1.5.1. La structure de l’épididyme
Une fois les spermatozoïdes sortis du testicule, leur structure essentielle est formée avec la mise en place de l’acrosome, de la membrane plasmique, du flagelle, réduction (haploïde) et condensation de l’ADN.
À la sortie du testicule, le spermatozoïde n’est pas apte à féconder ni même à se rendre jusqu’au site de fécondation puisqu’il ne possède pas la capacité de se mouvoir. Une maturation dans l’épididyme est nécessaire pour obtenir son pouvoir fécondant (Bedford, 2008). L’épididyme est composé de trois parties qui se ressemblent chez le rat et chez l’homme. La tête (caput), qui est attachée au testicule par le canal efférent, suivie du corps
(corpus) servent à la maturation du spermatozoïde alors que la queue (cauda) est le réservoir des spermatozoïdes matures en attendant l’éjaculation (Cornwall et Horsten, 2007). Dans la queue de l’épididyme, les spermatozoïdes sont inactifs et peuvent être stockés pendant des jours chez l’homme et des semaines chez le rat avant l’éjaculation (Creasy et Chapin, 2013).
L’épididyme est composé d’un long tube replié sur lui même en villosité. L’épithélium est différent dans chaque partie de l’épididyme. L’épithélium est composé majoritairement de cellules principales (sécrétrices et absorptives), myoïdes, claires (rôle dans l’acidification du fluide luminal), apicales, basales et des cellules en halo (rôles de protection et fonctions immunitaires) (Robaire et al., 2006). Ces cellules communes aux épithéliums de la tête et du corps contiennent des pinocytoses à vésicules recouvertes, des endosomes, des lysosomes et un appareil de Golgi très développé (Robaire et al., 2006). Dans la partie basale de l’épithélium de la tête, on trouve un réticulum endoplasmique très développé dans les cellules principales, alors que de nombreuses gouttelettes lipidiques remplissent celles de l’épithélium du corps (Robaire et al., 2006). La partie de la queue est composée des mêmes types de cellules que le reste de l’épididyme, mais avec une prédominance de cellules claires qui absorbent le fluide épididymaire pour concentrer les spermatozoïdes (Creasy et Chapin, 2013; Robaire et al., 2006). Dans l’épididyme, comme dans le testicule, on trouve une barrière hématoépididymaire qui protège les spermatozoïdes des cellules immunitaires du sang, composés par les jonctions serrées des cellules épithéliales en contact avec la lumière de l’épithélium (Cyr et al., 1995).
1.5.2. Les fonctions de l’épididyme
Les quatre principales fonctions de l’épididyme sont : le transport, permettre la motilité du spermatozoïde, l’acquisition du pouvoir fécondant et conduire les spermatozoïdes (Robaire et al., 2006). Le spermatozoïde entre dans l’épididyme par pression hydraulique du fluide luminal et épididymaire et par les cils des cellules des canaux efférents (Robaire et al., 2006). Une fois entré, le fluide testiculaire (luminal) est réabsorbé à la hauteur du canal efférent (Robaire et al., 2006). Le transport des spermatozoïdes dans l’épididyme est facilité par des contractions rythmées des muscles lisses entourant l’épididyme (Robaire et
al., 2006). En se basant sur la quantité de spermatozoïdes produite par jour dans le testicule et par la quantité présente dans la queue de l’épididyme, chez le rat, un spermatozoïde met un peu plus de 11 jours à traverser l’épididyme (Sommer, 1996) alors que chez l’homme, c’est plus rapide, moins de 4 jours (Amann et Howards, 1980).
Chez le rat et l’homme, il y a un gradient de fertilité du spermatozoïde dans l’épididyme, par exemple, un spermatozoïde de la tête de l’épididyme ne peut pas féconder un ovocyte in vivo alors que 60% des spermatozoïdes présents dans la queue en seront capables (Robaire et al., 2006). La maturation dans l’épididyme du spermatozoïde est essentielle pour féconder un ovocyte. Cette maturation consiste à modifier les protéines déjà présentes sur la tête du spermatozoïde (mise en place au cours de la spermatogenèse) (Gatti et al., 2004), mais aussi à en acquérir des nouvelles grâce aux épididymosomes, vésicules sécrétées par les cellules principales renfermant des protéines (Eickhoff et al., 2001). Quand le spermatozoïde arrive dans la queue de l’épididyme, l’ensemble des protéines composant sa tête permet la fécondation de l’ovocyte (Gatti et al., 2004; Sullivan et al., 2007). La motilité du spermatozoïde, qui l’aide à se rendre et à pénétrer l’ovocyte dans le tractus femelle, est acquise dans l’épididyme (Gatti et al., 2004). La motilité provient de la maturation de la machinerie du flagelle par une augmentation du niveau d’adénosine monophosphate cyclique intracellulaire et par une phosphorylation des protéines de l’axonème et des fibres denses (Gatti et al., 2004). C’est difficilement observable dans l’épididyme, car les spermatozoïdes sont maintenus immobiles par une production de protéines spécifiques comme l’immobiline chez le rat pour les empêcher de consommer leur énergie avant d’être éjaculés (Gatti et al., 2004).
1.5.3. Les hormones qui contrôlent les fonctions épididymaires
L’épididyme est un organe dépendant des androgènes dû à la présence de fortes quantités d’AR sur cet organe chez le rat et l’homme (Robaire et al., 2006). Une suppression de la production de testostérone par castration ou une suppression de l’action de la testostérone par une invalidation du gène codant pour les AR chez la souris provoque une diminution de la taille de l’épididyme, une immobilité et une incapacité des spermatozoïdes à féconder un
ovocyte ainsi qu’une rétention du liquide testiculaire dans les canaux efférents et du liquide épididymaire dans la queue de l’épididyme (Creasy et Chapin, 2013; Robaire et Hamzeh, 2011; Robaire et al., 2006). Les récepteurs aux œstrogènes, ER et ER, se trouvent aussi sur les canaux efférents et sur l’épididyme chez le rat et chez l’homme (Hess, 2003; Joseph et al., 2011; Robaire et al., 2006; Solakidi, 2005). La souris mâle KO au récepteur ER est infertile (Lubahn et al., 1993). La cause de cette infertilité est due à une atrophie des tubes séminifères et une rétention anormale de fluide dans les canaux efférents et l’épididyme (Hess, 2000; Hess, 2003). Ces fonctions sont sous témoin de l’œstrogène (Hess, 2000; Hess, 2003; Robaire et al., 2006). En contraste avec la souris mâle KO au récepteur ER, la souris KO aux récepteurs ER est fertile et montre des testicules et des épididymes normaux (Krege et al., 1998). Sur un même tissu, les deux types de récepteurs, ER et ER ne semblent donc pas avoir les mêmes effets (Krege et al., 1998). Quand ils sont exprimés ensemble, ces deux récepteurs pourraient être des redondances physiologiques. Une diminution ou un surplus de l’action des androgènes ou de l’œstrogène touchant l’épididyme, pourraient être la cause de baisse de qualité spermatique, mais aussi d’infertilité masculine (Carreau et al., 2007b; Robaire et al., 2006).
1.5.4 Le plasma séminal
Ce sont les sécrétions des glandes annexes : la prostate, les vésicules séminales et les glandes bulbouréthrales ou glandes de Cowper, qui participent à la formation du plasma séminal chez les mammifères (Creasy et Chapin, 2012). Les vésicules séminales produisent environ 70% et la prostate 15-30% du plasma séminal (Creasy et Chapin, 2013). Les glandes les plus productives sont donc les vésicules séminales et la prostate chez le rat et l’homme. Ce sont elles aussi qui sont les plus étudiées en toxicologie de la reproduction due à leur dépendance aux androgènes (Creasy et Chapin, 2013). On trouve une glande coagulante (prostate antérieure), et des glandes de Cowper chez le rat, qui ajoute un agent coagulant, la lactoferrine, permettant au liquide séminal de durcir pour former un bouchon vaginal après éjaculation (Creasy et Chapin, 2013). Le bouchon vaginal empêche les accouplements multiples de la femelle avec d’autres mâles. C’est un trait évolutif présent chez les rongeurs grâce à la sélection sexuelle qui permet, comme le gardiennage
précopulatoire (les mâles gardent les femelles plusieurs jours avant la reproduction) chez le taureau ou l’étalon, de limiter la compétition spermatique avec un autre mâle (Ramm et al, 2010).
Contrairement à la souris, chez le rat, le bouchon coagule faiblement et tombe rapidement ou ne se forme pas (Tyl, 2002). Chez l’homme, les séménogélines I et II présentent dans le liquide séminal, interagissent entre elles pour former une coagulation de l’éjaculat qui se liquéfie après plusieurs minutes par l’action des protéases prostatiques (PSA) (Risbridger et Taylor, 2006).
Les vésicules séminales sécrètent le substrat énergétique du spermatozoïde soit l’acide citrique et le fructose. Elles sécrètent aussi des protéines de natures différentes, appelées facteurs de décapacitation : enzymes et leurs inhibiteurs, protéines structurales comme les Binder of sperm homolog proteins (BSP) connues aussi comme Bovine seminal plasma proteins (Manjunath et al., 2008) ou comme les spermadhésines (Juyena et Stelletta, 2012). Les BSP aident à la capacitation des spermatozoïdes en attirant le cholestérol membranaire à l’extérieur du spermatozoïde ce qui induit une augmentation de calcium intracellulaire et de la phosphorylation sur résidu de tyrosine (Lusignan et al., 2007). Les spermadhésines, présentes chez les deux espèces, sont associées avec la surface membranaire des spermatozoïdes et maintiennent le spermatozoïde vivant en le protégeant contre le système immunitaire du tractus femelle, la peroxydation des lipides et en régulant la consommation d’énergie par les mitochondries (Juyena et Stelletta, 2012). Les spermadhésines semblent avoir les mêmes effets sur le spermatozoïde que les BSP pour la capacitation (Caballero et al., 2012).
La prostate comporte 3 lobes qui entourent la base de la vessie. Le liquide prostatique composant le liquide séminal, contient en forte quantité du zinc libre ou lié à une protéine, mais aussi de l’acide citrique, du potassium, de la phosphorylcholine, du fructose et de la spermine qui stabilise l’ADN (Risbridger et Taylor, 2006). Comme l’épididyme, la prostate fournit aussi des vésicules de 150 à 200 nm de diamètre, les prostasomes. Les prostasomes fusionnent avec les spermatozoïdes pour transférer des lipides membranaires et des enzymes comme les aminopeptidases qui aident à l’activation des protéines de fertilité
(Rodriguez-Martinez et al., 2011). Ils contiennent aussi de fortes quantités d’enzymes pour stabiliser les membranes des spermatozoïdes, du calcium, du zinc pour stabiliser l’ADN spermatique et du magnésium (Rodriguez-Martinez et al., 2011). Les prostasomes apportent aussi des protéines, en majorité des heparin-binding protein (HBP). Les HBP 1 et 2 aident à effectuer la capacitation des spermatozoïdes alors que la 3 intervient dans la fertilité (Rodriguez-Martinez et al., 2011).
Chez le rat, une variation du poids des vésicules séminales et de la prostate est un indicateur classique pour apprécier le niveau d’androgènes, car ce paramètre est moins variable entre les individus que la mesure de la testostérone et de la DHT (Creasy et Chapin, 2013). Un changement de fonction provenant de perturbations hormonales peut modifier la composition du plasma séminal et altérer la capacité des spermatozoïdes à féconder un ovocyte (Creasy, 2001; Creasy et Chapin, 2013; Juyena et Stelletta, 2012).