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Gynécologie
Fécondation humaine
Cours de Gynécologie Obstétrique
 
 
 

Introduction :

La fécondation ou constitution du zygote est la première étape de la vie de tout individu.

Chez l’homme, elle est longtemps restée mystérieuse et les premières données ont été obtenues essentiellement chez les mammifères non humains, grâce à des collections effectuées à différents temps de développement après l’ovulation.

Les études biochimiques, moléculaires et génétiques ont complété les données morphologiques et ont permis de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu.

La fécondation in vitro (FIV) a permis d’avoir accès à ces étapes chez l’homme et a beaucoup contribué à l’approfondissement de nos connaissances dans ce domaine.

Fécondation naturelle :

Les étapes clés sont les suivantes.

A - CAPACITATION DES SPERMATOZOÏDES :

La capacitation des spermatozoïdes est un préalable indispensable à la fécondation et en particulier à la réaction acrosomique.

En effet, au cours de leur transit dans les voies génitales masculines, et plus particulièrement dans l’épididyme, les spermatozoïdes ont adsorbé des composants de nature glycoprotéique qui les ont rendus momentanément inaptes à la fécondation, par stabilisation de la membrane et blocage des récepteurs de surface.

Les spermatozoïdes sont alors « décapacités ».

Le retrait de ces facteurs constitue la première étape de la capacitation.

Elle s’opère normalement au contact des sécrétions des voies génitales féminines au cours du transport des spermatozoïdes et consiste en une diminution de la rigidité de la membrane plasmique, une sortie de cholestérol, une hyperpolarisation membranaire et une redistribution du contenu ionique et métabolique intracytoplasmique.

Les spermatozoïdes ainsi capacités sont dès lors sensibles aux enveloppes ovocytaires et deviennent capables d’effectuer leur réaction acrosomique.

In vitro, la capacitation se produit avec de nombreux spermatozoïdes et en présence d’héparine et de sérum albumine.

B - RECONNAISSANCE-FIXATION DU SPERMATOZOÏDE À LA ZONE PELLUCIDE :

La fixation du spermatozoïde à la zone pellucide fait appel à deux systèmes de reconnaissance entre cellules correspondant à deux liaisons successives.

Dans un premier temps, les spermatozoïdes capacités se lient à une glycoprotéine de la zone pellucide, la ZP3, par une galactosyl transférase localisée sur la membrane plasmique périacrosomique.

Cette liaison, homospécifique, entraîne une augmentation du diacylglycérol dans le cytosol du spermatozoïde, une augmentation des ions calcium intracellulaires, une fusion de la membrane plasmique et de la membrane acrosomique externe, et initie la libération du contenu de l’acrosome.

Dans cette première interaction, c’est le spermatozoïde qui porte les récepteurs puisqu’il subit une activation. La réaction acrosomique permet la libération des enzymes protéolytiques qui vont disperser la trame protéique.

Pour poursuivre sa progression, une deuxième liaison est nécessaire, mettant en jeu une autre glycoprotéine de la zone pellucide, la ZP2, et plusieurs protéines à différents niveaux du spermatozoïde :

– la proacrosine, contenue dans l’acrosome, est impliquée dans une liaison de type électrostatique avec les groupements sulfatés portés par la ZP2 ; ce système permettrait au spermatozoïde de s’attacher à la trame de la zone pellucide, puis de la digérer ;

– la protéine PH-20 a un double rôle dans l’interaction gamétique ; la partie N-terminale de cette protéine a une activité hyaluronidase qui permet au spermatozoïde de dissocier les cellules du cumulus et donc de traverser cette couche ; après réaction acrosomique, cette protéine se scinde et migre vers la membrane acrosomique interne où sa deuxième fonction interviendrait dans la liaison des spermatozoïdes acrosomes-réagis à la ZP2 ;

– d’autres protéines du spermatozoïde, telles que la SP-10 et la SOB3, joueraient également un rôle, encore mal défini, dans cette liaison secondaire.

C - RÉACTION ACROSOMIQUE :

1- Acrosome :

L’acrosome est un sac aplati qui recouvre largement la moitié antérieure de la tête du spermatozoïde.

L’étude de sa morphologie peut être appréciée en microscopie photonique après coloration de frottis de spermatozoïdes et figure parmi les caractères qualitatifs discriminants de la fertilité masculine.

En microscopie électronique, il est constitué d’une membrane externe, en rapport avec la membrane plasmique, et d’une membrane interne qui fait face à la membrane nucléaire.

Entre ces deux membranes, la matrice acrosomique est riche en enzymes hydrolytiques et protéolytiques, dont le processus d’exocytose représente la réaction acrosomique.

Il a clairement été démontré que la morphologie de l’acrosome est fortement impliquée dans le pouvoir fécondant des spermatozoïdes et que la plupart des acrosomes anormaux sont inaptes à accomplir la réaction acrosomique.

Du point de vue morphologique, la microscopie électronique a permis de préciser les étapes successives de la réaction acrosomique.

Elle est d’abord caractérisée par un gonflement diffus de la matrice acrosomique, auquel succède la fusion ponctuelle de la membrane acrosomique externe et de la membrane plasmique en plusieurs points.

Ceci donne lieu à la formation de vésicules dont le contenu se disperse, aboutissant à la libération des enzymes, principalement acrosine et hyaluronidase.

In vivo, la réaction acrosomique est induite au contact de la zone pellucide, après reconnaissance et liaison avec la ZP3 qui agit en tant que ligand pour des récepteurs de la membrane plasmique d’un ou plusieurs spermatozoïdes.

Si la zone pellucide est l’inducteur principal de la réaction acrosomique, d’autres substances sont susceptibles d’interagir, telle que la progestérone sécrétée par les cellules du cumulus.

Il s’ensuit une cascade de signaux intracellulaires, la libération des enzymes et l’extériorisation de la membrane acrosomique interne qui permet la reconnaissance de la membrane ovocytaire.

Secondairement, la plaque équatoriale et la cape postacrosomique se modifient, rendant possible la fusion des deux gamètes. Après la réaction acrosomique, la fixation à la ZP3 est suivie par la fixation à la ZP2.

2- Tests de la fonction acrosomique :

La réaction acrosomique étant naturellement un événement incontournable pour une éventuelle fécondation, son évaluation a fait l’objet de nombreux travaux dans le but de prédire l’aptitude fécondante des spermatozoïdes et d’orienter le choix d’une assistance médicale à la procréation (AMP) vers la technique la plus appropriée.

Les colorations habituelles de spermatozoïdes telles que celles en usage pour l’étude du spermocytogramme en microscopie photonique ne permettent pas de déterminer si les acrosomes sont réagis ou intacts.

Si la microscopie électronique est la méthode de référence qui a permis de décrire avec précision les différentes étapes morphologiques de la réaction acrosomique, elle ne peut être utilisée en routine.

C’est une méthode lourde et onéreuse et elle ne permet pas de quantifier aisément le taux de réaction acrosomique d’une population de spermatozoïdes.

À l’inverse, les techniques d’immunofluorescence avec des lectines ou des anticorps monoclonaux présentent l’avantage de pouvoir analyser rapidement le statut acrosomique d’un grand nombre de spermatozoïdes et d’évaluer ainsi précisément le pourcentage de spermatozoïdes acrosomes-réagis.

Toutefois, la grande diversité des sondes utilisées et des cibles contre lesquelles elles sont dirigées a amené une certaine confusion.

Les conditions de réalisation de ces tests ont été standardisées afin d’harmoniser les procédures techniques et de permettre une analyse fiable des résultats.

Les consignes suivantes ont été préconisées :

– débarrasser les spermatozoïdes du plasma séminal par sélection sur un gradient et les déposer dans un milieu capacitant, supplémenté avec de la sérum-albumine humaine (<= 35 mg/mL) ;

– préincuber la suspension de spermatozoïdes à 37 °C dans une atmosphère à 5 % de gaz carbonique dans l’air pendant 3 heures, ce qui n’est pas indispensable mais prédispose les spermatozoïdes à l’action de l’ionophore et permet une meilleure reproductibilité ; compte tenu de l’hétérogénéité des liquides folliculaires, l’usage de l’ionophore A 23187 est préconisé en tant qu’inducteur de la réaction acrosomique à la concentration finale de 10 µM pendant 30 minutes (préparé extemporanément à partir d’une solution stock à 2 mM dans du dimétylsulfoxyde) ;

– concernant les sondes utilisées, il est nécessaire de connaître précisément la structure qu’elles reconnaissent ; la réaction acrosomique peut en effet s’exprimer par un gain de fluorescence si la cible est la membrane acrosomique interne ou, à l’inverse, une perte de fluorescence si la sonde est dirigée contre la membrane acrosomique externe ou la matrice ;

– l’appréciation de la vitalité est indispensable afin de distinguer une perte de fluorescence générée par la réaction acrosomique ou par la mort cellulaire ;

– enfin, il est nécessaire de tester un sperme témoin connu simultanément afin de parer à tout artefact technique pouvant altérer l’interprétation du résultat ; deux frottis sont réalisés par échantillon, permettant d’observer 100 spermatozoïdes par lame dans des régions différentes.

Les résultats sont le plus souvent exprimés en taux de réaction acrosomique induite.

On distingue deux types de pathologie de la réaction acrosomique : les réactions acrosomiques « prématurées » du fait de taux élevés de réactions acrosomiques spontanées (> 20 %) et les réactions acrosomiques « déficientes » liées à un taux de réaction induite insuffisant.

Il a clairement été démontré qu’un taux de réaction acrosomique induite nul ou faible (< 5 %) semble volontiers associé à une paucifécondation en FIV, voire à un échec de fécondation.

À l’opposé, un taux supérieur ou égal à 20 % semble de bon pronostic pour la FIV.

Entre ces deux situations, la valeur pronostique de ces tests reste sujette à caution, d’autant plus que la comparaison stricte des résultats d’études conduites dans des conditions expérimentales très différentes est difficile.

Il est évident que l’utilisation de zone pellucide comme inducteur de la réaction acrosomique est très satisfaisante.

Toutefois, il s’agit d’un matériel peu disponible et la pratique de tests de fixation à la zone pellucide demeure peu courante, qu’il s’agisse de binding-test sur zones pellucides entières ou d’hemizona assay.

La mise au point prochaine de ZP3 recombinante serait alors d’un intérêt fondamental pour l’exploration de l’aptitude fécondante des spermatozoïdes d’hommes infertiles.

3- Rôle des enzymes acrosomiques :

De nombreuses enzymes sont contenues dans l’acrosome et participent au franchissement par le spermatozoïde des cellules périovocytaires et de la zone pellucide.

La hyaluronidase, la N-acétyl-glucosaminidase et l’acrosine sont les trois protéines les mieux connues.

D - FUSION DES MEMBRANES PLASMIQUES :

La fusion débute toujours par le segment équatorial postacrosomique qui persiste après la réaction acrosomique.

La membrane plasmique du spermatozoïde est intégrée à celle de l’ovocyte au cours de la fusion.