Spermatozoïde

Un spermatozoïde est un gamète mâle qui se compose d’une tête, porteuse du patrimoine génétique, et d’un flagelle, assurant sa mobilité.

Définition de spermatozoïde

Les spermatozoïdes sont des gamètes (cellules sexuelles) qui sont produits dans l’organe testiculaire (gonade) des êtres humains et des animaux mâles.

Comme le gamète femelle (ovocyte), les spermatozoïdes portent un total de 23 chromosomes qui sont le résultat d’un processus appelé méiose. Chez les animaux et les êtres humains, parmi de nombreux autres organismes, ces cellules ont un rôle dans le mode de reproduction sexuelle qui implique l’interaction des gamètes mâles et femelles.

La morphologie générale des spermatozoïdes se compose des parties suivantes :

• Tête
• Pièce intermédiaire
• Flagelle

Pour en savoir +

Avant d’examiner la structure et la fonction des spermatozoïdes, il est important de comprendre le processus impliqué dans leur production (spermatogenèse).

Spermatogenèse

Chez l’homme, l’hypothalamus joue un rôle crucial dans la surveillance du taux de testostérone dans le sang. Un faible niveau de cette hormone indique une faible activité testiculaire, ce qui déclenche la libération par l’hypothalamus d’une hormone de libération connue sous le nom d’hormone de libération de la gonadotrophine (GnRH), aussi appelée parfois lulibérine ou gonadolibérine.

La GnRH s’écoule ensuite vers l’hypophyse et stimule la production de l’hormone lutéinisante (LH) et de l’hormone folliculo-stimulante (FSH).

À partir de l’hypophyse, l’hormone lutéinisante fait un bond et stimule les cellules de Leydig présentes dans les testicules pour produire de la testostérone. L’hormone folliculo-stimulante, quant à elle, joue un rôle important en concentrant cette hormone dans le tube séminifère pour amorcer la formation des spermatozoïdes.

Dans les parois internes des tubes séminifères, un groupe de cellules passe par une division mitotique pour produire des spermatocytes primaires (haploïdes). Ces cellules subissent ensuite une division méiotique qui aboutit à la production de spermatocytes secondaires (haploïdes). Les spermatocytes subissent ensuite une deuxième division méiotique pour former des spermatides qui se développent pour former des spermatozoïdes matures.

La spermatogenèse dure environ 74 jours. Deux processus principaux interviennent dans la spermatogenèse. Le premier processus (la méiose) réduit les chromosomes à la moitié tandis que le second implique des changements de taille et de forme au fur et à mesure que les spermatozoïdes mûrissent pour retrouver leur forme normale.

Structure

Si leur morphologie générale comprend une tête, un corps et une queue, tous les spermatozoïdes ne se ressemblent pas nécessairement.

En raison de diverses anomalies, ils peuvent varier en forme et en taille, tandis que d’autres différences peuvent être observées sur n’importe quelle partie de la cellule (tête, corps, queue).

Un spermatozoïde normal présente les caractéristiques suivantes :

• Une tête ovale lisse. La tête d’un spermatozoïde normalement formé a une surface lisse et ressemble à la forme d’un ovule
• La tête des spermatozoïdes mesure de 2,5 à 3,5 µm de diamètre et de 4,0 à 5,5 µm de longueur (µm=micromètre). Il en résulte un rapport longueur/largeur de 1,50 à 1,70
• Ils ont un acrosome bien développé qui couvre 40 à 70 % de la tête de forme ovale
• Une section médiane mince (corps) qui est approximativement de la même longueur que la tête
• Une section de queue plus fine d’environ 45 micromètres de long

Un spermatozoïde se compose d’une tête, d’un corps (partie intermédiaire) et d’une queue (flagelle). Chacune de ces parties est dotée de diverses molécules et d’une structure plus petite qui permettent au spermatozoïde dans son ensemble de fonctionner correctement.

La tête de spermatozoïde

Comme nous l’avons déjà mentionné, une tête de spermatozoïde normale a une forme lisse et ovale. La section de la tête ressemble également à un œuf en raison de sa large base et de son sommet effilé.

La tête est la partie la plus importante de la cellule étant donné qu’elle contient le noyau (matériel génétique avec 23 chromosomes) nécessaire pour former un nouvel organisme. Outre le noyau, la tête se compose également de plusieurs parties dont :

Acrosome et capuchon acrosomique

Ensemble, les deux (acrosome et capuchon acrosomique) constituent la région acrosomique. Formé pendant la spermiogenèse, l’acrosome est le produit du complexe de Golgi et contient un certain nombre de contenus tels que l’enzyme acrosine dans la matrice extra-cellulaire. Outre les enzymes, l’acrosome contient également des polysaccharides tels que le mannose, l’hexose et le galactose.

L’acrosome occupe l’espace entre la membrane plasmique intérieure et la membrane nucléaire. L’acrosome lui-même possède une membrane interne et une membrane externe (membrane acrosomique) où la membrane externe borde la membrane plasmique tandis que la membrane acrosomique interne borde la membrane nucléaire.

Il joue un certain nombre de rôles importants dans la fécondation. Par exemple, avec un certain nombre de ses molécules associées, l’acrosome est impliqué dans la reconnaissance de l’ovocyte (ovule) à féconder.

Une fois que le spermatozoïde entre en contact avec les molécules diffusibles de l’ovule, cela stimule la cellule à nager vers les ovules. Cette reconnaissance de l’ovule basée sur la composition de la molécule est connue sous le nom de chimiotaxie.

Après avoir identifié une forte concentration de la molécule, la cellule nage vers l’ovule (zone de forte concentration de molécules) et établit un contact physique. À son tour, le contact physique entraîne une réaction acrosomique.

La chimiotaxie permet aux spermatozoïdes de naviguer vers les ovules grâce à des signaux chimiques. Il s’agit donc d’un processus important qui garantit que les spermatozoïdes fécondent un ovule congénital (au sein de la même espèce). Les ligands primaires (protéines) situés près de l’acrosome reconnaissent le gamète cible.

Réaction de l’acrosome

La réaction acrosomique est un événement important qui se produit lorsque les spermatozoïdes entrent en contact avec la membrane de l’ovocyte à différents endroits.

Par exemple, chez certains animaux, le contact des spermatozoïdes avec la zone pellucide de la membrane plasmique de l’ovocyte déclenche une réaction acrosomique. Il s’agit d’un événement dépendant du calcium qui entraîne l’exocytose (action par laquelle les molécules cellulaires sont libérées de la cellule) de la membrane externe de l’acrosome, exposant ainsi le contenu (les enzymes) de l’acrosome.

Cela permet aux enzymes de l’acrosome (par exemple, l’acrosine) d’être libérées et de favoriser l’entrée des spermatozoïdes dans l’ovule. L’acrosine/proacrosine, un des ligands secondaires, est impliqué dans la lyse de l’épaisse membrane qui recouvre l’ovule (zone pellucide).

L’enzyme est essentiellement stockée dans l’acrosome sous une forme inactive appelée zymogène. Le niveau de pH à l’intérieur de l’acrosome est plus faible, ce qui fait que l’enzyme reste inactive.

Lorsqu’elle entre en contact avec les glycoprotéines de la membrane de l’ovule (zone pellucide), l’enzyme est convertie en acrosine, une forme active qui est capable d’agir sur la membrane. Celle-ci, à son tour, permet au spermatozoïde de pénétrer et de pénétrer dans l’ovule pour que la fécondation ait lieu.

Les enzymes acrosomes sont également connues sous le nom d’enzymes lysosomales. La tête du spermatozoïde représente environ 10 % de la cellule entière.

La pièce intermédiaire

La pièce intermédiaire est la partie centrale du spermatozoïde entre la tête et la queue. Comme la tête, il représente environ 10 % de la longueur totale des spermatozoïdes. Contrairement à la tête du spermatozoïde, qui porte le matériel génétique, la pièce intermédiaire contient des mitochondries très serrées qui fournissent l’énergie nécessaire à la nage.

En plus de fournir l’énergie nécessaire à la nage, les mitochondries joueraient également un rôle dans la mort cellulaire (apoptose).

La centriole est une partie du spermatozoïde située entre la tête et la pièce intermédiaire. Dans un complexe appelé centrosome, le centriole est impliqué dans la formation de l’aster.

Ceux-ci sont essentiels au mouvement du pronucléaire pour l’union avec le génome féminin. De plus, le centriole intervient dans la production de l’appareil mitotique qui intervient dans la séparation des chromosomes lors de la division cellulaire tout en étant le modèle de tous les centrioles ultérieurs.

Le flagelle

Le flagelle des spermatozoïdes est une structure fine et longue représentant environ 80 % de la longueur totale des spermatozoïdes.

Bien que le flagelle puisse sembler être une longue structure continue, elle se divise en plusieurs parties qui comprennent :

• Pièce de liaison. C’est la partie qui relie le flagelle à la tête du spermatozoïde;
• Pièce médiane. Parfois on considère la pièce médiane comme faisant partie du flagelle. Elle contient des mitochondries et fournit ainsi l’énergie nécessaire au mouvement;
• Pièce principale (filament axial);
• Pièce finale;

La pièce principale et la pièce finale du flagelle aident à générer la forme d’onde qui permet le mouvement.

Motilité

La motilité est l’une des principales caractéristiques d’un spermatozoïde bien développé. Chez les mammifères, deux types de motilité physiologique sont identifiables.

Il s’agit de :

• La motilité activée. C’est le type observé dans les premiers stades de la motilité (dans l’épididyme ainsi que dans le sperme fraîchement éjaculé). Dans ce type de motilité, le flagelle du sperme bat doucement d’un côté à l’autre lorsque la cellule se déplace le long de ce qui peut sembler être un chemin droit.

• Motilité hyperactivée (hyperactivation). La motilité hyperactivée est le deuxième type de motilité physiologique. Par rapport à la motilité activée, ce type de motilité se produit dans l’appareil reproducteur féminin (site de fécondation). La motilité hyperactivée est également plus erratique, le flagelle représentant une forme d’onde symétrique de moindre amplitude. En raison de la structure erratique du mouvement dans la motilité hyperactivée, une plus grande quantité d’énergie est utilisée pour le mouvement.

La motilité hyperactivée sert à empêcher le spermatozoïde de se coincer, en se propulsant à travers le tractus génital (de la femme) et en améliorant la pénétration des spermatozoïdes dans l’ovule (ovocyte). La motilité n’est possible que si le flagelle est bien développé et pleinement fonctionnel; et si la cellule dispose d’une source d’énergie pour soutenir le mouvement. Les spermatozoïdes nagent à une vitesse moyenne de 3 mm par minute.

Axonème et mécanisme moléculaire de la motilité

L’axonème est le brin central de la queue (flagelle). Il est l’une des principales structures du flagelle que l’on appelle communément moteur de la motilité. L’axonème est constitué de structures appelées doublets microtubulaires (contenant la dynéine axonémique interne et externe) et d’une paire centrale (structure 9+2). Il s’étend de la pièce de connexion de la queue à la pièce d’extrémité.

À l’intérieur du flagelle (queue), les microtubules (neuf doublets de microtubules) sont reliés par des liens de nexine. De plus, ils sont reliés à la paire centrale par des rayons radiaux. Ces projections (rayons radiaux) jouent également un rôle important dans l’alignement des microtubules autour de la paire centrale.

Pendant le mouvement, la dynéine contenue dans les microtubules fait glisser le microtubule par rapport aux microtubules adjacents. Cela favorise la motilité. Grâce à l’énergie fournie par les mitochondries (énergie ATP), l’axone se déplace vers la base du flagelle; ce qui fait glisser le microtubule vers le bas.

Étant donné que les microtubules sont reliés à la pièce de connexion située derrière la tête, il y a une certaine résistance au mouvement. cette résistance, à son tour, provoque la flexion du flagelle. Par cette action, le flagelle forme une courbure en forme de fouet.

Cependant, plusieurs autres actions favorisent le mouvement, dont :

• le détachement de la dynéine d’un microtubule adjacent;
• les processus se déroulent d’un côté de l’axonème

Adaptation du spermatozoïde

• Corps fuselé. Le sperme a un corps fuselé qui lui permet de se déplacer rapidement pour atteindre l’ovule cible. Par exemple, la tête a un sommet effilé qui aide à réduire la traînée lorsque la cellule se déplace dans l’appareil reproducteur féminin.
• Mitochondries serrées. La partie centrale d’un spermatozoïde porte environ 70 mitochondries, qui sont la source d’énergie (ATP). Celle-ci fournit l’énergie nécessaire à la propulsion lorsque la cellule se déplace vers le gamète femelle. Les mitochondries des spermatozoïdes sont rejetées une fois que la tête du spermatozoïde a pénétré dans l’ovule.
• Amines de base. Le sperme contient un certain nombre d’amines de base telles que la cadavérine et la spermine, entre autres. Ces amines sont responsables de la nature alcaline (légèrement basique) du sperme qui protège les spermatozoïdes. Étant donné que le canal vaginal est acide, les amines protègent l’ADN de la dénaturation, favorisant ainsi une fécondation réussie.
• Acrosome. Il joue un rôle important dans la chimiotaxie pour identifier le gamète femelle cible. L’acrosome contient aussi des enzymes lysosomales qui dégradent l’épaisse membrane de l’ovule. Il contribue donc à favoriser la fécondation.

Nanostructure en spirale

Récemment, des chercheurs de l’Université de Göteborg en Suède ont découvert une nanostructure en spirale située à l’intérieur des microtubules à la pointe du flagelle. Mesurant environ un dixième de la queue, la structure sert de bouchon à l’intérieur des microtubules pour les empêcher de croître et de rétrécir.