Maturation épididymaire

a) Anatomie de l’épididyme

L’épididyme est une glande annexe du tractus génital mâle située sur la face postérieure du testicule (figure 20). C’est un canal qui relie les canaux efférents au canal déférent, et qui est fortement replié sur lui même. Il est de longueur variable chez les mammifères et peut atteindre plus d’un mètre chez la souris. Il est divisé en trois parties distinctes anatomiquement et morphologiquement : la région proximale ou tête, la région médiane ou corps et la région distale ou queue. De plus, l’ensemble de ce canal est régionalisé en segments séparés par des travées conjonctives appelées septa qui, chez la souris, subdivisent l’épididyme en 10 segments fonctionnellement distincts (Johnston et al., 2005) (figure 23).

La paroi du tube est constituée d’un épithélium pseudo-stratifié cylindrique composé de plusieurs types cellulaires et reposant sur une membrane basale. Cette membrane est entourée de fibres musculaires lisses qui permettent le transit des spermatozoïdes le long de l’épididyme grâce à des contractions péristaltiques régulières, contrôlées par des fibres nerveuses.

b) Histologie épididymaire

L’épithélium, pseudo-stratifié, est constitué de plusieurs types cellulaires, dont les cellules principales, apicales, basales et en halo (figure 24). La proportion de chacune d’elles varie en fonction des régions de l’organe (Soranzo et al., 1982).

Les cellules les plus représentées sont les cellules principales qui constituent de 65% à 80% de la population cellulaire (Trasler et al., 1988). Elles sont différentes en fonction de leur

localisation dans l’organe, puisque leur hauteur diminue le long du canal. Chez la souris, le segment 1 présente des cellules hautes avec sur la membrane apicale de nombreuses microvillosités qui se projettent dans la lumière (Abe et al., 1983). Dans la queue de l’épididyme, la hauteur de ces cellules diminuent fortement ainsi que le nombre de microvillosités. Les cellules principales sont très actives au niveau de la synthèse, du transport, de la sécrétion et de l’absorption de petites molécules mais également de protéines qui jouent un rôle important dans la maturation épididymaire des spermatozoïdes (Hermo et Robaire, 2002).

Les cellules basales sont beaucoup moins nombreuses 10 à 20% de la population totale. Elles reposent sur la membrane basale, et contrairement aux cellules principales, elles n’atteignent pas la lumière de l’épididyme. Leur fonction n’est pas très bien établie, elles auraient un rôle de détoxication et de résistance aux radicaux libres (Veri et al., 1994 ; Cooper, 1998).

Les cellules apicales sont nommées ainsi car leur noyau est localisé du côté apical de l’épithélium. Elles présentent de rares et de courtes microvillosités, un cytoplasme dense, des organites peu développés mais de nombreuses mitochondries. Elles seraient impliquées dans l’acidification du fluide épididymaire (Martinez-Garcia et al., 1995). Elles varient selon leur aspect et leur localisation et peuvent être aussi appelées les cellules étroites.

Les cellules en halo sont retrouvées dans tout l’épithélium et seraient un constituant de la barrière immunitaire, car il pourrait s’agir de lymphocytes ou de monocytes résidants (Serre et Robaire, 1999).

Les cellules claires sont présentent essentiellement dans le corps et la queue de l’épididyme (Soranzo et al., 1982). Elles seraient responsables de l’absorption de certains composés du fluide épididymaire (Olson et Hinton, 1985).

c) Fonctions

L’épididyme possède plusieurs fonctions. Il permet le transport des gamètes mâles des canaux efférents au canal déférent. Il contrôle également leur maturation qui permet le développement de la motilité et l’acquisition du pouvoir fécondant. L’épididyme joue aussi un rôle important pour la protection et la survie des spermatozoïdes qui sont des cellules fragiles

Régions épididymaires

Figure 25: Schéma de la sécrétion de protéines épididymaires de manière

régionnalisée chez l’étalon (d’après Fouchécourt et al., 2000).

pour lesquelles le maintien de l’intégrité et de la fonctionnalité tout le long de cet organe est essentiel. Dans ce cadre, deux phases sont critiques : leur transit qui dure environ 15 jours chez l’homme et 10 jours chez la souris, et leur stockage dans la queue de l’épididyme entre deux éjaculations.

(1) Transport des spermatozoïdes

L’épididyme permet le transport des spermatozoïdes, grâce à la pression hydrostatique provenant du fluide testiculaire. A côté de ce mécanisme, les contractions péristaltiques des muscles lisses présents à la périphérie des tubules épididymaires, et les mouvements des stéréocils situés à la surface des cellules principales participent à la progression de ces cellules.

(2) Maturation

La maturation des spermatozoïdes est réalisée grâce à leur interaction avec le fluide luminal dont la composition varie au cours du transit et est régulée par les phénomènes de sécrétion et d’absorption (Hinton et al., 1996). Chaque région de l’épididyme constitue un environnement unique résultant d’expressions et de sécrétions protéiques régionalisées et spécifiques (figure 25).

Au cours de cette maturation, les spermatozoïdes présentent des modifications morphologiques. Dans le noyau, la compaction de l’ADN spermatique est finalisée. Cette étape est réalisée grâce aux protamines mises en place dans le testicule, durant la spermatogenèse, et dont les interactions via des ponts disulfure entre leurs résidus thiols se font plus étroites lors du transit épididymaire (Braun, 2001). De plus, le cytoplasme résiduel appelé gouttelette cytoplasmique présente à la surface des spermatozoïdes se détache et est réabsorbé au niveau de la queue de l’épididyme (Cooper and Yeung, 2003).

Les spermatozoïdes subissent également des modifications fonctionnelles lors de leur transit dans l’épididyme. Ils acquièrent une motilité rectiligne qui est observée dans la région distale de l’organe alors qu’elle n’existait pas dans la partie proximale (Hinton et al., 1979).

De manière plus fine, toutes ces modifications des spermatozoïdes sont le résultat d’une réorganisation membranaire avec des remaniements de la composition lipidique et protéique.

(a) Composition lipidique

Chez l’homme durant le transit épididymaire le ratio cholestérol/phospholipides augmente dans la membrane plasmique des spermatozoïdes. Ce phénomène est lié à la perte d’une grande quantité de phospholipides (Jones et al., 1998). Ils peuvent être éliminés par des phospholipases C ou A2 qui sont endogènes ou proviennent du fluide. Le profil de distribution des différentes classes de phospholipides est également modifié avec une diminution des phosphatidyléthanolamines, des phosphatidylsérines et des sphingomyélines et une augmentation des phosphatidylcholines (Haidl et Opper, 1997). Ces modifications augmentent la fluidité de la membrane mais diminuent sa stabilité. Néanmoins, elles sont nécessaires aux étapes suivantes telles que la capacitation, la réaction acrosomique et la fusion du spermatozoïde avec l’ovocyte (Hall et al., 1991). L’efflux de cholestérol augmente également la fluidité et la perméabilité membranaire permettant l’influx d’ions calciques et l’activation de signaux de transduction préparant à la capacitation (Visconti et al., 1999).

De plus, la saturation des acides gras (AG) membranaires diminue (Aveldano et al., 1992), la proportion des acides gras polyinsaturés (AGPI) est donc augmentée lors de la maturation épididymaire des spermatozoïdes. L’acide docosahexaénoïque (C22 :6 n-3), un AGPI très représenté sur la membrane plasmique des gamètes mâles, est par exemple, chez le bélier multiplié par deux de la tête à la queue de l’épididyme (Parks et Hammerstedt, 1985).

Les mécanismes impliqués dans le remodelage de la composition lipidique sont peu connus mais les EOR pourraient jouer un rôle majeur notamment par la peroxydation des AGPI qui en sont les cibles privilégiées. Si ces attaques radicalaires sont trop importantes, elles provoquent la rigidification, voire même la rupture de la membrane plasmique des spermatozoïdes (Aitken et al., 2006).

(b) Composition protéique

Lors du transit épididymaire la membrane plasmique du spermatozoïde subit un remaniement important de sa composition protéique. Ces remaniements sont réalisés grâce à l’interaction des spermatozoïdes avec le fluide épididymaire. Il existe des modifications de protéines dites testiculaires déjà existantes principalement par variations du degré de glycosylation (Tulsiani, 2003), de phosphorylation (Devi et al., 1997), d’oxydation (Shalgi et

al., 1989), d’hydrolyse (Rutllant et Meyers, 2001) . Des protéines présentes à la surface des

spermatozoïdes peuvent également être éliminées.

Par exemple certaines protéines testiculaires préexistantes peuvent être clivées. Ce mécanisme est utilisé pour diviser les précurseurs de la hyaluronidase, par exemple, PH-20 ou PH-30 en plusieurs épitopes (Primakoff et al., 1988). Ce sont des protéines impliquées dans la réaction acrosomique qui, après clivage, vont être relocalisées à la surface du spermatozoïde.

Des protéines ou glycoprotéines peuvent également être incorporées aux gamètes mâles, elles sont synthétisées par l’épithélium épididymaire et sécrétées dans le fluide luminal. C’est le cas de AEG-1 (acidic epididymal glycoprotein 1) ou encore de CRISP-1 (cysteine- rich secretory protein 1) qui sont des glycoprotéines acquises par le spermatozoïde lors de la maturation épididymaire (Rochwerger et Cuasnicu, 1992).

(3) Protection des spermatozoïdes

Durant le transit épididymaire, les spermatozoïdes sont des cellules fragiles, exposée à différents types d’agressions. Les plus connues et les plus étudiées sont celles provoquées par les attaques radicalaires. Les systèmes mis en jeu pour leur protection vis à vis du stress oxydant seront détaillés par la suite.

L’épididyme possède également des molécules qui interviennent dans la réponse immunitaire non spécifique, et qui présentent des activités anti-bactériennes, anti-virales et anti-inflammatoires. En effet, de nombreuses protéines sécrétées par l’épithélium épididymaire ont des actions anti-bactériennes comme par exemple HE2/EP2 ou hCAp-18 (Dacheux et al., 2003), ces protéines peuvent également intervenir dans la liaison à la zone pellucide (Doussau et al., 2008).

La physiologie même de l’organe permet également la protection des spermatozoïdes. La queue de l’épididyme est le lieu de stockage des gamètes mâles entre chaque éjaculation chez la plupart des espèces. Pendant ce stockage, les spermatozoïdes sont soumis à différentes agressions. Cette région possède une température et une pression partielle en oxygène inférieures à celles présentes dans la tête de l’épididyme. Ces caractéristiques permettent ainsi de préserver les spermatozoïdes d’une réaction acrosomique précoce (Cooper, 1998).

Cavité utérine Ovaire Trompe de Fallope Prostate Vésicule séminale Canal déférent Utérus Col de l’utérus Epididyme _Tube Rete testis Canaux efférents déférent

Figure 27: Voies génitales de la

Figure

26:

Anatomie

de

l’appareil

Cervix Vagin Tube

séminifère Albuginée

Figure 27: Voies génitales de la

femme.

reproducteur de l’homme indiquant la

localisation des différentes glandes.

Figure 28: Description des différentes étapes conduisant à l’entrée du spermatozoïde

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dans l’ovocyte (gauche). Changement de la morphologie de la tête du spermatozoïde

durant la réaction acrosomique (droite): membrane et acrosome intacts (A),

exocytose (B), perte progressive de la membrane externe de l’acrosome (C), fin de

la réaction (D) (d’après Yanagimachi et al., 1981).

Comme nous venons de le voir, l’épididyme est un organe essentiel pour l’acquisition de la fonction reproductive des spermatozoïdes. En effet, il permet le transport des gamètes mâles jusqu’au canal déférent, il assure les processus de maturation et les protège en maintenant leur intégrité et leur fonctionnalité. Pour certaines espèces, cette maturation épididymaire ne suffit pas à activer la motilité rectiligne des spermatozoïdes et permettre leur transfert dans les voies génitales femelles. Elle est donc suivie par la mise en contact avec les sécrétions des glandes annexes. Parmi ces glandes annexes les plus importantes chez l’homme sont les vésicules séminales et la prostate. Les sécrétions issues de ces différentes glandes sont à l’origine du plasma séminal (figure 26).