PRODUCTION ET TRANSPORT DES SPERMATOZOIDES ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E PRODUCTION ET TRANSPORT DES SPERMATOZOIDES V. Gayrard Physiologie Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse 23, chemin des Capelles 31076 Toulouse

PRODUCTION ET TRANSPORT DES SPERMATOZOIDES I. Aspects cinétiques de la spermatogenèse Cinétique de la spermatogenèse Efficacité de la spermatogenèse II. Régulation de la spermatogenèse Régulation endocrine de la spermatogenèse Régulation intra-gonadique des fonctions testiculaires III. Transport des spermatozoïdes Transport épididymaire Transport dans les voies génitales maternelles

Appareil reproducteur mâle

Testicules Tubes séminifères Lobule Septum Tunique albuginée Tête de l’épididyme Canaux efférents Canal déférent Rete Testis Tubes droits Corps de l’épididyme Queue de l’épididyme Cordon spermatique Vaisseaux sanguins et nerfs Lobule Septum Tunique albuginée Tunique vaginale Cavité de la tunique albuginée Tubes séminifères

Les testicules Poids testicules: âge, saison Localisation testicules: espèce, âge, t° Cryptorchidie Début méiose: puberté Processus complexe, cyclique

Moment de la migration gonadique Taureau 24eme semaine de la gestation Bélier 12eme semaine de la gestation Verrat 10eme semaine de la gestation Etalon Aux environs de la naissance ; Le testicule reste parfois jusqu'à l’âge d’1 an coincé dans le bas du trajet inguinal Chien Entre la 6è et la 10è semaine après la naissance Chat Aux environs de la 3eme semaine après la

Différenciation sexuelle du système reproducteur Tube séminifère Cellule de Sertoli Cellules interstitielles Testostérone Cellules de Leydig Insl3 5-réductase DHT AMH (hormone anti-mullérienne) Régression des canaux de Müller Masculinisation du système reproducteur interne (canaux de Wolff) Masculinisation de l’appareil génital externe et de la prostate Masculinisation du cerveau Développement du gubernaculum et descente des testicules dans le scrotum Masculinisation des tissus corporels Insl3: Insulin like factor 3 DHT: dihydrotestostérone

Les testicules: effet saison

Thermorégulation Extrémité du canal inguinal Cordon spermatique Canal déférent Fibres du système nerveux autonome Plexus paminiforme des veines testiculaires Artère testiculaire Epididyme Tunique vaginale Tunique albuginée Fascia interne spermatique Muscle interne oblique Muscle externe oblique Ligament suspenseur du pénis Pénis (coupe) Septum médian du scrotum Muscle crémaster Fascia externe spermatique Fascia superficiel contenant le Scrotum muscle dartos Peau

Spermatogenèse Jonction serrées entre des cellules de Sertoli Spermatogonie Mitose Croissance Entrée en méiose I Fin de la méiose I Méiose II Spermatogenèse Spermiogenèse Méiose Déplacement Spermatocyte primaire Spermatocyte secondaire Spermatide Spermatozoïde Lame basale Cellule fille type A Cellule fille type B Cytoplasme de cellules de Sertoli Jonction serrées entre des cellules de Sertoli Cellules de Sertoli Pont cytoplasmique Lumière des tubes séminifères Compartiment basal Compartiment adluminal

Architecture tubulaire Spermatides Spermatocyte primaire Spermatogonie Membrane basale Cellule de Leydig Vaisseau sanguin Architecture tubulaire

Cellules de Sertoli Jonctions serrées: barrière sang-testicule Source de nutriments pour les cellules en division Rôle dans le déplacement des cellules en division vers la lumière Sécrétion du fluide testiculaire: transport des spermatozoïdes Production de médiateurs chimiques qui participent à la régulation de la spermatogenèse

Spermiogenèse: spermatides-spermatozoïdes Appareil de Golgi Acrosome Noyau du spermatide Centrioles Mitochondrie Noyau Microtubules Flagelle Cytoplasme en excès Pièce intermédiaire Tête Queue Réorganisation noyau: Elongation nucléaire Mise en place de l ’acrosome Migration vésicules golgiennes Assemblage des structures de la queue

La spermatogenèse: vagues mitotiques progressant selon un trajet hélicoïdal

CINETIQUE SPERMATOGENESE Production continue spermatozoïdes Renouvellement cellules souche (spermatogonies Ao) Durée spermatogenèse variable selon espèce Entrée synchrone en spermatogenèse associations cellules Evolution chronologique des associations cellulaires=cycle de l’épithélium séminal

Spermatogenèse (durée en jours) Espèces Cycle de l’épithélium séminal Spermatogenèse Hamster 8.7 35 Souris 8.8 35 Macaque 10.5 42 Lapin 10.5 51.8 Rat 13.3 53.2 Chien 13.6 54.4 Homme 16 74

Cinétique de la spermatogenèse Stratification paroi TS: 4-5 générations cellules (homme) Associations cellulaires de composition constante=stade Succession chronologique stades associations cellulaires Onde spermatogénétique

Onde spermatogénétique

Efficacité de la spermatogenèse Conc sperm (108/mL) 0.1-0.2 0.8-1.2 1.2-2 0.1-1.5 1.5-28 0.6-5.4 0.5-3.5 Vol éjaculat (ml) 200-250 3-5 0.3-1 50-100 0.01-0.3 2-25 0.4-0.6 Espèce Verrat Taureau Bélier Etalon Chat Chien Lapin Age (mois) 5-8 12-14 6-8 20-24 9 10-12 4-12

Efficacité de la spermatogenèse Espèce Age puberté Poids du corps (kg) Poids des 2 testicules (g) Prod/j (109) Prod/j/g testicule (106) Nombre de sperm/éjaculat (106) Homme 12-13 ans 70 40 0.2 5 200 Taureau 9-12 mois 1200 800 7.5 12 6000 Etalon 13-24 mois 1000 340 5.3 16 7000 Bélier 112-185j 100 500 9.5 21 4000 Verrat 5-8 mois 720 16.2 23 15000 Rhésus 3 ans 1.1 400 Rat 40-50j 0.3 4 0.086 58 Hamster 6-8 sem 0.15 0.074 24 80 Lapin 6-7 mois 6 0.016 25 120

Contrôle endocrinien spermatogenèse Hypophysectomie Immunisation contre le GnRH  Inhibition spermatogenèse Administration testostérone Rétablissement spermatogenèse Rôle essentiel de la testostérone

Contrôle endocrinien de la spermatogenèse Testostérone: initiation et maintien spermatogenèse FSH: Initiation spermatogenèse puberté Testostérone et FSH Effet via cellules de Sertoli Suppression T Apoptose cellules germinales Testostérone: facteurs survie cellulaire

Contrôle endocrinien de la spermatogenèse FSH LH + + Cellule de Sertoli Cellule de Leydig + + Liaison spécifique ABP Testostérone (T) Concentrations testiculaires T Spermatogenèse ABP: Androgen-Binding Protein

Rétrocontrôle négatif Rétrocontrôle négatif des androgènes FSH + cellules de Sertoli estradiol inhibine ABP Jonctions serrées (TJ) Hypothalamus GnRH E2 Inhibine Cellule de Sertoli Cellules de Leydig Tube séminifère Ant. Hypophyse FSH LH Rétrocontrôle négatif de E2 et de l’inhibine Cellules germinales T + Rétrocontrôle négatif des androgènes TJ

REGULATION INTRA-GONADIQUE Interactions cellules de Sertoli-cellules germinales Rôle cellules Sertoli/cellules germinales Protecteur Nourricier Migration, phagocytose Production liquide interstitiel Synthèses protéines: inhibine (-), activine (+), TGF- (-)

Transport épididymaire spermatozoïdes (jours) Espèce Homme Etalon Bélier Taureau Porc Tête 1-2.5 1 2 3 Corps 0.5 1.5 3 2 Queue 5 6 8 10 4-9 Durée totale 1-12 7.5-10 13 14 9.14

Transport spermatozoïdes Epididyme: Transport, survie (queue) et maturation spermatozoïdes Maturation épididymaire: Acquisition de la mobilité fléchante Acquisition de l ’aptitude à se fixer à la ZP Acquisition de l ’aptitude à féconder et assurer un développement normal

RAPPROCHEMENT ET TRANSPORT DES GAMETES Rencontre des gamètes: ampoule Transport gamète femelle: ovocyte II ovulé Gamète mâle: lieu de dépôt, motilité, contractions utérines, obstacles

Site éjaculation et stratégies Caractéristiques sperme Légère coagulation Concentration élevée Volume important, distension cervix rétention pénis Site d ’éjaculation Vagin Utérus Cervix, utérus Espèce Homme, lapin, Taureau, bélier Etalon Chien, verrat

Lieu de dépôt du sperme

RAPPROCHEMENT ET TRANSPORT DES GAMETES Col de l’utérus

TRANSPORT DES GAMETES MALES Phase transit rapide (qq min) suivie transit lent (plusieurs h) Motilité propre Obstacles: col de l ’utérus, jonction utéro-tubaire Pertes: phagocytose, reflux Viscosité du mucus cervical Contractions myomètre

Durée transport spermatozoïdes Vache Brebis Lapine Truie Ratte 8 h 6 h 4-6 h 5 h 1 h

Transport des spermatozoïdes 80 descendantes ascendantes 50 % Propagation OV Heures -24 24 100 Taux de conception (%)

Capacitation Spermatozoïde éjaculé dans le plasma séminal (sécrétions glandes annexes): pas de capacité à féconder Nécessité séjour dans voies génitales femelles Capacitation=changements pour acquérir capacité à féconder Durée: 6-8 h Survie dans voies génitales femelles: 6-12 h (rat) à 135j (chauve-souris)

Rôle des sécrétions utérines Capacitation (durée variable) Volume maximal au moment oestrus Enzymes protéolytiques: élimination composés surface Esterases, osidases: fourniture composés faible p.m.

Rôle des trompes utérines Jonction utéro-tubaire: limite nombre de spermatozoïdes entrant dans les trompes utérines Immobilisation spermatozoïdes dans isthme (mucus visqueux): stockage et survie spermatozoïdes Activation spermatozoïdes dans ampoule

Conclusion Spermatogenèse: processus complexe, continu Efficacité de la spermatogenèse Transport des spermatozoïdes Rôle des sécrétions utérines