La réaction acrosomique

La réaction acrosomique ( description) La RA du spz fécondant a lieu au contact de la ZP. Elle est de courte durée Déclenchée par la stimulation d ’un récepteur spermatique (différent de la GalT) au contact des motifs peptidiques de ZP3

Exocytose de l ’acrosome après fusion ponctuelle des membranes plasmique (externe) MPE et acrosomique externe MAE Après la réaction acrosomique, la MAI devient la membrane de la partie antérieure de la tête. Le segment équatorial demeure inchangé.

Spermatozoïde humain intact ( ME de balayage)

Spermatozoïde humain réagi

La réaction acrosomique: le récepteur et les inducteurs Le récepteur spermatique (souris et humain) est une protéine Mb de 95 kD (sp 95) Son activation met en jeu une protéine G avec formation de diacylglycérol et d ’inositol triphosphate (InsP3 ) libération de Ca intracellulaire , déstabilisation Mb et dislocation du réseau d ’actine entre MPE et MAE Tyrosine kinase activée par Ca2+ entrée massive de Ca extracell. qui active P.lipase A2 formation de lysophosphatidylcholine qui déclenche la fusion Les inducteurs de la RA La ZP est l ’inducteur physiologique (motif peptidique de ZP3) La progestérone est inductrice in vitro…mais rôle in vivo ? Tout ce qui élève le Ca2+ libre dans le spz capacité déclenche la RA à condition qu ’il y ait du Ca2+ dans le milieu extracellulaire.

Après la RA, il persiste un capuchon percé de trous qui se détache et glisse le long de la pièce intermédiaire, contribuant à coller le spz contre la ZP. De même, la rétraction des cellules de la corona favorise le maintien du spz au contact de la ZP Il se produit in vivo comme in vitro des RA spontanées ( 4% des spz environ) sans intervention de la ZP et qui traduisent l ’instabilité de la Mb plasmique du spz capacité Le spz qui a fait sa RA n ’a plus qu ’une durée de vie très brève d ’où l ’importance que ce soit au contact de la ZP pour le spz fécondant.

La réaction acrosomique: les enzymes libérés La hyaluronidase: action discutée dans la traversée du cumulus, action indiscutable au niveau de la ZP ( dissolution de l ’acide hyaluronique qui remplit les interstices de la ZP La -N-acétylglucosaminidase : coupe les liens entre le spz et ZP3 puis ZP2, ce qui le libérant lui permettra de franchir la ZP. Un inhibiteur spécifique de cette enzyme empêche la traversée de la ZP sans altérer la mobilité du spz. L ’acrosine agit à 2 niveaux: elle rompt localement les pontages entre ZP1 et ZP2-ZP3, ce qui permet au spz de s ’infiltrer entre les mailles. Ce n ’est qu ’un rôle facilitant ( fécondation retardée mais pas abolie chez la souris invalidée homozygote) elle transforme les protéines (mais n ’est pas la seule) qui vont assurer la fusion entre les Mb plasmiques des 2 gamètes en protéines fusiogènes actives. Seuls les spz réagis peuvent fusionner

La fixation secondaire du spz à la ZP Les spz réagis ont perdu les molécules de fixation à ZP3. Ils se fixent, cette fois, à ZP2 ce qui conforte leur ancrage à la ZP (In vitro, les spz surnuméraires fixés à ZP2 ne peuvent plus être détachés de la ZP par pipetage, à la différence de ceux qui sont fixés à ZP3 par la fixation primaire) Cette liaison fait intervenir un autre système de fixation des cellules, impliquant les Cell Adhesion Molecules (CAM). Sur le spz c ’est la PH 20 (cobaye, humain), liée à la MAI. Elle a aussi une activité hyaluronidase. D ’autres molécules existent chez l ’humain (SMAP1)

La traversée de la ZP Le spz traverse la ZP selon un trajet oblique à bordures nettes action mécanique plus qu ’enzymatique due à la force de propulsion du mouvement hyperactivé Vitesse de traversée: 1m /min soit 15 minutes La mobilité seule n ’est pas suffisante. Elle est aidée par l ’action des enzymes acrosomiques après la RA: dissolution de l ’acide hyaluronique , rupture des liens spz-ZP2 et rupture du pontage ZP2-ZP3/ZP1.

La traversée de la ZP Le spz achève son trajet dans l ’EPVoù il se place tangentiellemnt à l ’oolemme dont les microvillosités enveloppent sa tête et l ’immobilisent

La fixation et la fusion des membranes plasmiques des deux gamètes

Fixation et Fusion des membranes plasmiques des 2 gamètes Site de fusion: la membrane plasmique recouvrant le segment équatorial et la cape post- acrosomique du spz réagi La fusion et fécondation interspécifique: propriété de l ’ovocyte de hamster (test, caryotype du spz), elle met en évidence : l ’importance de la RA: seuls les spz réagis sont capables de fusionner le second niveau de spécificité: la membrane plasmique Les mécanismes sont là encore des mécanismes généraux comme ceux existant entre virus et cellule-hôte

Mécanismes de la fusion Chez le cobaye Protéine de la famille ADAM présente dans la région post-acrosomique fusiogène du spz: la fertiline (PH 30) Dimère formé de 2 sous-unités: la sous-unité  qui contient un motif disintégrine qui se fixe à un motif intégrine de l ’oolemme et assure la fixation La sous-unité  contient un motif peptidique analogue au peptide de fusion du virus de la rubéole et assure la fusion Précurseurs dans les spermatocytes, clivés dans l ’épididyme

Mécanismes de la fusion Chez l ’humain Seule existe la fertiline  Elle pourrait assurer la fixation à des récepteurs intégrine de la membrane plasmique de l ’ovocyte humain comme 61. La sous-unité 1 est disposée en plaques sur l ’ovocyte mûr qui correspondent aux zones de fixation des spz La ou les molécules de fusion? la protéine SP 10 présente chez 6 espèces dont l ’homme? Des Ac anti SP10 empêchent la fusion interspécifique.

La fusion permet au spz de s ’enfoncer dans le cortex de l ’ovocyte La fusion permet au spz de s ’enfoncer dans le cortex de l ’ovocyte. La membrane plasmique post-acrosomique est intégrée à l ’oolemme. La MAI est incorporée sans fusion à l ’intérieur du cytoplasme ovocytaire ainsi que le noyau, la pièce intermédiaire et l ’intégralité du flagelle

En fusionnant avec l ’ovocyte et en le pénétrant, le spz fécondant remplit 2 fonctions Apporter par son ADN tous les gènes paternels et l ’empreinte parentale spécifique nécessaire au développement à terme d ’un organisme viable Activer l ’ovocyte et remettre en marche son cycle cellulaire, ce qui va se traduire par une série de modifications biochimiques et morphologiques: libération de calcium sous forme d ’oscillations, exocytose des granules corticaux, achèvement de la méiose ovocytaire

Activation de l ’ovocyte Oscillations calciques Réaction corticale Achèvement de la méiose

Activation de l ’ovocyte: les oscillations calciques Dans les minutes qui suivent la fusion du spz avec l ’ovocyte, activation des canaux calciques (IP3); mobilisation rapide du calcium lié à la calréticuline ( réserves du RE) et élévation du Ca2+ libre intracellulaire (x 10) Réintégration du Ca2+ dans le RE (pompes ATPases) et expulsion du reliquat à l ’extérieur de l ’ovocyte. Les canaux calciques qui s ’étaient refermées lors de l ’élévation brutale du calcium s ’ouvrent à nouveau Apparition d ’oscillations auto-entretenues de la cc en calcium libre dans l ’ovocyte. Elles modifient l ’activité de protéines dont les propriétés sont modifiées par leur liaison au calcium.

Les oscillations calciques sont indispensables à l ’activation de l ’ovocyte des mammifères Les pics de calcium se succèdent à intervalles de 3 à 20 minutes (fonction de l ’espèce), durent 2 à 3 minutes sous la forme d ’une vague qui parcourt l ’ovocyte depuis le point de fusion avec le spz et se répètent durant plusieurs heures L ’oscillateur calcique est mis en place dans les dernières heures qui précèdent l ’ovulation Seul le spz fécondant est capable de déclencher ces oscillations grâce à un ou des facteur(s) activateur(s), de nature protéique situés au niveau de la tête ( activation et fécondation à partir de têtes isolées)

Activation ovocytaire: l ’émission des granules corticaux (GC) L ’élévation du calcium intra-ovocytaire déclenche la réaction corticale ou exocytose des granules corticaux qui débute dans la zone de fusion avec le spz Issus de l ’appareil de Golgi, positionnés sous la membrane plasmique de l ’ovocyte en M II Libération des enzymes des GC: protéase qui clive ZP2,  hexoaminidase qui détruit les chaînes OS de ZP3 et empêche la liaison de spz surnuméraires à la ZP, enzymes modifiant la texture de la ZP

La réaction corticale réalise un blocage de la polyspermie Il est exceptionnel,chez l ’humain de voir des spz surnuméraires ayant pénétré au-delà des 2/3 externes de la ZP Chez certaines espèces, comme la lapine, où la ZP reste perméable, c ’est la Mb plasmique qui empêche la fécondation d ’être polyspermique. Pas chez l ’humain (cf SUZI)

Activation ovocytaire: l ’achèvement de la méiose L ’ovocyte, lors de la fécondation, est bloqué en Métaphase II ( action du Maturation Promoting Factor et du CytoStaticFactor) L ’élévation du calcium qui suit la fusion des gamètes entraine la destruction de la cycline B ( élément constitutif du MPF) et du CSF Le blocage est levé, l ’ovocyte achève sa méiose; anaphase, télophase et expulsion du second globule polaire, dépourvu de GC