Spermatogénèse Flashcards
Où se déroule la spermatogenèse ?
dans les gonades masculines = testicules
=> à l’intérieur des tubes séminipares
Appareil génital masculin (=appareil reproductif)
- regroupe l’ensemble des organes qui participent à la fonction de reproduction
- il achève sa maturation tardivement et ne devient pleinement fonctionnel qu’au moment de la puberté
- deux fonctions :
> exocrine : émission et production des spermatozoïdes
> endocrine : production d’Holmes sexuelles (testostérone)
Composition appareil génital masculin
- gonades (=testicules)
- voies génitales
- glandes annexées aux voies génitales (=vésicules séminales appartenant aux voies spermatiques, prostate, glandes de Cowper)
- organes génitaux externes (=pénis et scrotum)
Voies génitales
- voies intra-testiculaires : tube droit + rete testis
- voies intra-épididymaires : cônes efférents + épididyme
- conduit déférent
- canal évacuateur (chemine dans la prostate à partir de l’abouchement des vésicules séminales au niveau du conduit déférent)
- urètre : segment impair commun à l’appareil reproducteur et à l’appareil urinaire
Testicule
- ovoïde
- 4,5 cm de hauteur, 3cm de largeur, 2cm d’épaisseur
- entourée de l’albuginée
- renferme 200 à 300 lobules testiculaires
Albuginée
- capsule conjonctive épaisse et inextensible
- s’épaissi au pôle poster-supérieur => corps de Highmore (=médiastinum testis)
Lobule testiculaire
- délimité par des cloisons conjonctives inter-lobulaires (=septa) que l’on trouve de la face interne de l’albuginée au corps de Highmore
- contient 1 à 4 séminipares / tubes séminifères qui confluent en UN tube droit
- constitué de tissu interstitiel + des tubes séminifères
- 2 fonctions :
> endocrine : cellules de Leydig
> exocrine : tubes séminifères
Tubes droits
- premier segment des voies génitales
- première voie intra-testiculaire
- se jettent dans le rete testis
- réseau anastomosé intra-testiculaire
- se poursuit par les conduits efférents puis l’épididyme
Epididyme
- coiffe la face postérieur du testicule
- pôle supérieur = tête (plus épaisse et plus large) => renferme les cônes efférents
- partie inférieure = queue (se poursuit dans le conduit déférent)
- entre les deux : corps
Tissu interstitiel
- activité ENDOcrine
- forme la glande endocrine diffuse du testicule (=3% volume testiculaire)
Composition tissu interstitiel
- tissu conjonctif lâche, riche en capillaires sanguins et capillaires lymphatiques
- cellules de Leydig (isolées ou sous forme d’amas)
Cellules de Leydig
- élaborent les androgènes testiculaires (testostérone et oestrogènes)
Testostérone
- assure (en synergie avec la FSH) le maintien de l’intégrité de la lignée germinale
- agit sur de nombreux tissus (ex. osseux, musculaires, peau)
FSH
- origine hypophysaire
- agit sur le fonctionnement des gonades
Tubes séminifères/séminipares
- activité EXOcrine : production de spermatozoïdes
- contournés
- 1 à 4 par lobule testiculaire
- confluent en UN tube droit qui se jette dans le rete testis
- réseau anastomosé intra-testiculaire
- 1m de long et 150 à 180μm de diamètre
Composition tubes séminifères
- entourés de la gaine péri tubulaire (= enveloppe conjonctive)
- cellules myoïdes (=similaires au cellules musculaires lisses)
- bordés par l’épithélium séminal (repose sur la membrane basale)
- interactions entre les compartiments intra-tubulaire et interstitiel = indispensable au bon déroulement de la spermatogenèse
Epithélium séminal
- repose sur la membrane basale
- contient les cellules de Sertoli + les cellules de la lignée germinale
- 70μm d’épaisseur
- situé dans la paroi des tubes séminifères
- structure apparente au ME
Cellules de la lignée germinale
- 33% du volume testiculaire
- leur évolution se fait dans l’épaisseur de l’épithélium avec une migration de la périphérie vers la lumière (=centre)
- différentes catégories successives :
> spermatogonies
> spermatocytes I
> spermatocytes II
> spermatides
> spermatozoïdes
Spermatogonies
- cellules germinales périphériques
- rondes, 10 à 15μm
- compartiment externe du tube, au contact de la membrane basale et des cellules de Sertoli
- se divisent en plusieurs catégories (Ad, Ap, B)
- se multiplient par mitose
- cellules souches se divisant en une cellule souche + une cellule évoluant vers la spermatogenèse
- diploïdes : 2n chromosomes, 2n ADN
Spermatocytes I
- multiplient leur ADN
- subissent une méiose I (réductionnelle)
Spermatocytes II
- subissent une méiose II (équationnelle)
- observation rare sur une coupe d’épithélium séminal humain
- n chromosomes bichromatidiens, 2n ADN
- logés dans des dépressions des cellules de Sertoli : compartiment adluminal
- 10 à 12 μm (petite)
- ne dupliquent pas leur ADN => subissent directement la Méiose II
Spermatides
- se différencient et se transforment en spermatozoïdes
- UN spermatide = UN spermatozoïde
- ne se divisent PAS
- n chromosome monochromatidiens, n ADN
- cellules rondes de petite taille (8 à 10 μm)
- restent dans des logettes de la membrane des faces latérales des cellules de Sertoli
- réunis par des ponts cytoplasmiques permettant des échanges et une évolution synchrone
Spermatozoïdes
libérés dans la lumière du tube par le phénomène de spermiation
Cellules de Sertoli
- 17% du volume testiculaire
- cellules somatiques ( ≠ germinales)
- s’étendent de la membrane basale à la lumière du tube
- 70μm de longueur, 20μm de largeur => grandes
- se différencient peu avant la puberté
- seuls intermédiaires entre le compartiment interne et le reste de l’organisme => barrière hémato-testiculaire
- soutien des cellules germinales
- indispensables au bon déroulement de la spermatogenèse
- ne se multiplient PAS
Configuration des cellules de Sertoli
- faces latérales déprimées pour loger les cellules germinales voisines
- dépressions = logettes
Zonula occludens
- jonctions serrées au niveau du tiers externe de l’épithélium séminal, entre les cellules de Sertoli
- séparent l’épithélium séminal en 2 compartiments :
> compartiment externe
> compartiment interne / adluminal
Compartiment externe de l’épithélium séminal
- cellules jeunes
- stades peu évolués de la spermatogenèse (spermatogonies, spermatocytes I jusqu’au stade pré-leptontène)
Compartiment interne/adluminal de l’épithélium séminal
renferme les élément les plus avancés
Fonctions cellule de Sertoli
- élaboration du liquide testiculaire (contenu dans les tubes séminipares)
- barrière hémato-testiculaires
- support et nutrition pour les cellules germinales voisines (qui produisent du lactate et du pyruvate)
- production d’ABP (Androgen Binding Protein)
- fonctions hormonales
- production d’inhibine et d’activine
- production de l’hormone mulléro-régressive au cours du développement
- contrôle de la spermiation
- phagocytose et destruction des corps résiduels et des cellules germinales dégénérées
Fonction hormonale des cellules de Sertoli
- elles contrôlent l’environnement hormonal de la spermatogenèse en concentrant la testostérone produite par les cellules de Leydig
- chez le jeune homme, elles convertissent la testostérone en androstènedione et en β-estradiol
Inhibine et activine
- inhibine : freine la sécrétion apophysaire de FSH
- activine : stimule la sécrétion apophysaire de FSH
Corps résiduels
résultent de la spermiogenèse
ex. cytoplasme du spermatide
ABP
Androgen Binding Protein
=> protéine liant les androgènes concentrés dans la lumière du tube pour les emmener jusqu’au niveau de l’épididyme
Caractéristiques de la spermatogenèse
- continue de la puberté jusqu’à la mort
- durée fixe et caractéristique d’une espèce
- 74 jours pour l’Homme (=cycle spermatogénétique)
Cycle de l’épithélium séminal
- à un même endroit du tube séminifère, une spermatogonie s’engage dans la spermatogenèse (par mitose) tous les 16 jours
- les aspects observés sur coupes correspondent à des vagues successives de spermatogenèse qui se répètent dans le temps, entrainant la formation de couche de cellules à des stades différents
- il existe des associations privilégiées de cellules (aspect) qui se répètent à intervalle régulier le long du tube et à des délais régulier au même endroit
=> 6 aspect caractéristiques dont la succession définit un cycle
=> chaque aspect comporte 4 ou 5 types cellulaires : une cellule qui mature change 5 fois de position dans l’épithélium au cours de la spermatogenèse - survient 4,6x au cours d’un cycle spermatogénétique
- permet d’avoir une production de spermatozoïdes constante
Etapes du cycle spermatogénétique
- phase de prolifération/multiplication (J1 à J27)
- phase d’accroissement
- phase de maturation
- phase de différenciation
Phase de prolifération
- 27j
- a lieu dans le compartiment externe de l’épithélium séminal
- concerne les spermatogonies
- succession de 3 types de spermatogonies :
> A1 (Ad)
> A2 (Ap)
> spermatogonie B
Spermatogonies A1 (Ad)
- chromatine sombre et finement dispersée
- noyau présente 2 ou 3 plages claires dont 1 contient un nucléole
- cytoplasme riche en glycogène
- véritables cellules souches
- se divise par mitose pour donner une autre A1 et une A2
Spermatogonies A2 (Ap)
- poussiéreuse
- chromatine pâle et finement dispersée renfermant 1 ou 2 nucléole(s)
- cytoplasme dépourvu de glycogène
- premier stade cellulaire de la spermatogenèse (t=0)
- engagement dans la spermatogenèse irréversible
- se divise par mitose en 2 spermatogonies B (après 18j)
Spermatogonies B
- croûtelleuses
- chromatine à gros grains irréguliers
- perdent le contact avec la membrane basale
- se divise en 2 spermatocytes (après 9j) => à t=27
- donnent 8 spermatides
Phase d’accroissement
- augmentation de la taille de la cellule
- concerne les spermatocytes I
- correspond schématiquement à l’interphase et au début de la prophase de la méiose I
- les spermatocytes I passent du compartiment externe au compartiment interne du tube en début de prophase I => toujours logés dans les dépressions du cytoplasme des cellules de Sertoli
- début de la prophase I = début de la méiose
Modifications cytoplasmiques de la phase d’accroissement
- formation de l’idiosome : l’appareil de Golgi vient au contact des centrioles
- apparition du corps chromatoïde (=formation paranucléaire) qui se colore comme la chromatine
- les nombreuses mitochondries deviennent sphériques et se disposent en périphérie du cytoplasme
Activités de synthèse de la phase d’accroissement
- réplication/duplication de l’ADN
- synthèses d’ARN et de protéines stockées au niveau du cytoplasme
=> les synthèses servent pour les premières étapes du développement embryonnaire (après fécondation)
=> accroissement du cytoplasme ET accroissement du noyau
Fin de la phase d’accroissement
- cellule a atteint 25μm de diamètre => auxocyte (spermatocyte I)
- auxocyte = 2n chromosomes bichromatidiens et 4n ADN
Phase de maturation
- spermatocytes de 1er et 2e ordre
- maturation nucléaire
- achèvement de la méiose
Prophase I
- longue (16j)
- phases successives : leptotène, zygotène, pachytène, diplotène, diacinèse et prométaphase
- brassage intrachromosomique => brassage génétique
Méiose I
- Prophase I > Métaphase I (brassage interchromosomique) > Anaphase I > Télophase I
- 23 jours (donc 16 en Prophase I)
- ponts cytoplasmiques entre les 2 cellules filles assurent une évolution synchrone lors des étapes suivantes
- rôle fondamental dans la répartition du matériel chromosomique (ex. séparation des chromosomes X et Y)
- fin a t=50 avec la formation de 2 spermatocytes II à partir d’un spermatocyte I
Méiose II (équationnelle)
- intercinèse très courte sans synthèse d’ADN
- 24H après la Méiose I
- t=51
- chaque spermatocyte II donne naissance à 2 spermatides haploïdes qui ne se diviseront plus
Spermatides
Phase de différenciation = spermiogénèse (J51 à J74)
- spécifique de la gamétogénèse masculine
- transformation de chaque spermatide en UN spermatozoïde
- processus de différenciation cellulaire qui stabilise et compacte le matériel génétique du gamète mâle
- permet à la cellule d’acquérir les structures nécessaires au transit dans les voies génitales féminines
- 23j
- se termine par la spermiation
- 8 stades morphologiques
- 5 phénomènes fondamentaux presque simultanés
Phénomènes fondamentaux de la phase de différenciation
- formation de l’acrosome à partir du Golgi
- formation du flagelle
- élongation nucléaire et condensation chromatinienne
- formation du manchon mitochondrial
- élimination du cytoplasme
Formation de l’acrosome à partir du Golgi
- vésicules du golgi se développent pour devenir les granules pro-acrosomiales
- les granules fusionnent pour donner la vésicule acrosomiale/acrosomique (unique)
- vésicule se place sur la face externe de l’enveloppe nucléaire (qui s’épaissir à ce niveau), opposée à la lumière du tube
- la vésicule s’étale et vient recouvrir les 2/3 antérieurs du noyau => acrosome
- son contenu devient homogène
Acrosome
- lysosome de grande taille situé au pôle antérieur du futur spermatozoïde
- contenu enzymatique indispensable pour la traversée des enveloppes de l’ovocyte lors de la fécondation :
> hyaluronidase : partie antérieure de l’acrosome, dissocie le cumulus
> acrosine : partie postérieure, permet la traversée de la membrane pellucide
Espace subacrosomal
petit espace entre l’acrosome et l’enveloppe nucléaire , au niveau de la pointe antérieure du noyau, où a débuté l’étalement de la vacuole acrosomiale
Elongation nucléaire et condensation chromosomique
- les modifications nucléaires commencent vers le 10e jour de la spermiogénèse
- le noyau s’allonge et la chromatine se densifie progressivement : les histones sont remplacées par des nucléoprotéines de transition puis par des protamines, entrainant la formation de ponts disulfures [S-S] qui assurent la stabilité et la compacité” de la chromatine (condensation)
=> noyau = 80% de protamines et 20% d’histones - les chromosomes sont 6x plus condensés que dans une cellule somatique : ça permet la protection contre les agressions extérieures
Formation du manchon mitochondrial
- au niveau de la pièce intermédiaire du flagelle
- les mitochondries se disposent bout à bout en spirale autour de la portion initiale de l’axonème, constituant le manchon mitochondrial de la pièce intermédiaire
- quarantaine de tours
- à son extrémité distale, il est limité par l’annulus (=anneau dense) formé à partir du corps chromatoïde
Elimination du cytoplasme
- le cytoplasme cellulaire glisse le long du flagelle grâce à un réseau de microtubules qui entoure la pièce intermédiaire du flagelle
- la plus grande partie est phagocytée par les cellules de Sertoli voisines
- une partie se détache, constituant les corps résiduel (=corps de Regaud)
- le reste du cytoplasme reste pendant la spermiogénèse puis est éliminé dans la phase finale de la maturation => migration épididymaire
- les ribosomes ayant servi aux dernières synthèses sont éliminés avec le cytoplasme
Protamines
nucléoprotéines définitives riches en arginine et en cystéine
Résultat de la spermatogenèse
- les spermatozoïdes sont disposés en bouquet aux pôles apicaux des cellules de Sertoli : la tête (renfermant le noyau) est implanté dans les pôles apicaux et le flagelle est libre dans la lumière du tube
- la spermiation à t=74j est due à la fragmentation des pôles apicaux des cellules de Sertoli
- le spz reste immobile jusqu’à son passage dans l’épididyme où les ponts intercellulaires cytoplasmiques entre les spz issus d’une même spermatigonie B disparaissent
- les spz achèvent leur maturation durant leur transport dans les voies génitales
Phénomènes cycliques
- cycle spermatogénétique (74jours) : correspond aux différentes étapes de la spermatogenèse. Il est lié à l’engagement périodique des spermatogonies
- cycle de l’épithélium séminal (16jours) : correspond à la répétition des aspects morphologiques observés sur coupes de tube séminifère
Cinétique du cycle spermatogénétique
- 27 jours pour les spermatogonies
- 24 jours pour les spermatocytes
- 23 jours pour les spermatides
=> 74 jours
Rendement de la spermatogenèse
- faible : 16 spermatozoïdes à partir d’une spermatogonie Ap
- la longueur des tubes (50cm à 1m) et leur nombre(1000) , permettent la production d’un grand nombre de spz en continu : 100 à 300.10⁶ par éjaculat
Quantité de spermicides produite par les autres mammifères
- singe : 256
- rat : 112
=> plus importante car les spermatogonies se divisent par mitose avant leur différenciation
Migration des gamètes dans les voies génitales
- entre la spermiation et l’émission au moment de l’éjaculation, la migration dans les voies génitales peut dépasser 10 jours
- 3 phases
> achèvement de la maturation dans les voies génitales + conditionnement de leur pouvoir fécondant
> spermophagie
> élaboration du liquide séminal (tractus génital, glandes annexes, vésicules séminales)
Composition du sperme
spermatozoïdes en suspension dans le liquide séminal (90% du volume)
=> le mélange des différents constituants se fait au dernier moment, lors de l’éjaculation
Migration dans les voies intra-testiculaires
- spz immobiles : entrainés par le flux du liquide testiculaire sécrété par les cellules de Sertoli
- spz accompagnés par :
> des débris cytoplasmiques (spermiogénèse + scission des pôles apicaux des cellules de Sertoli)
> cellules germinales immatures (spermiation, 5%)
=> ils passent par les tubes trois et te rete testis puis par le cône éfferents pour gagner l’épididyme
Migration dans l’épididyme
- de la tête à la queue : 2 à 3 jours
- spz mobiles et décapacités stockés dans la queue de l’épididyme et dans le début du conduit déférent
- liquide testiculaire résorbée
- spermophagie par les cellules épithéliales
Maturation des spermatozoïdes
s’achève durant la migration épididymaire :
- pertes des derniers restes cytoplasmiques
- acquièrent leur mobilité grâce aux facteurs sécrétés par les cellules épithéliales (ex. carnitine)
- acquièrent des sites d’ancrage à la zone pellucide et à la membrane ovocytaire (fixation de protéines sécrétées par les cellules épididymaires au niveau de la région post-acrosomique)
- décapacitation : un facteur de décapacitation se fixe au niveau de la membrane des spz, en regard de l’acrosome => stabilisation acrosomale => évite l’ouverture prématurée de l’acrosome => rend le spz inapte à pénétrer dans les cellules de l’organisme
Phénomène de capacitation
élimination du facteur de décapacitation : dans les voies génitales féminines => spz devient fécondant
Dernières étapes de la migration
- au cours de l’éjaculation grâce à des contractions de réflexe de la paroi des conduits => la mobilité du spz n’intervient pas dans leur migration dans le tractus génital
- spz parcourent le déférent, l’ampoule référentielle et les canaux évacuateurs avant d’être expulsés dans l’urètre
- fermeture du sphincter lisse vésical pour empêcher le reflux de sperme vers la vessie
Ampoule déférentielle
partie dilatée qui termine le conduit déférent
éjaculation rétrograde
reflux de sperme vers la vessie du à des anomalies fonctionnelles du sphincter lisse => infertilité
Liquide séminal
- produit tout au long du tractus génital mais provient surtout des glandes annexes et vésicules séminales
- volume normal d’un éjaculat = 1,5 à 6 mL de liquide séminal
- liquide visqueux, pH alcalin (entre 7 et 8)
- après émission du sperme, le liquide séminal se liquéfie en 10 à 30mn sous l’action d’enzymes protéolytiques prostatiques
- rôle initial mais provisoire de protecteur des spz : très mauvais milieu de conservation
=> après 24h à 37°, il reste seulement 20% de spz vivants
Composition liquide séminal
- acides aminés libres
- fructose, acide citrique, acide ascorbique
- protéines
- bases azotées
- prostaglandines
- carnitine (produite par l’épididyme)
- androgènes
- oligo-éléments
+ substances inhibitrices de la fécondation : ex. facteur de décapacitation
Morphologie du spermatozoïde
- 60 um de long
- cellule mobile très différenciée
- 3 parties : (observé en MO)
> tête (T)
> col (C)
> flagelle (F) - la structure fine ne s’observe qu’en ME
Tête du spermatozoïde
- ovale et aplatie
- 4 à 5um de long et 2à3umm de large
- acrosome + noyau
- à la limite entre les 2/3 antérieurs et le 1/3 postérieur
- l’anneau nucléaire correspond au bord postérieur de l’acrosome
Noyau du spermatozoide
- coiffé par l’acrosome
- occupe la majeure partie de la tête
- chromatine très condensée (6x plus que dans une cellule normale) et presque homogène (=sans nucléole)
- pôle postérieur présente une dépression orientée transversalement : fossette d’implantation
Acrosome du spermatozoïde
- aplati
- recouvre les 2/3 antérieurs du noyau
- vésicule au contenu homogène, délimitée par une membrane
- comprend 2 segments d’aspects et de signification physiologique différents :
> segment principal : en avant, coiffe le 1/3 antérieur du noyau, renferme de la hyaluronidase, membrane interne séparée de l’enveloppe nucléaire par l’espace subacrosomal> segment équatorial : en arrière, recouvre le 1/3 moyen du noyau, contient de l'acrosine
Cytoplasme du spermatozoïde
- très réduit
- lame qui entoure le tiers postérieur du noyau
- en arrière de l’acrosome
- forme la cape post-nucléaire/post-acrosomale
= zone de renforcement
Col du spermatozoïde
- petite région (1um par 1um = espace compris entre les deux centrioles)
- jonction entre la tête et le flagelle du spermatozoïde
- région complexe : appareil centriolaire + pièce connective en forme d’entonnoir
- comporte :
> plaque basale
> centriole proximal
> complexe filamenteux axial
> 9 colonnes segmentées
> 9 fibres denses
> mitochondries
=> dans l’ordre en partant du noyau ou de la fossette d’implantation
Plaque basale
- mince couche de matériel amorphe
- plaquée contre l’enveloppe nucléaire, au fond d’une dépression du noyau = fossette d’implantation
- reliée aux autres structures par le capitellum (=zone cytoplasmique densifiée)
Centriole proximal
- sous la fossette d’implantation
- angle de 80° avec le centriole distal qui s’est allongé pour formé l’axonème (=complexe filamenteux axial)
Complexe filamenteux axial
- formé par l’allongement du centriole distal
- débute à mi-hauteur des colonnes segmentées
- situé au centre des fibres denses
- structure d’un axe ciliaire : 9 doublets périphériques entourant un doublet central
9 colonnes segmentées
- pièce connective = entonnoir à base nucléaire
- elles se fixent au capitellum et entourent le centriole proximal
9 fibres denses
- constituées de protéines du cytosquelette
- doublent la face interne des colonnes segmentées
- se prolongent vers le reste du flagelle
Mitochondries
font partie du manchon mitochondrial
Flagelle du spermatozoïde
comprend :
- la pièce intermédiaire
- la pièce principale
- la pièce terminale
Pièce intermédiaire du flagelle
- 4 à 5um de long : pièce la plus large du flagelle
- délimitée, à sa partie distale, par un épaississement de la membrane : l’annulus
- on observe 3 parties en partant du centre :
> l’axonème/complexe filamenteux axial : 9 doublets de microtubules périphériques constitués d’un tubule A complet (13 unités de tubuline) et d’un tubule B incomplet (9 unités) + 1 doublet central> les 9 fibres denses > le manchon mitochondrial spiralé : il entoure les fibres denses et est constitué d'une succession de mitochondries disposées en une file unique spiralée d'environ 40 tours > la membrane plasmique
Pièce principale du flagelle
- structure identique sur toute sa longueur, avec à partir du centre :
> l’axonème qui continue celui de la pièce intermédiaire
> les 9 fibres denses qui tendent à s’affiner vers l’extrémité distale (plus de mouvements)
> la gaine fibreuse
> la membrane plasmique du flagelle
Gaine fibreuse
- protéines fibrillaires enroulées en spirale
- présente des épaississement diamétralement opposés : les colonnes longitudinales
- ces colonnes tendent à s’effacer lorsqu’elles se rapprochent de l’extrémité distale de la pièce principale, entrainant une diminution de l’épaisseur de la gaine fibreuse