Article rédigé par (embryologiste), Dr. Emilio Gómez Sánchez (embryologiste sénior), Patricia Recuerda Tomás (embryologiste), Zaira Salvador (embryologiste) et Isabelle Gutton (invitra staff).
Introduction
La fécondation, étape primordiale de la reproduction sexuée, est le résultat de l'union entre un spermatozoïde et un ovule. Parmi les mécanismes complexes qui régissent ce processus, l'aster spermatique joue un rôle essentiel. Cet article explore en profondeur le rôle de l'aster spermatique dans la fécondation, en s'appuyant sur les connaissances actuelles en biologie de la reproduction.
Définition et fonction du spermatozoïde
Le spermatozoïde, gamète mâle produit dans les testicules lors de la spermatogenèse, est une cellule sexuelle mâle. Sa fonction principale est de permettre la reproduction sexuée grâce à l'union avec l'ovule féminin, un processus appelé fécondation. Le spermatozoïde est une cellule haploïde, c'est-à-dire qu'il possède 23 chromosomes, la moitié du matériel génétique nécessaire à la formation d'un embryon. Après la fécondation et la fusion des noyaux, le zygote résultant possède 46 chromosomes, rétablissant ainsi le patrimoine génétique caractéristique de l'espèce humaine.
La principale fonction du spermatozoïde est de perpétuer l'espèce par la reproduction sexuée. Les spermatozoïdes, contenus dans le sperme, sont éjaculés dans l'appareil génital féminin et se déplacent jusqu'aux trompes de Fallope grâce à leur flagelle pour rencontrer l'ovule. Le spermatozoïde détermine également le sexe du futur bébé en fonction du chromosome X (féminin) ou Y (masculin) qu'il porte.
Structure du spermatozoïde
Observé pour la première fois par Anton van Leeuwenhoek en 1677, le spermatozoïde est une cellule allongée d'environ 50 à 60 µm de long, composée d'une tête et d'un flagelle reliés par une pièce intermédiaire appelée col ou collet.
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Tête
La tête du spermatozoïde, de forme ovale et mesurant entre 5 et 8 µm, comprend :
- Acrosome: situé à l'extrémité de la tête, il contient des enzymes protéolytiques qui dissolvent la zone pellucide de l'ovule pour permettre la pénétration du spermatozoïde.
- Noyau: il renferme les 23 chromosomes, représentant la moitié du matériel génétique du futur embryon. Sa fusion avec le noyau de l'ovule complète le patrimoine génétique du nouvel être.
- Membrane plasmique: elle entoure l'acrosome et le noyau, les séparant du reste du corps du spermatozoïde.
Pièce intermédiaire
La pièce intermédiaire, ou col, relie la tête au flagelle et mesure entre 6 et 12 µm. Elle contient des milliers de mitochondries qui fournissent l'énergie nécessaire au mouvement du flagelle.
Flagelle
Le flagelle, ou queue du spermatozoïde, est une structure longue d'environ 50 µm qui permet la mobilité spermatique grâce à un mouvement ondulant. Toute anomalie du flagelle empêchant le mouvement progressif des spermatozoïdes peut entraîner l'infertilité masculine.
Altérations spermatiques et impact sur la fécondation
Diverses altérations liées à la quantité, à la morphologie et à la mobilité des spermatozoïdes peuvent compromettre la fécondation naturelle et entraîner l'infertilité. Parmi les anomalies les plus fréquentes, on retrouve :
- Oligozoospermie (ou oligospermie): faible concentration de spermatozoïdes dans le sperme. Selon les limites de référence établies par l'OMS, un échantillon de sperme est considéré comme normal lorsqu'il présente un minimum de 15 millions de spermatozoïdes par millilitre et de 39 millions de spermatozoïdes dans l'éjaculat.
- Asthénozoospermie (ou asthénospermie): troubles de la mobilité spermatique.
- Tératozoospermie: présence de spermatozoïdes aux formes atypiques.
- Fragmentation de l'ADN: ruptures ou lésions du matériel génétique contenu dans la tête du spermatozoïde.
Ces altérations peuvent empêcher le spermatozoïde d'atteindre l'ovule ou de le féconder. Elles peuvent survenir lors de la spermatogenèse ou pendant la maturation des spermatozoïdes. En fonction de la gravité du facteur masculin, un couple peut recourir à la procréation médicalement assistée (PMA).
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Le rôle de l'aster spermatique dans la fécondation
Après la fécondation de l'ovocyte, un aster de microtubules se forme autour de l'ADN mâle. Le spermaster est un demi-fuseau mitotique formé d'un aster de microtubules. La formation du spermaster est une organisation d'un aster composé de réseaux de microtubules provenant du corps basal du sperme et s'étendant pratiquement jusqu'à la périphérie de l'oeuf.
Le centriole, apporté par la pièce intermédiaire du spermatozoïde (centriole proximal), est à l'origine mitotique (mitose) du fuseau mitotique et de tous les organites tubulaires du zygote. Ce centriole forme le spermaster, demi-fuseau mitotique, qui attire le pronucleus femelle vers le pronucleus mâle. La croissance des microtubules fait migrer les pronuclei au centre de la cellule. Puis, le spermaster disparaît.
L'aster spermatique joue plusieurs rôles cruciaux :
- Positionnement des pronucléi mâles et femelles: L'aster spermatique permet d'amener le pro-noyau femelle jusqu'au pro-noyau mâle pour qu'ils puissent fusionner.
- Centration de l'ADN: Il permet aussi de déplacer l'ADN fusionné jusqu'au centre de la cellule pour assurer une division cellulaire équitable.
Les mécanismes de centration d’un aster ou d’un fuseau ont donné lieu à de nombreuses recherches, que ce soit par modélisation, expérimentalement chez des espèces telles C. elegans, P. lividus, M.musculus ou in vitro sur des extraits de Xenopus laevis. Trois mécanismes principaux se dégagent : le pushing, le cortical pulling et le cytoplasmic pulling (ou bulk pulling). En méiose, l’aster utilise la polymérisation des microtubules qui le composent pour pousser contre le cortex d’actine et s’en décoller (pushing). Arrivé en interphase, l’aster retourne contre le cortex grâce à une traction qu’exerce la membrane sur les microtubules (cortical pulling). Enfin à l’entrée en mitose, la traction membranaire cesse et libère les asters du fuseau mitotique, qui cèdent donc aux forces exercées par le transport d’organelles vers le centre de l’aster (cytoplasmic pulling) qui semblent constantes durant le cycle cellulaire. Cela permet de centrer le fuseau.
En même temps que l’aster se forme et se déplace, une réorganisation des compartiments intracellulaires se met en place. Cette exclusion générée à la formation de l’aster chez le zygote, est maintenue au cours du développement. Dans mes travaux, j’ai pu observer qu’elle est majoritairement due à l’accumulation à l’aster d’autres organelles comme le réticulum endoplasmique. La fonction de transport des microtubules de l’aster suffit donc à réorganiser complètement la cellule en excluant certaines organelles et en en accumulant d’autres.
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Les déplacements de l’aster et du fuseau mitotique, leur régulation par le cycle cellulaire, et la réorganisation intracellulaire, identifiés ici chez le zygote d’ascidie, s’appuient sur le fonctionnement d’éléments fondamentaux d’une cellule, à savoir : les microtubules, le cortex d’actine, le réticulum endoplasmique, les protéines du cycle cellulaire, etc.
Questions fréquentes
Combien de temps mettent les spermatozoïdes à être éjaculés une fois produits ?
La spermatogenèse, processus de formation des spermatozoïdes, dure entre 64 et 72 jours dans les testicules. Une fois produits, les spermatozoïdes se déplacent vers l'épididyme où ils acquièrent leur mobilité en environ 10 jours. Ils y sont stockés jusqu'à l'éjaculation, où ils sont transportés à travers le canal déférent et mélangés au liquide séminal pour former le sperme.
Combien de temps vivent les spermatozoïdes ?
La durée de vie moyenne des spermatozoïdes est de 2 à 5 jours dans l'appareil reproducteur féminin, où les conditions d'humidité et de température sont optimales. Les spermatozoïdes éjaculés à l'extérieur meurent rapidement en quelques minutes. Leur capacité de fécondation est optimale dans les 24 à 48 heures suivant l'éjaculation.
À quel âge commence la production de spermatozoïdes chez l'homme ?
La production de spermatozoïdes commence à la puberté et se poursuit pratiquement tout au long de la vie de l'homme.
Quelle vitesse peut atteindre le spermatozoïde le plus rapide ?
Les spermatozoïdes à mobilité progressive rapide (catégorie A) peuvent atteindre une vitesse de plus de 25 micromètres par seconde.
Quel est le rôle de la tête du spermatozoïde ?
La tête du spermatozoïde contient le noyau, qui renferme le matériel génétique de l'homme. En se combinant avec celui de la femme, le nouvel ADN obtenu sera celui de la descendance du couple. La tête sert de dépôt à l'ADN de l'homme et permet de le transporter grâce aux mouvements du flagelle.
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