7. Chapitre 7 : La fécondation et le développement embryonnaire chez la souris
7.4. Activation ovocytaire
La plupart des chercheurs considèrent l’activation ovocytaire comme le moment du démarrage du cycle cellulaire de l’ovocyte. L’activation ovocytaire comprend tous les événements compris entre les premiers événements cellulaires de la sortie de métaphase et la formation des pro-noyaux (expulsion des granules corticaux, séparation des chromatides métaphasiques, décondensation des chromosomes, remodelage de la chromatine et formation des pro-noyaux). L’activation ovocytaire est nécessaire pour déclencher le développement embryonnaire. Les ovocytes de mammifères après ovulation se trouvent dans la deuxième métaphase de la méiose (MII). Sans activation, l’ovocyte reste bloqué à ce stade et après un certain temps et selon l’espèce, il meurt. Pour cette cellule très spécifique, la seule possibilité
d’exprimer sa totipotence et de survivre est l’activation, par un spermatozoïde par exemple, qui le transforme en un embryon capable de se développer.
7.4.1. Le calcium, inducteur ou organisateur des événements de
l’activation
La fécondation initie une oscillation soutenue de [Ca2+]i qui déclenche une séquence d’événements cellulaires dans l’ovocyte, qui se déroulent selon un ordre précis (Saunders et al., 2002). En effet, après la fécondation des glycoprotéines (ZP2 et ZP3, composant la zone pellucide) sont modifiées. En conséquence, le spermatozoïde ne peut plus ni se fixer, ni subir la réaction acrosomique (Bleil and Wassarman, 1980; Bleil and Wassarman, 1983). L’augmentation intense du [Ca2+]i induit également la reprise de la méiose par le remaniement complet de l’activité du système phosphorylase-kinase d’ovocyte. Une élévation importante du niveau de Ca2+ intracytoplasmique déclenche les cascades d’activation ou d’inactivation des éléments du système phosphorylase - kinase dans le but d’achever la méiose et de commencer le premier cycle cellulaire. Il est actuellement admis que l’oscillation calcique lors de la fécondation est induite par la phospholipase C du spermatozoïde (PLCζ) qui favorise l'hydrolyse du biphosphate de phosphatidylinositol (PIP2) et la production d'IP3. L’augmentation de la concentration cytoplasmique d’IP3 provoque le changement conformationnel de l’IP3R et l’activation du CICR (Calcium Induced Calcium Release ), libération de Ca2+ induite par le Ca2+ (Berridge and Irvine, 1984; Berridge and Irvine, 1989; Parrington et al., 1999; Rice et al., 2000; Saunders et al., 2002). D'autre part, la signalisation Ca2+à la fécondation de l'oeuf d'oursin peut également impliquer le CICR par les récepteurs ryanodine. . La liaison d’IP3 et du Ca2+ aux récepteurs situés sur la membrane du réticulum endoplasmique (RE) induit la déplétion de Ca2+ (Fig 32).
Le signal généré par cette diminution de concentration de Ca2+ dans le RE provoque une interaction encore mal connue entre la membrane plasmique et le RE (à travers les récepteurs SOC, les canaux dirigés par les réserves de Ca2+) qui est responsable du réapprovisionnement du stock de Ca2+ du RE (Bird et al., 1993; Putney et al., 2001). Finalement, nous pouvons tirer la conclusion suivante, dans la libération du Ca2+ deux processus principaux sont impliqués : la sensibilisation des canaux calciques (surtout l’IP3R) et la concentration du Ca2+
dans le cytosol et les réservoirs. L’altération de l’un ou de l’autre peut modifier la régulation de [Ca2+]i.
7.4.2. Amphimixie et déclenchement du développement embryonnaire
Il s'agit de la fusion des deux pronuclei. En réalité, les deux pronuclei ne se fusionnent pas à proprement parler, comme on pourrait l'imaginer, mais le matériel génétique se rassemble sur la plaque équatoriale au moment de l'anaphase de la première division cellulaire du zygote (Fig 32).
Figure 32 : Après la fusion de la membrane du spermatozoïde avec celle de l’ovocyte, le zygote est activé. La PLCζ va hydrolyser les lipides PIP2 présents dans la membrane plasmique de l’ovocyte et produire de l’IP3 responsable de la mobilisation du calcium contenu dans les stocks calciques intracellulaire. Sur la photo en bas à gauche on voit en rouge le marquage de la PLC zêta 1 sur la région équatoriale du spermatozoïde humain. (D’apres http://www.ansci.wisc.edu adaptée)
Conclusion :
Le mécanisme de la fécondation a été bien décrit, cependant la nouvelle théorie de la fécondation qui dit « qu’un spermatozoïde réagit peut féconder un ovocyte pour donner des embryons viables, et que le mécanisme de la fécondation ne passe pas seulement par la fixation du spermatozoïde sur la zone pellucide, mais d’une interaction gamétique spécifique et compliqué » a pris la place de l’ancienne théorie (théorie classique) qui dit que la fécondation passe la fixation du spermatozoïde sur la zone pellucide. Vous trouverez ci-dessous deux figures sur les différents mécanismes physiologiques (Fig. 33 et 34) pour aboutir à la fin à un embryon. Ces 2 schémas seront utiles à la compréhension des résultats présentés.
Figure 33 : Schéma qui nous rappelle des différentes étapes de changement physiologique (capacitation, réaction acrosomique et l’interaction gamétiques) qui permettent d’avoir un spermatozoïde mature capable de féconder un ovocyte pour donner un embryon.
Figure 34 : Schéma qui résume les grandes étapes de la fécondation : 1: cellule folliculaire de la corona
radiata, 2: Spermatozoïde, 3:1er globule polaire,4:espace péri-ovocytaire, 5:matériel nucléaire bloqué en métaphase II, 6:zone pellucide, 7:granule cortical, 8:pronucléus femelle, 9:2ème globule polaire 10:pronucléus mâle, 11:noyau diploïde, 12:blastomère (cellule embryonnaire) A: L'ovocyte II bloqué en métaphase II .B et C: Après une réaction, un ou plusieurs spermatozoïdes peuvent franchir la zone pellucide. Un seul spermatozoïde se fixe sur les récepteurs spécifiques localisés à la surface de la zone pellucide. Les membranes de deux gamètes fusionnent et le noyau du spermatozoïde est injecté dans le cytoplasme de l'ovocyte II. D: Les deux pronucléus mâle et femelle se rapprochent l'un de l'autre et finissent par fusionner E et F: Le zygote subit sa première mitose pour donner un embryon formé de deux blastomères (stade 2 cellules)