Spermatozoïde - Spermatozoon

Spermatozoïde
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Un spermatozoïde tente de pénétrer dans le manteau de l' ovule pour le féconder .
Schéma complet d'un spermatozoïde humain en.svg
Schéma d'un spermatozoïde humain
Des détails
Identifiants
Latin spermatozoïde
Engrener D013094
Terminologie anatomique

Un spermatozoïde (prononcé / ˌ s p ɜːr m æ t ə z ə n / , l' orthographe alternative spermatozoïde ; pluriel spermatozoïdes , de grec ancien : σπέρμα ( "semence") et grec ancien : ζῷον ( "vivant")) est une motilité du sperme cellule , ou sous forme de déplacement de la haploïde cellule qui est le mâle gamète . Un spermatozoïde rejoint un ovule pour former un zygote . (Un zygote est une cellule unique, avec un ensemble complet de chromosomes , qui se développe normalement en un embryon .)

Les spermatozoïdes contribuent à environ la moitié de l' information génétique nucléaire de la progéniture diploïde (à l'exclusion, dans la plupart des cas, de l'ADN mitochondrial ). Chez les mammifères, le sexe de la progéniture est déterminé par le spermatozoïde : un spermatozoïde portant un chromosome X conduira à une progéniture femelle (XX), tandis qu'un spermatozoïde portant un chromosome Y conduira à une progéniture mâle (XY). Les spermatozoïdes ont été observés pour la première fois dans le laboratoire d' Antonie van Leeuwenhoek en 1677.

Sperme humain sous microscope

Structure, fonction et taille des spermatozoïdes de mammifères

Humains

Le spermatozoïde humain est la cellule reproductrice chez les mâles et ne survivra que dans des environnements chauds; une fois qu'il quitte le corps masculin, la probabilité de survie du sperme est réduite et il peut mourir, diminuant ainsi la qualité totale du sperme . Les spermatozoïdes sont de deux types, « femelle » et « mâle ». Les spermatozoïdes qui donnent naissance à une progéniture femelle (XX) après la fécondation diffèrent en ce qu'ils portent un chromosome X, tandis que les spermatozoïdes qui donnent naissance à une progéniture mâle (XY) portent un chromosome Y.

Un spermatozoïde humain se compose d'une tête plate en forme de disque de 5,1  µm sur 3,1 µm et d'une queue de 50 µm de long. La queue flagelle , qui propulse le spermatozoïde (à environ 1 à 3 mm/minute chez l'homme) en le fouettant dans un cône elliptique. Les spermatozoïdes ont un mécanisme de guidage olfactif , et après avoir atteint les trompes de Fallope, doivent subir une période de capacitation avant la pénétration de l'ovule.

Tête : Elle a un noyau compact avec uniquement une substance chromatique et n'est entourée que d'un mince bord de cytoplasme. Au-dessus du noyau se trouve une structure en forme de capuchon appelée acrosome , formée par modification du corps de Golgi, qui sécrète l'enzyme spermlysine ( hyaluronidase, enzyme corona-pénétrante, zona lysin ou acrosine ), nécessaire à la fécondation. Lorsque le spermatozoïde s'approche de l'ovule, il subit la réaction acrosomique au cours de laquelle la membrane entourant l'acrosome fusionne avec la membrane plasmique de la tête du spermatozoïde, exposant le contenu de l'acrosome.

Cou : C'est la partie la plus petite (3 × 10 −8 m), et possède un centriole proximal parallèle à la base du noyau et un centriole distal perpendiculaire au précédent. Le centriole proximal est également présent dans le spermatozoïde mature ; le centriole distal disparaît après assemblage de l'axonème. Le centriole proximal pénètre dans l'œuf lors de la fécondation et commence la première division de clivage de l'œuf, qui n'a pas de centriole. Le centriole distal donne naissance au filament axial qui forme la queue et a une disposition (9+2). Une membrane transitoire appelée Manchette se trouve dans la pièce intermédiaire.

Pièce médiane : Il a 10-14 spirales de mitochondries entourant le filament axial dans le cytoplasme. Il fournit la motilité, et est donc appelé la centrale électrique du sperme. Il possède également un centriole annulaire (annulus) qui forme une barrière de diffusion entre la pièce médiane et la pièce principale et sert de structure stabilisatrice pour la rigidité de la queue.

Queue : C'est la partie la plus longue (50×10 -6 m), ayant un filament axial entouré de cytoplasme et de membrane plasmique, mais à l'extrémité postérieure le filament axial est nu. C'est un mécanisme de poussée.

Le sperme a une nature alcaline et les spermatozoïdes n'atteignent pas leur motilité complète (hypermotilité) avant d'atteindre le vagin , où le pH alcalin est neutralisé par les fluides vaginaux acides. Ce processus graduel prend 20 à 30 minutes. Pendant cette période, le fibrinogène à partir des vésicules séminales forme un caillot, fixation et de protection du sperme. Tout comme ils deviennent hypermotiles, la fibrinolysine de la prostate dissout le caillot, permettant aux spermatozoïdes de progresser de manière optimale.

Le spermatozoïde est caractérisé par un minimum de cytoplasme et l'ADN le plus dense connu chez les eucaryotes . Comparé aux chromosomes mitotiques dans les cellules somatiques , l'ADN des spermatozoïdes est au moins six fois plus condensé.

L'échantillon contribue avec l' ADN /la chromatine , un centriole et peut-être aussi un facteur d'activation des ovocytes (OAF). Il peut également contribuer avec l'ARN messager paternel (ARNm), contribuant également au développement embryonnaire.

Le spermatozoïde humain contient au moins 7 500 protéines différentes .

La génétique du sperme humain a été associée à l'évolution humaine , selon une étude de 2020.

Dommages à l'ADN et réparation

Les dommages à l'ADN présents dans les spermatozoïdes dans 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 )

L'exposition des hommes à certains risques liés au mode de vie, à l'environnement ou au travail peut augmenter le risque de spermatozoïdes aneuploïdes . En particulier, le risque d'aneuploïdie est accru par le tabagisme et l'exposition professionnelle au benzène, aux insecticides et aux composés perfluorés. Une aneuploïdie accrue des spermatozoïdes se produit souvent en association avec une augmentation des dommages à l'ADN. La fragmentation de l'ADN et la susceptibilité accrue de l'ADN in situ à la dénaturation, caractéristiques similaires à celles observées lors de l' apoptose des cellules somatiques, caractérisent les spermatozoïdes anormaux en cas d' infertilité masculine .

Éviter la réponse du système immunitaire

Les molécules de glycoprotéine à la surface des spermatozoïdes éjaculés sont reconnues par tous les systèmes immunitaires humains féminins et interprétées comme un signal indiquant que la cellule ne doit pas être rejetée. Le système immunitaire féminin pourrait autrement attaquer les spermatozoïdes dans l' appareil reproducteur . Les glycoprotéines spécifiques recouvrant les spermatozoïdes sont également utilisées par certaines cellules cancéreuses et bactériennes, certains vers parasites et les globules blancs infectés par le VIH, évitant ainsi une réponse immunitaire de l' organisme hôte .

La barrière hémato-testiculaire , maintenue par les jonctions serrées entre les cellules de Sertoli des tubules séminifères, empêche la communication entre les spermatozoïdes en formation dans les testicules et les vaisseaux sanguins (et les cellules immunitaires qui y circulent) au sein de l' espace interstitiel . Cela les empêche de déclencher une réponse immunitaire. La barrière hémato-testiculaire est également importante pour empêcher les substances toxiques de perturber la spermatogenèse.

Spermatozoïdes dans d'autres organismes

Spermatozoïdes mobiles d'algues et de plantes sans pépins.

Animaux

La fécondation repose sur les spermatozoïdes pour la plupart des animaux sexuellement reproducteurs.

Certaines espèces de mouches des fruits produisent le plus gros spermatozoïde connu dans la nature. Drosophila melanogaster produit des spermatozoïdes pouvant mesurer jusqu'à 1,8 mm, tandis que son parent Drosophila bifurca produit le plus gros spermatozoïde connu, mesurant plus de 58 mm de long. Chez Drosophila melanogaster, le sperme entier, queue incluse, est incorporé dans le cytoplasme de l' ovocyte , cependant, pour Drosophila bifurca, seule une petite partie de la queue pénètre dans l'ovocyte.

La souris des bois Apodemus sylvaticus possède des spermatozoïdes à morphologie falciforme. Une autre caractéristique qui rend ces gamétocytes uniques est la présence d'un crochet apical sur la tête du spermatozoïde. Ce crochet est utilisé pour s'attacher aux crochets ou aux flagelles d'autres spermatozoïdes. L'agrégation est causée par ces pièces jointes et les trains mobiles en résultent. Ces trains améliorent la motilité de l'appareil reproducteur féminin et sont un moyen de favoriser la fécondation.

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 des spermatozoïdes, après la fécondation, peuvent conduire à une progéniture présentant diverses anomalies.

Les oursins tels que Arbacia punctulata sont des organismes idéaux à utiliser dans la recherche sur le sperme, ils engendrent un grand nombre de spermatozoïdes dans la mer, ce qui les rend bien adaptés comme organismes modèles pour les expériences.

Les spermatozoïdes des marsupiaux sont généralement plus longs que ceux des mammifères placentaires .

Plantes, algues et champignons

Les gamétophytes des bryophytes , des fougères et de certains gymnospermes produisent des spermatozoïdes mobiles , contrairement aux grains de pollen employés chez la plupart des gymnospermes et tous les angiospermes . Cela rend impossible la reproduction sexuée en l'absence d' eau , car l'eau est un milieu nécessaire à la rencontre du sperme et de l'ovule. Les algues et les spermatozoïdes végétaux inférieurs sont souvent multi-flagellés (voir image) et donc morphologiquement différents des spermatozoïdes animaux.

Certaines algues et certains champignons produisent des spermatozoïdes non mobiles, appelés spermaties. Chez les plantes supérieures et certaines algues et champignons, la fécondation implique la migration du noyau du spermatozoïde à travers un tube de fécondation (par exemple le tube pollinique chez les plantes supérieures) pour atteindre l'ovule.

Production de spermatozoïdes chez les mammifères

Les spermatozoïdes sont produits dans les tubules séminifères des testicules au cours d'un processus appelé spermatogenèse. Les cellules rondes appelées spermatogonies se divisent et se différencient finalement pour devenir des spermatozoïdes. Pendant la copulation, le cloaque ou le vagin est inséminé , puis les spermatozoïdes se déplacent par chimiotaxie jusqu'à l'ovule à l'intérieur d'une trompe de Fallope ou de l' utérus .

Dans l'ART, la normozoospermie se réfère à une quantité totale d'éjaculations > 39 millièmes, > 32 % avec une motilité progressive et > 4 % de morphologie normale. De plus, une éjaculation normale chez l'homme doit avoir un volume supérieur à 1,5 ml, soit un volume excessif de 6 ml par éjaculation ( hyperspermie ). Un volume insuffisant est appelé hypospermie . Ces problèmes sont liés à plusieurs complications dans la production de spermatozoïdes, par exemple :

  • Hyperspermie : généralement provoquée par une inflammation de la prostate.
  • Hypospermie : une éjaculation incomplète, généralement appelée déficit androgène ( hypoandrogénie ) ou obstruction dans une partie du tractus éjaculateur. Dans des conditions de laboratoire, est également due à une perte partielle de l'échantillon.
  • Aspermie : il n'y a pas d'éjaculation. Cela peut être dû à une éjaculation rétrograde , à des maladies anatomiques ou neurologiques ou à des médicaments antihypertenseurs.

Activation des spermatozoïdes

Réaction acrosomique sur une cellule d'oursin

L'approche de l'ovule est un processus de chimiotaxie en plusieurs étapes assez complexe, guidé par différentes substances chimiques/stimuli à des niveaux individuels de phylogénie. L'un des caractères de signalisation communs les plus significatifs de l'événement est qu'un prototype de récepteurs professionnels de chimiotaxie, le récepteur formyl peptide (60 000 récepteurs/cellule) ainsi que la capacité d'activateur de son ligand formyl Met-Leu-Phe ont été démontrés dans le membrane de surface même dans le cas des spermatozoïdes humains. Les spermatozoïdes de mammifères deviennent encore plus actifs lorsqu'ils s'approchent d'un ovule au cours d'un processus appelé activation du sperme . Il a été démontré que l'activation du sperme est causée par les ionophores de calcium in vitro , la progestérone libérée par les cellules du cumulus avoisinantes et se liant à la ZP3 de la zone pellucide . Les cellules du cumulus sont noyées dans une substance semblable à un gel composée principalement d'acide hyaluronique et se développent dans l'ovaire avec l'ovule et le soutiennent pendant sa croissance.

Le changement initial est appelé « hyperactivation », ce qui provoque un changement dans la motilité des spermatozoïdes. Ils nagent plus vite et leurs mouvements de queue deviennent plus énergiques et erratiques.

Une découverte récente lie l'hyperactivation à un afflux soudain d'ions calcium dans les queues. La queue en forme de fouet (flagelle) du sperme est parsemée de canaux ioniques formés par des protéines appelées CatSper . Ces canaux sont sélectifs, ne laissant passer que les ions calcium. L'ouverture des canaux CatSper est responsable de l'afflux de calcium. L'augmentation soudaine des niveaux de calcium fait que le flagelle forme des coudes plus profonds, propulsant les spermatozoïdes avec plus de force à travers l'environnement visqueux. L'hyperactivité des spermatozoïdes est nécessaire pour franchir deux barrières physiques qui protègent l'ovule de la fécondation.

Le deuxième processus d'activation des spermatozoïdes est la réaction acrosomique . Cela implique la libération du contenu de l'acrosome, qui se disperse, et l'exposition d'enzymes attachées à la membrane acrosomique interne du sperme. Cela se produit après que le spermatozoïde rencontre l'ovule pour la première fois. Ce mécanisme de type verrou et clé est spécifique à l'espèce et empêche le sperme et l'ovule de différentes espèces de fusionner. Il existe des preuves que cette liaison est ce qui déclenche la libération par l' acrosome des enzymes qui permettent aux spermatozoïdes de fusionner avec l'ovule.

ZP3, l'une des protéines qui composent la zone pellucide, se lie alors à une molécule partenaire sur le sperme. Les enzymes de la membrane acrosomique interne digèrent la zone pellucide. Une fois que le spermatozoïde a pénétré dans la zone pellucide, une partie de la membrane cellulaire du spermatozoïde fusionne avec la membrane de l'ovule et le contenu de la tête se diffuse dans l'ovule.

Lors de la pénétration, on dit que l'ovocyte s'est activé . Il subit sa division méiotique secondaire, et les deux noyaux haploïdes (paternel et maternel) fusionnent pour former un zygote . Afin de prévenir la polyspermie et de minimiser la possibilité de produire un zygote triploïde , plusieurs modifications de la zone pellucide de l'ovule les rendent impénétrables peu de temps après l'entrée du premier spermatozoïde dans l'ovule.

Stockage artificiel

Les spermatozoïdes peuvent être conservés dans des diluants tels que le diluant à température variable Illini (IVT), dont il a été rapporté qu'ils sont capables de préserver une fertilité élevée des spermatozoïdes pendant plus de sept jours. Le diluant IVT est composé de plusieurs sels, sucres et agents antibactériens et gazé au CO 2 .

La cryoconservation du sperme peut être utilisée pour des durées de stockage beaucoup plus longues. Pour les spermatozoïdes humains, la durée de conservation réussie la plus longue signalée avec cette méthode est de 21 ans.

MMP et capacitation

Au cours de la capacitation , les spermatozoïdes acquièrent la capacité de féconder l'ovocyte. In vitro, cela se produit lorsque les spermatozoïdes sont lavés et purifiés. De nos jours, 20% de la population a besoin de technologies de procréation assistée , c'est donc important pour le développement de notre société. 15% de l' infertilité est due au facteur masculin, donc plusieurs stratégies ont été créées afin de récupérer les spermatozoïdes fonctionnels. La mesure MMP (Million Motile Progressive cells per millilitre) est synonyme de capacitation , et est un paramètre très utile pour décider, avec un spermogramme , du type de traitement nécessaire. Il est basé sur le pourcentage de récupération. En fonction du pourcentage, nous déciderons de la qualité de la récupération des spermatozoïdes mobiles : 15 à 25 millions de spermatozoïdes/ml sont considérés comme optimaux, entre 5 et 15 millions sont considérés comme suffisants et moins de 5 millions sont considérés comme sous-optimaux ou insuffisants. Concernant les valeurs que nous avons obtenues, ainsi que les résultats du spermogramme, différentes techniques seront affichées.

Par exemple, si plus de 1,0×10 6 spermatozoïdes mobiles progressifs par millilitre sont trouvés, il sera recommandé d'avoir des rapports sexuels, et si cela échoue, la prochaine étape sera l' insémination intra-utérine et plus tard la fécondation in vitro conventionnelle .

Avec moins de 1,0 × 10 6 spermatozoïdes mobiles progressifs par millilitre, nous effectuerons une injection intracytoplasmique de spermatozoïdes . En cas d'azoospermie (pas de spermatozoïdes dans l'éjaculat), nous ferons une biopsie testiculaire afin de vérifier s'il y a des spermatozoïdes dans les testicules ou si aucun spermatozoïde n'est produit.

Histoire

  • En 1677, le microbiologiste Antonie van Leeuwenhoek découvrit les spermatozoïdes.
  • En 1841, l'anatomiste suisse Albert von Kölliker a écrit sur le spermatozoïde dans son ouvrage Untersuchungen über die Bedeutung der Samenfäden (Études sur l'importance des spermatozoïdes).

Voir également

Les références

Liens externes