozoïdes , plutôt que des cellules, migrant vers l'ovule à travers un tube de fécondation. Les oomycètes forment des noyaux de spermatozoïdes dans une anthéridie syncytique entourant les ovules. Les noyaux des spermatozoïdes atteignent les ovules à travers les tubes de fécondation, similaires au mécanisme du tube pollinique chez les plantes.

Centrioles de sperme

La plupart des spermatozoïdes ont des centrioles dans le cou des spermatozoïdes. Le sperme de nombreux animaux a 2 centrioles typiques appelés centriole proximal et centriole distal. Certains animaux comme les humains et les bovins ont un seul centriole typique, appelé centriole proximal, et un deuxième centriole à structure atypique. Les souris et les rats n'ont pas de centrioles de spermatozoïdes reconnaissables. La mouche des fruits Drosophila melanogaster a un seul centriole et un centriole atypique nommé Proximal Centriole-Like (PCL).

Formation de la queue de sperme

La queue du sperme est un type spécialisé de cil (alias flagelles). Chez de nombreux animaux, la queue des spermatozoïdes est formée d'une manière unique, appelée ciliogenèse cytosolique , car tout ou partie de l' axonème de la queue des spermatozoïdes se forme dans le cytoplasme ou est exposé au cytoplasme.

Voir également

Les références

Sources

  • Fawcett, DW (1981) Sperm Flagelle. Dans : La Cellule. DW Fawcett. Philadelphie, WB Saunders Company. 14 : pp. 604-640.
  • Lehti, MS et A. Sironen (2017). "Formation et fonction des structures de la queue des spermatozoïdes en association avec des défauts de motilité des spermatozoïdes." Biol Reprod 97(4) : 522-536.

Liens externes

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