CHAPITRE II LA FECONDATION

2.1. Définition
La fécondation est la fusion du gamète mâle avec le gamète femelle. Cette fusion aboutit à la formation d'une cellule unique : le zygote (ou embryon de stade 1 cellule). Elle a lieu dans l'ampoule de l'oviducte chez les mammifères et dans l'infundibulum chez les oiseaux. La fécondation est donc précédée par la libération de l'ovule : c'est la ponte ovulaire ou ovulation et la libération des spermatozoïdes ou éjaculation. La rencontre des deux gamètes s'opère à l'issue d'une insémination naturelle appelée aussi accouplement (ou coït) ou à l'issue d'une insémination artificielle (in vivo dans le tractus génital de la femelle ou in vitro en "éprouvette"). Chez la plupart des mammifères, si la rencontre n'a pas lieu endéans les heures qui suivent leur libération, les gamètes dégénèrent (tableau 2.1.)
Généralement, l'ovule non fécondé dégénère après quelques heures. Le spermatozoïde a une durée de vie équivalente ou légèrement supérieure avec quelques exceptions notées en gras. Dans le cas de la chauve-souris, cette fécondation différée est une adaptation au climat des zones tempérées. Les accouplements s'effectuent en automne et en hiver mais l'ovulation et la fécondation au printemps (i.e. Pipistrellus pipistrellus)
(1) La période de fécondabilité de l'ovule est plus importante chez la chienne car l'ovocyte expulsé doit réaliser ses deux divisions de maturation.

2.2. L'ovulation
L'ovulation est l'expulsion du complexe ovulaire à l'extérieur du follicule de de Graaf. Elle fait suite à la maturation et à la rupture d'un follicule mûr sous l'effet des hormones gonadotropes (FSH et LH). La maturation finale du follicule se fait sous l'influence de la FSH et sa rupture à la suite d'une décharge de LH. Cette décharge de LH entraîne aussi la reprise de la méiose (bloquée au stade dictyé, fin de prophase I) jusqu'au stade de métaphase II (ovocyte II). Ainsi l'ovocyte pondu se trouve au stade de métaphase II sauf chez la chienne et la renarde où il est encore au stade de métaphase I.
L'ovulation est spontanée chez la plupart des femelles domestiques sauf chez la chatte et la lapine où elle est provoquée par le coït et survient respectivement 26 et 10 heures plus tard. L'ovulation peut avoir lieu avant, pendant ou après l'œstrus et peut se produire alternativement sur chaque ovaire mais le plus souvent sur un seul ovaire à chaque cycle chez les espèces monotoques (Femme, jument, vache, chamelle,..). Chez les espèces polytoques (truie, chienne, chatte, lapine, petits ruminants...) plusieurs ovules sont libérés à partir de plusieurs follicules.
L'ovule pondu est capté par le pavillon de l'oviducte, hyperhémié lors de l'ovulation. Des adaptations telles qu'une fosse d'ovulation (jument) ou une bourse ovarique pratiquement fermée (chienne, chatte) ou partiellement fermée (truie) facilitent l'interception de l'ovule par le pavillon. Quelquefois, l'ovule tombe dans la cavité péritonéale où il dégénère pour être ensuite phagocyté par les macrophages. Arrivé dans le pavillon, sa progression dans l'oviducte est assurée par le flux des sécrétions tubaires, par les mouvements des cils de l'épithélium tubaire et par les contractions péristaltiques des parois de l'organe. L'embryon semble pouvoir agir sur son propre transit chez quelques espèces. Ainsi, seuls les embryons arrivent dans l'utérus chez la jument tandis que les ovules non fécondés restent bloqués dans l'oviducte pendant plusieurs mois. Chez la ratte et le hamster, les embryons passent plus rapidement dans l'utérus que les ovules non fécondés.
La corona radiata et les premières assises cellulaires de la granulosa sont éliminées pendant ou peu après l'ovulation sauf chez la jument où elles sont éliminées au sein du follicule mûr.

2.3. Accouplement (ou insémination) et fécondation
2.3.1 Le sperme
Au cours du coït, une quantité variable de sperme est déposé soit dans le vagin (Femme, vache, brebis, lapine, carnivores) soit dans l'utérus (jument, truie, ratte, souris). Chez certains rongeurs, le produit de sécrétion d'une des glandes génitales (i.e. la glande de coagulation ou "coagulating gland") coagule après l'accouplement, formant un bouchon qui remplit le vagin (vaginal plug). Les tableaux n° 2.2 et 2.3 reprennent les caractéristiques du sperme de plusieurs espèces.


On constate qu'une infime minorité des spermatozoïdes arrive jusqu'à l'ampoule tubaire où se réalise la fécondation et que la variation interspécifique du nombre de spermatozoïdes dans l'ampoule (quelques dizaines à quelques milliers) est nettement moindre que la variation du nombre de spermatozoïdes éjaculés (50 millions à 18 milliards).
La femelle n'accepte le mâle que durant une courte période de son cycle sexuel généralement située un peu avant l'ovulation : les chaleurs (ou l'œstrus). Durant cette période, sous l'effet des œstrogènes, le col est ouvert et le mucus cervical se liquéfie, ce qui facilite le transit du sperme ou la pénétration du pénis dans l'utérus.
En insémination artificielle, il est essentiel de déposer le sperme dans l'utérus ou le canal cervical, même chez les espèces ou l'insémination naturelle est vaginale car une paillette de sperme ne contient que 0,2% (taureau) à 4% (bélier) du nombre de spermatozoïdes d'un éjaculat.
La durée du coït varie suivant l'espèce. Elle est de quelques secondes chez la souris, 20 à 30 secondes chez les ruminants, 1 à 1,5 minutes chez l'étalon, 5 minutes chez le verrat et jusqu'à 30 minutes chez le chien. Chez cette dernière espèce, la contraction des muscles vaginaux empêche la déturgescence du gland en comprimant ses veines superficielles et donc le retrait du pénis.


2.3.2. Le transit spermatique dans les voies génitales femelles
La remontée des spermatozoïdes dans le tractus génital femelle est surtout facilité par :
1) les contractions musculaires du cervix, de l'utérus et de l'oviducte.
2) la présence de liquide utérin sécrété par les glandes endométriales.
et dans une bien moindre mesure par :
3) la mobilité propre des spermatozoïdes.
Arbitrairement on admet que le sperme est encore fécondant 24 heures après le coït (voir tableau n° 2.1) mais chez certaines espèces (chauves-souris, coq), le sperme peut rester fécondant dans les voies génitales femelles pendant plusieurs semaines ou plusieurs mois.
Les ovules de volaille peuvent être fécondés de 2 à 21 jours après l'accouplement et même parfois jusque 42 jours après. La conservation des spermatozoïdes est assurée par des glandes tubaires spécialisées : les nids spermatiques. Ils sont localisés à la base de l'infundibulum, au voisinage du lieu de fécondation mais surtout dans la jonction utéro-vaginale. Cette jonction joue également un rôle sélectif important des spermatozoïdes en retenant et éliminant les moins mobiles.
Chez la vache, on ne trouve plus de sperme mobile dans le vagin 5 à 6 heures après le coït, cependant dans le col, on en observe jusqu'à 40 heures après. Chez la jument, le sperme conserve sa capacité de fécondation pendant 3 à 4 jours après le coït et dans des cas exceptionnels jusqu'à 6 jours. Le cervix (ou jonction utéro-vaginale) forme un réservoir pour les spermatozoïdes d'où ils peuvent migrer vers les autres parties du tractus génital femelle.
Sur plusieurs millions ou milliards de spermatozoïdes déposés dans le vagin ou l'utérus, généralement moins de mille parviennent à l'ampoule tubaire, lieu de la fécondation (tableau n° 2.2). L'élimination se fait principalement dans le vagin par phagocytose et le long du tractus utéro-tubaire. Une partie se retrouve dans la cavité péritonéale via l'ouverture du pavillon où ils finiront par être phagocytés.

2.3.3. La capacitation
Les spermatozoïdes de mammifères sont incapables de féconder l'ovule tant qu'ils n'ont pas subi un processus appelé capacitation. Ce processus est induit par les sécrétions des voies génitales femelles dans lesquelles ils doivent séjourner quelques heures pour que cela s'accomplisse. La capacitation n'entraîne aucun changement morphologique. Elle consiste en l'enlèvement d'un facteur décapacitant, de nature vraisemblablement glycoprotéique, déposé à la surface du spermatozoïde lors de son transit épididymaire. Ce facteur aurait pour fonction de stabiliser la membrane plasmique en interagissant avec les phospholipides membranaires.
La capacitation peut être réalisée expérimentalement par plusieurs types de molécules (albumines, catécholamines, prostaglandines, stéroïdes (progestérone), glycoprotéines, héparine). C'est un processus réversible car des spermatozoïdes capacités peuvent être décapacités en les replaçant dans le plasma séminal.
Les conséquences de la capacitation sont :
a) l'activation de la motilité du spermatozoïde.
b) l'augmentation de sa captation d'O2.
c) l'induction de la réaction acrosomiale par déstabilisation des membranes plasmique et acrosomiale externe.
2.3.4. La réaction acrosomiale
La réaction acrosomiale consiste en la libération des enzymes contenues dans l'acrosome. Cette réaction se produit lorsque le spermatozoïde, préalablement capacité, pénètre dans les assises cellulaires périovulaires (granulosa et corona radiata) lorsqu'elles existent ou lorsqu'il atteint la zone pellucide (mouton, vache). Elle se caractérise par la fusion en divers points de la membrane plasmique et de la membrane acrosomiale externe (figure 2.1), suivie de la vésicularisation des zones non fusionnées et de l'élimination complète des deux membranes, sauf dans la zone équatoriale (col de l'acrosome). La cape acrosomiale peut se gonfler durant ce processus. Le mécanisme est mal connu, mais on suppose que la membrane plasmique, déstabilisée par la capacitation, possède des récepteurs qui se lient à des protéines des enveloppes ovulaires. Cette liaison déclencherait une modification brutale des échanges ioniques au travers de cette membrane, et plus particulièrement un influx de calcium. Divers indices expérimentaux suggèrent que la calmoduline (une protéine située entre les membranes plasmique et acrosomiale externe) et le cytosquelette du spermatozoïde (microtubules et microfilaments) joue un rôle dans la réaction.


Les conséquences de la réaction acrosomiale sont les suivantes :
a) la libération des enzymes contenues dans l'acrosome et plus particulièrement l'hyaluronidase (qui facilite le transit du spermatozoïde au travers des assises cellulaires périovulaires) et une estérase qui permet la traversée de la corona radiata (corona dispersing enzyme).
Notons cependant que le rôle de la hyaluronidase est contesté par le fait que des spermatozoïdes de grenouille ou d'oursin qui n'en possèdent pas sont capables de traverser le cumulus d'ovocyte de hamster et de parvenir au contact de la zone pellucide.
b) la mise à nu de la membrane acrosomiale interne sur laquelle est localisée l'acrosine, une protéase capable de digérer la zone pellucide.
2.3.5. La traversée de la zone pellucide
Arrivé au contact de la zone pellucide, le spermatozoïde s'y fixe par un récepteur à une glycoprotéine sulfatée de la zone pellucide : la ZP3. La zone pellucide possède trois types de protéines : la ZP1, la ZP2 et la ZP3. La ZP3 aurait deux fonctions : induire la réaction acrosomiale par sa composante peptidique et assurer la fixation du spermatozoïde par sa composante hydrocarbonée. Cette liaison est spécifique car un spermatozoïde ne peut, en général, se fixer qu'à un ovocyte de son espèce. La ZP2 interviendrait également dans cette fixation car des anticorps monoclonaux dirigés contre ces deux protéines bloquent la fécondation en les neutralisant. Le(s) rôle(s) de la ZP1 sont inconnus mais on pense qu'elle assurerait la liaison entre ZP2 et ZP3.
La traversée de la zone pellucide se fait obliquement (figure 2.2) en un temps variant entre 5 et 20 minutes. Elle se réalise par la digestion de proche en proche de la zone par l'acrosine et par la poussée du mouvement flagellaire exacerbé par la réaction acrosomiale. L'acrosine est présente sur la membrane interne de l'acrosome sous forme inactive : la proacrosine. Cette dernière est activée lors de la capacitation. Le tunnel que creuse le spermatozoïde est extrêmement fin. Il ne dépasse pas la largeur de sa tête. Le spermatozoïde débouche finalement dans la cavité périvitelline et se couche sur les microvillosités de la membrane plasmique de l'ovule.
2.3.6. La fusion des deux gamètes
Dans l'espace périvitellin, le spermatozoïde reste actif pendant un temps relativement court car sa survie est limitée à la suite de la capacitation. Les membranes plasmiques de l'ovocyte et du spermatozoïde fusionnent. Cette fusion débute dans la région du col de l'acrosome (dont on a vu que la membrane plasmique ne disparaissait pas à la suite de la réaction acrosomiale) et se propage aux zones plus postérieures de sorte que la totalité du spermatozoïde pénètre dans le cytoplasme ovocytaire (figure 2.3). Seule la membrane acrosomiale interne est incorporée par un processus rappelant la phagocytose. Contrairement à la traversée de la zone pellucide, la fusion de l'ovule et du spermatozoïde n'est pas spécifique. Elle met vraisemblablement en jeu des enzymes présentes dans l'acrosome (phospholipases) et dans la membrane ovocytaire (glycosyltransférase). Cette absence relative de spécificité est particulièrement spectaculaire chez le hamster dont l'ovule dénudé peut être fécondé in vitro par le sperme de souris, de taureau, de marsouin, d'homme. Cette capacité constitue actuellement un test pour l'analyse du pouvoir fécondant du sperme.
La fusion et l'incorporation du spermatozoïde est un processus qui dépend également de plusieurs protéines filamenteuses du cytoplasme ovocytaire (myosine, actine) et qui déclenche une série de modifications morphologiques au niveau des deux gamètes.
2.3.7. Les modifications morphologiques du spermatozoïde
La tête : le résidu de l'acrosome se détache du noyau et se résorbe. La membrane nucléaire disparaît. La chromatine se réhydrate et se décondense. Le noyau gonfle et s'entoure d'une membrane nucléaire formée par les vésicules du réticulum endoplasmique de l'ovule (figures 2.3 et 2.4). Plusieurs nucléoles apparaissent. A ce stade, il est qualifié de pronucléus mâle. Cette évolution paraît nécessiter la synthèse par l'ovocyte d'un facteur particulier : le MPFG (Male Pronucleus Growing Factor). Cette évolution est bloquée pendant l'achèvement de la maturation ovocytaire (achèvement de la seconde division méiotique) afin de permettre au deux pronuclei d'évoluer en synchronisme.
La queue : les éléments du col, les mitochondries est les grosses fibres de la pièce intermédiaire, ainsi que l'appareil fibrillaire de la pièce principale se dispersent rapidement. On admet généralement que les mitochondries paternelles sont détruites car plus aucune trace d'ADNmt paternel n'est détectée après quelques divisions (souris, bovin, porc, abeille). L'héritage de l'ADN mitochondrial se ferait donc de façon strictement matrilinéaire (voir la théorie de l'Eve africaine(1)), ce que confirme l'analyse généalogique de la majorité des affections liées aux mutations de cet ADNmt.
(1) A. Wilson, R. Cann (1992). L'Afrique, berceau récent de l'homme moderne. Pour la science, 176:32-38.


2.3.8. Les modifications de l'ovocyte
La fusion de l'ovocyte et du spermatozoïde provoque l'activation de l'ovocyte. Cette activation est caractérisée par des modifications cytoplasmiques et nucléaires et par une reprise du métabolisme ovocytaire bloqué ou fortement ralenti après la première division méiotique. Elle se traduit par des modifications des concentrations ioniques du cytoplasme ovocytaire (flux de calcium). Divers agents expérimentaux (choc électrique, éthanol) sont capables d'activer un ovule non fécondé et ainsi d'initier un développement parthénogénétique. Les agents naturels de l'activation de l'ovocyte sont inconnus.
2.3.8.1. La réaction corticale
La fusion des gamètes entraîne en 5 à 15 secondes une modification du potentiel de membrane de l'ovocyte qui devient inapte à fusionner avec un autre spermatozoïde. Cette dépolarisation membranaire représente la première étape du bloc de polyspermie ou bloc primaire de polyspermie. Ce bloc primaire est transitoire. La membrane plasmique de l'ovocyte redevient capable de fusionner avec un spermatozoïde après un délai variable suivant l'espèce. Dans les 15 à 40 minutes qui suivent la fusion, le contenu des granules corticaux est exocyté probablement comme conséquence de l'onde de dépolarisation de la membrane ovocytaire (figures 2.5 et 2.6). Le contenu de ces granules pénètre la zone pellucide et y provoque des modifications qui la rendent imperméable à la pénétration et bloquent la progression des spermatozoïdes surnuméraires : c'est la réaction zonale ou bloc secondaire de polyspermie. Ce second bloc est permanent. Notons que chez le lapin, ce bloc secondaire n'existe pas. Plusieurs spermatozoïdes passent la zone pellucide, mais un seul pénètre l'ovocyte.
La monospermie est essentielle car un zygote possédant un génome aneuploïde (tripoïde, tétraploïde, ....) pour avoir été fécondé par plusieurs spermatozoïdes n'est pas viable. Cette monospermie qui assure la diploïdie du génome du zygote est le fait de plusieurs mécanismes successifs :
a) dilution énorme du nombre de spermatozoïdes éjaculés.
b) bloc primaire de polyspermie.
c) bloc secondaire de polyspermie.
Notons que l'importance relative de ces deux blocs varie d'une espèce à l'autre. Chez le lapin, le bloc primaire est d'emblée efficace alors que dans l'espèce humaine c'est le bloc secondaire qui prime comme en témoigne la rareté des spermatozoïdes surnuméraires dans l'espace périvitellin. Enfin, chez les oiseaux, la polyspermie est de règle, mais un mécanisme inconnu assure la fusion du pronucléus femelle avec un seul pronucléus mâle, garantissant ainsi la diploïdie de l'embryon.

2.3.8.2 L'achèvement de la maturation
La seconde division méiotique de l'ovocyte s'achève avec l'expulsion du second globule polaire et la formation du pronucléus femelle au sein duquel apparaissent plusieurs nucléoles (figure 2.4).
L'achèvement de cette maturation est plus tardif que la réaction corticale comme le montre la rareté des granules corticaux dans le second globule polaire qui contraste avec leur relative abondance dans le premier.
2.3.9. L'amphimixie et la première division de segmentation
Les deux pronuclei gagnent le centre de l'ovule (figure 2.4). Une quinzaine d'heures après la fécondation, leurs membranes disparaissent, leurs chromosomes se condensent et s'associent par paires homologues. La réunion de ces deux compléments est appelée amphimixie (ou syngamie). Les chromosomes réassociés par paires homologues se placent à l'équateur du premier fuseau achromatique et, endéans les 20 heures post-fécondation, le zygote se divise à la suite d'une mitose équationnelle normale. Les deux premiers blastomères sont diploïdes car chaque pronucleus aura dupliqué son ADN lors de sa formation.
C'est au moment de l'amphimixie que le sexe génétique de l'embryon est déterminé par le complément paternel chez les mammifères (X ou Y) et maternel chez les oiseaux (Z ou W). Le tableau n° 2.4 reprend le nombre de chromosomes chez diverses espèces animales.
2.4. La parthénogenèse
Dans le règne animal, la parthénogenèse est le développement d'un organisme à partir d'une cellule reproductrice vierge, exclusivement femelle(1).
Chez les mammifères, il est possible d'initier expérimentalement un développement parthénogénétique en empêchant la seconde division de maturation et en activant artificiellement l'ootide. Le second globule polaire n'est pas expulsé et les chromatides reconstituent un noyau diploïde ou forment deux pronuclei femelles qui réaliseront l'amphimixie. Il s'agit d'une parthénogenèse par définition télytoque et incomplète car systématiquement abortive. On la qualifie également de rudimentaire.
Chez les oiseaux, des cas de parthénogenèse naturelle ont été observés. La plupart de ces embryons n'ont pas atteint l'éclosion (parthénogenèse rudimentaire) mais quelques-uns ont produit des adultes mâles fertiles (dindon, figure 2.7). Elle serait réalisée par non-expulsion du second globule polaire et une activation spontanée. L'examen de ces embryons montre qu'il s'agit d'une parthénogenèse arrhénotoque car soit l'embryon possède deux chromosomes sexuels W et il dégénèrerait précocement, soit il hérite de deux chromosomes sexuels Z qui caractérisent le sexe mâle chez les oiseaux.
(1) La parthénogenèse représente un mode de reproduction assez répandu et parfaitement efficace chez beaucoup d'invertébrés, mais n'existe que rarement et souvent sous une forme abortive chez les vertébrés. On distingue plusieurs types de parthénogenèses naturelles :
La parthénogenèse est qualifiée d'arrhénotoque lorsqu'elle ne produit que des mâles. C'est le cas chez certains hymémoptères sociaux (abeilles, fourmis, guêpes) où les ovules fécondés produisent des femelles fertiles (reines) ou stériles (ouvrières) et les ovules non fécondés (et donc haploïdes) des mâles chez qui une spermatogenèse particulière maintient l'haploïdie des gamètes.
La parthénogenèse est qualifiée de télytoque lorsqu'elle ne produit que des femelles. C'est le cas de certains invertébrés (pucerons) et de quelques espèces de lézards (i.e.Cnemidophorus uniparens). Les individus produits sont diploïdes. On pense que le maintien de la diploïdie est assuré par une seconde réplication de l'ADN au cours de la méiose. Il s'agit donc d'une forme de clonage naturel puisque les descendants possèdent un génome strictement identique à celui de leur mère.
La parthénogenèse est qualifiée d'amphotérotoque lorsqu'elle produit à la fois des mâles haploïdes et des femelles diploïdes (pucerons).
D'autre part, la parthénogenèse peut être expérimentale. Elle consiste en l'activation artificielle d'un ovocyte en absence de sperme. Celle de la grenouille a ainsi été réalisée dès 1910 et est qualifiée de complète car elle mène à des adultes (mais cependant haploïdes et stériles)

2.5 Anomalies par aberrations chromosomiques
L'étude des chromosomes, et en particulier de leur structure, de leur nombre et de leur rôle dans l'hérédité est appelée la cytogénétique. Une anomalie du nombre de chromosomes ou de la composition d'une partie de l'un d'entre eux engendre des troubles souvent graves du développement embryonnaire qui provoquent la mort de l'embryon. Dans un nombre restreint de cas, l'embryon survit, mais présente des anomalies morphologiques, physiologiques ou comportementales qui l'empêchent, la plupart du temps, de reproduire l'espèce. Très occasionnellement, ces anomalies peuvent être bénéfiques et créer davantage de diversité génétique au sein d'une population, constituant ainsi le principal élément de l'évolution selon la théorie de Darwin.
La caryologie est la branche de la cytogénétique qui étudie plus particulièrement la morphologie des chromosomes.
Le caryotypage est la préparation des chromosomes d'une cellule pour en établir le caryogramme. Les chromosomes sont classés grossièrement en diverses catégories d'après la position de leur centromère :
1) Métacentrique : le centromère est à mi-chemin des extrémités.
2) Submétacentrique : le centromère est entre le centre et une extrémité.
3) Acrocentrique : le centromère près d'une extrémité.
4) Télocentrique : le centromère est à l'une des extrémités.
La plupart des aberrations chromosomiques résultent d'accidents survenus soit au cours de la méiose (répartition inégale des chromosomes dans les gamètes) soit au cours des premières mitoses de l'embryon (constitution d'individus mosaïques). La majorité des anomalies par aberrations chromosomiques qui permettent la survie et donc rencontrées en clinique concernent les chromosomes sexuels.
2.5.1. Introduction préalable : l'inactivation du chromosome X
Dans les années 1950-1960, Barr et al. ont observé que les cellules femelles présentent dans 20 à 60% des cas un petit corpuscule de coloration foncée généralement situé au contact de la membrane nucléaire interne. Ce corpuscule n'est qu'exceptionnellement observé chez les cellules mâles. Ils qualifièrent les cellules femelles de cellules chromatine-positives et les cellules mâles de cellules chromatine-négatives. Récemment, on a pu montrer que ce corpuscule de Barr est en fait un chromosome X inactif et condensé. En effet, le chromosome X est énorme et représente environ 5% de l'information génétique. Il est indispensable au bon fonctionnement de la cellule par les "gènes de ménage" qu'il contient.
Par contre, le chromosome Y est plus réduit et ne représente que 2% du génome. Il contient essentiellement les gènes nécessaires à la détermination du sexe mâle et quelques gènes en commun avec le chromosome X. De ce fait, il existe un déséquilibre génique entre la femelle (XX) et le mâle (XY). L'inactivation du chromosome X est un processus qui vise à annuler ce déséquilibre génique en inactivant un des deux chromosomes X chez la femelle (figure 2.8).


Ce processus d'inactivation est complexe et se caractérise par plusieurs aspects :
1) Chaque cellule est capable de dénombrer le nombre de chromosomes X qu'elle possède. Ceci lui permet de les inactiver tous sauf un, même dans le cas de trisomies XXX ou XXY. La nature du mécanisme de dénombrement est inconnue.
2) Le processus d'inactivation débute par la transcription du gène XIST (X Inactivation Specific Transcript) et la synthèse de l'ARNm correspondant. Cependant, cet ARNm ne possède aucun cadre de lecture ouvert qui corresponde à une séquence peptidique fonctionnelle et ne dirige donc aucune synthèse protéique. C'est lui qui agit directement sur le chromosome X dont il provoque la condensation et, par voie de conséquence, l'inactivation des gènes qu'il porte.
3) Ce processus d'inactivation débute au niveau des cellules du trophectoderme au stade blastocyste (cf. chapitre suivant) et concerne systématiquement le chromosome X paternel (Xp). La cellule trophectodermique possède donc la faculté de discerner l'origine parentale de ses deux chromosomes X (probablement par la présence d'empreintes génétiques). Au niveau de l'embryon, c'est au moment de la gastrulation que ce processus s'initie, mais de façon aléatoire en inactivant soit le chromosome X paternel soit le maternel car à ce stade, les empreintes génétiques parentales seraient effacées (figure 2.8).
4) L'hérédité cellulaire de l'origine parentale du chromosome X inactivé est respectée. Toutes les cellules qui descendent d'une cellule qui a inactivé son chromosome X maternel au moment de la gastrulation inactiveront également leur chromosome X maternel. Ainsi explique-t-on le fait qu'un chat tricolore (écaille de tortue) soit systématiquement de sexe femelle (à de très rares exceptions près). La distribution des taches de couleur (noire et rouge) sur un fond blanc dépend d'un ou plusieurs gènes autosomiques que peuvent exprimer les deux sexes. Par contre, le gène gouvernant la couleur de la tache est situé sur le chromosome X. Il existe deux allèles possibles : Xr (rouge) et Xn (noir). Chaque tache correspondrait à une population de cellules dérivées d'une seule cellule après la mise en place du processus d'inactivation. Le mâle ne pourra donc exprimer qu'une seule couleur, contrairement à la femelle qui peut hériter des deux allèles. La chatte qui possède les deux allèles "noir" et "rouge" de ce gène présente la distribution en "écaille de tortue".

2.5.2. Mécanismes des aberrations chromosomiques
2.5.2.1. Les accidents de la méiose
Au niveau du génome (anomalie de nombre) : une cellule qui contient un multiple exact du nombre haploïde de chromosomes est qualifiée de polyploïde. Chez nos animaux domestiques, la diploïdie est de règle, mais nous avons vu que la triploïdie ou même la tétraploïdie peut survenir à la suite de la fécondation d'un ovule par deux ou trois spermatozoïdes.
Au niveau des chromosomes (anomalie de nombre) : les deux chromosomes d'une paire ne se séparent pas et se retrouvent dans la même cellule fille (figure 2.9). Cette non-disjonction mène à la constitution d'un zygote aneuploïde. L'aneuploïdie est une augmentation ou une diminution du nombre normal de chromosomes. L'addition d'un chromosome supplémentaire à une paire homologue est qualifiée de trisomie et la perte d'un chromosome d'une paire est appelée monosomie. L'aneuploïdie peut intéresser

les chromosomes homologues (ou autosomes) et les chromosomes hétérologues (ou chromosomes sexuels).
Au niveau d'une partie de chromosome (anomalie de structure) : un chromosome peut subir diverses modifications accidentelles (figure 2.10).
a) La délétion: On parlera de délétion lorsqu'il perd un fragment. Une délétion peut être terminale si elle concerne l'extrémité ou segmentaire si elle concerne un fragment intermédiaire. Le fragment (et les gènes qu'il contient) est perdu car il ne possède pas de centromère et ne peut donc migrer sur le fuseau métaphasique.
b) L'inversion: elle se produit lorsqu'un fragment se détache et se "recolle" après une inversion de 180°.
c) Le chromosome en anneau : il s'agit de la perte d'un fragment à chaque extrémité (double délétion terminale) suivi du "recollement" des extrémités.
d) Le glissement segmentaire : plusieurs fragments contigus se détachent et se "réinsèrent" dans un ordre différent.
e) La duplication : c'est la présence de plusieurs exemplaires d'un fragment de chromosome sur le même chromosome ou le transfert d'un fragment sur l'autre homologue de la paire.
f) La translocation : c'est le transfert d'un fragment d'un chromosome sur un chromosome non homologue. Ce peut être la translocation simple d'un fragment terminal, une translocation réciproque de deux fragments terminaux, une insertion d'un fragment intercalaire ou le cas extrême de la fusion de deux chromosomes télocentriques au niveau de leur centromère pour constituer un chromosome métacentrique.
g) La mutation ponctuelle : ou mutation génique correspond à la modification d'un gène en particulier. On en connaît de très nombreux exemples.
Au niveau du centromère : le centromère se divise normalement suivant l'axe du chromosome de manière à séparer les chromatides-soeurs. La division transversale du centromère aboutit à la formation d'isochromosomes.
La sévérité des conséquences de ces événements dépend de l'importance de la perte de l'information génétique qu'ils entraînent.


2.5.2.2. Les accidents de la mitose
Les aberrations chromosomiques ont surtout des conséquences néfastes sur le développement de l'embryon lorsqu'elles se produisent au cours des premières mitoses (période de clivage) car chacune de ces 2, 4, 8 ou 16 premières cellules est à l'origine d'une proportion importante du nombre total de cellules du futur individu. Par la suite, tout dépendra de l'endroit et du moment où l'aberration se produit.
Au niveau du génome (anomalie de nombre) : la duplication de l'ADN peut ne pas être suivie par une mitose et la cellule passe de l'état diploïde à l'état tétraploïde que conserveront toutes les cellules qui en descendent. Si le phénomène se répète, la cellule devient octoploïde, etc..... Ce phénomène est classiquement observé au niveau des cellules géantes du trophectoderme (cf. chapitre de la placentation) qui peuvent contenir jusqu'à 1.024 compléments d'ADN.
Au niveau des chromosomes et parties de chromosome : comme au cours de la méiose, il peut se produire la perte d'un chromosome ou la non-disjonction d'une paire de chromatides menant à une cellule fille monosomique et une autre trisomique. D'autre part, des remaniements chromosomiques sont possibles (délétion, inversion, mutation génique, ...) et mènent également à la constitution de deux cellules filles génétiquement différentes.
Si l'un de ces événements se produit, l'organisme qui en résulte est une mosaïque(1). Il est constitué de deux (ou plus de deux) populations de cellules génétiquement distinctes. Les mosaïques autosomiques sont très rares. Les mosaïques hétérosomiques (ou gonosomiques) le sont moins. La mosaïque qui résulte de la perte d'un chromosome sexuel se notera, par exemple, X0/XX et celle qui résulte d'une non-disjonction XXY/XY.
(1) Une mosaïque est donc un individu monozygotique par opposition à la chimère qui est polyzygotique car constituée de deux (ou plus de deux) populations de cellules génétiquement distinctes provenant chacune d'un zygote.
Si un zygote de chat mâle (38 XY subit une non-disjonction des chromosomes sexuels à la première mitose, les deux premiers blastomères auront la formule 39 XXY et 37 Y0. Le blastomère Y0 dégénère rapidement car le chromosome X contient des gènes indispensables à la survie cellulaire ("gènes de ménage"). L'individu se développera entièrement à partir du blastomère XXY et présentera les anomalies génitales caractéristiques du syndrome de Klinefelter. Si par contre, la non-disjonction intervient plus tard, l'individu sera une mosaïque car composé de cellules normales (38 XY) et de cellules trisomiques (39 XXY). Cet individu sera noté XXY/XY. Dans les deux cas, ce chat mâle pourra être tricolore car les cellules XXY inactiveront spontanément un de leurs chromosomes X.

2.5.1.3. Les principales aberrations des chromosomes sexuels
2.5.1.3.1. Le syndrome de Turner
Il s'agit d'une monosomie provoquée par la non-disjonction des chromosomes sexuels du gamète mâle ou femelle lors de la méiose. Les femelles atteintes sont X0. Ce sont des femelles phénotypiques mais stériles par hyploplasie ovarienne (jument, truie, chatte, brebis).Chez la Femme, on observe également un retard mental, un retard de croissance, et diverses autres anomalies (coeur, reins, yeux, système osseux).
Notons que l'absence d'un chromosome X (syndrome de Turner) n'est pas équivalente à l'inactivation d'un chromosome X (femelle normale). On pense que l'inactivation du chromosome X ne serait que partielle. Elle ne concernerait pas une série de gènes dont l'activité transcriptionnelle doit être maintenue sur les deux chromosomes X (gènes à "effet-dose") pour assurer un développement embryonnaire harmonieux. Chez le mâle, qui ne possède qu'un chromosome X, la seconde copie fonctionnelle de ces gènes est portée par le chromosome Y. La partie de ce chromosome Y contenant ces gènes est qualifiée de région pseudo-autosomiale. Cette région, en plus des gènes qu'elle porte, serait essentielle pour l'appariement des chromosomes sexuels lors de la méiose.
2.5.1.3.3. Le syndrome de Klinefelter
Il s'agit généralement d'une trisomie des chromosomes sexuels caractérisée par la formule XXY (plus rarement XXXY, XXXXY, XXYY). Dans l'espèce humaine, les individus atteints sont des hommes souvent stériles qui présentent une hypoplasie voire une aplasie testiculaire, une gynécomastie plus ou moins prononcée, un système pileux (barbe, pubis, torse) très peu développé et une grande taille (figure 2.11). La sévérité des symptômes dépendrait du nombre de chromosomes X(1). Elle se rencontre également chez le bélier, le taureau, le bouc, le verrat, le chien et le chat. Les rares chats mâles tricolores ("écaille de tortue") sont souvent atteints de ce syndrome(2). Cette distribution de la couleur du pelage chez ces mâles montre que l'inactivation du chromosome X intervient également chez les individus XXY. Cependant, nous avons vu que l'inactivation n'est que partielle et respecte certains gènes à "effet-dose". On suppose que la présence de trois copies fonctionnelles de ces gènes à effet-dose est la cause des anomalies observées chez ces mâles. Ce syndrome serait dû à une non-disjonction des chromosomes sexuels lors de la méiose.
(1) En fait, beaucoup d'hommes XXY ne souffrent d'aucune anomalie lorsqu'un traitement à la testostérone est instauré et vivent une existence de mari et de père parfaitement normale. Une minorité présente des symptômes plus ou moins accusés qui ne répondent pas au traitement.
(2) Certains de ces chats mâles tricolores sont fertiles. Leur formule chromosomique montre qu'ils sont en fait des chimères (XX/XY ou XY/XY) résultant de la fusion de deux embryons de génotype différent.


2.5.1.3.4. Les trisomiques XXX et XYY
Les termes de "superfemelle" et "supermâle" désignaient (à tort!!) les individus trisomiques caractérisés par la formule XXX (superfemelles) et XYY (supermâles). Les Femmes XXX (voire XXXX et XXXXX) sont souvent normales, mais accusent parfois un retard mental sévère, souffrent de stérilité et d'autres malformations (à l'instar des trisomiques XXY, la sévérité des malformations s'accroît avec le nombre de chromosomes X). Les trisomiques mâles XYY ne présentent le plus souvent aucune pathologie. Ils sont féconds, parfois plus grands que la moyenne et souffrent rarement d'un retard mental(3).
(3) Ce chromosome Y surnuméraire a été qualifié dans les années soixante de "chromosome du crime". Depuis, des études statistiques et cliniques ont montré que cette appellation n'a aucun fondement scientifique. Les trisomiques XYY ne montrent, en moyenne, pas plus d'agressivité que les hommes XY.
2.5.1.4. Les animaux intersexués (ou hermaphrodites)
Chez les mammifères, les oiseaux et d'autres vertébrés, le sexe est déterminé par la formule des chromosomes sexuels (XX et XY ou ZZ et ZW). Cependant il existe plusieurs espèces de reptiles ovipares (crocodiliens, tortues, serpents, lézards) où le sexe de l'embryon est déterminé par la température d'incubation (les deux sexes ne se différencient pas par caryotypage). Enfin, de rares espèces de poissons(1) présentent naturellement un hermaphrodisme vrai.
(1) Chez ces poissons, trois catégories sont à distinguer:
a) L'hermaphrodisme synchrone : chaque individu possède des testicules et des ovaires fonctionnels. Cependant, l'autofécondation est évitée. Dans un couple, chaque individu féconde les œufs pondus par l'autre.
b) La protogynie ("d'abords femelle") : un individu commence sa vie comme femelle et participe à la reproduction de l'espèce en tant que telle. Par la suite, ses ébauches testiculaires se développent et le tissu ovarien s'atrophie. L'individu se transforme en mâle et poursuit sa vie de reproducteur comme tel.
c) La protandrie ("d'abords mâle") : c'est l'évolution inverse de la protogynie (ex. la dorade).
Chez les mammifères et les oiseaux, l'hermaphrodisme est toujours pathologique. Un hermaphrodite (ou individu intersexe) présente des caractéristiques sexuelles ambiguës. On distingue l'hermaphrodisme vrai caractérisé par la présence simultanée de tissu testiculaire et de tissu ovarien et le pseudohermaphrodisme caractérisé par la présence d'ovaires (pseudo-hermaphrodisme femelle) ou de testicules (pseudohermaphrodisme mâle).
L'hermaphrodisme vrai : un hermaphrodite vrai possède des gonades mixtes. Il est qualifié de bilatéral s'il possède deux ovotestis (mélange de tissu testiculaire et ovarien), de latéral s'il possède un ovaire d'un côté et un testicule de l'autre et d'unilatéral s'il possède un ovotestis d'un côté et un ovaire (ou un testicule) de l'autre. Le sexe phénotypique de l'hermaphrodite vrai (apparence plutôt mâle ou plutôt femelle) sera déterminé par l'importance de la

masculinisation des organes génitaux. Cette dernière dépend du niveau de production hormonale de la portion testiculaire des tissus gonadiques. L'hermaphrodisme vrai résulte le plus souvent de la fusion de deux zygotes ou de deux embryons préimplantatoires de sexes opposés. Ces individus sont des chimères et ont une formule chromosomique XX/XY. Ils sont presque tous stériles et ceux qui sont fertiles ne peuvent jamais assurer les deux fonctions de reproduction, à une exception près(2).
(2) Dans un élevage néérlandais, un lapin hermaphrodite a fécondé plusieurs femelles et fut le père de plus de 250 jeunes (sex ratio : ± 1™ : 1¢) avant de refuser de copuler. Il fut ensuite isolé, devint gestant et donna naissance à 7 jeunes normaux des deux sexes (4™ et 3¢). Il fut gardé en isolation et lors de son autopsie, il (elle?) était gestant(e) de 15 autres fœtus normaux. Il (elle) présentait à ce moment deux ovaires fonctionnels et deux testicules atrophiés. Son caryotype sexuel n'a pu être déterminé, mais l'explication la plus probable est un chimérisme XX/XY.
Frankenhuis MT et al. (1990) A case of combined hermaphrotidism and autofertilization in a domestic rabbit. Veterinary Record 16: 598-599.
Le pseudohermaphrodisme : le pseudohermaphrodite ne possède qu'un seul type de tissu gonadique (ovarien ou testiculaire) mais ses organes sexuels sont constitués par un mélange de structures mâle et femelle. Le pseudo-hermaphrodisme est le plus souvent la conséquence d'une anomalie endocrinienne.
Ainsi, la masculinisation d'un fœtus femelle ou pseudo-hermaphrodisme femelle s'observe lors d'hyperplasie congénitale des corticosurrénales (figure 2.12). Ces glandes produisent les corticostéroïdes et une faible quantité d'androgènes mais dans ce cas, l'enzyme nécessaire à la synthèse de cortisol est inefficace. En réponse à la faible production de cortisol, l'hypophyse stimule les surrénales en permanence ce qui entraîne la production de quantités anormales d'androgènes et une hyperplasie de ces glandes. Ces quantités anormales d'androgènes affectent à leur tour le développement du tractus génital femelle (hypoplasie ovarienne, tubaire et utérine, stérilité).
Un autre exemple de pseudohermaphrodisme femelle est connu sous le nom de free-martinisme(1). Lors de gestations gémellaires chez les bovins, il s'établit souvent des anastomoses entre les systèmes vasculaires des deux fœtus (figure 2.13). Si les jumeaux sont de sexes opposés, l'hormone antimüllérienne du mâle inhiberait le développement du tractus génital de la femelle (hypoplasie ovarienne, tubaire et utérine, hyperplasie clitoridienne et stérilité).

Le pseudohermaphrodisme mâle est lié soit à un défaut de production d'androgènes ou d'hormone antimüllérienne (AMH) soit à un défaut du récepteur spécifique de l'une de ces hormones indispensables au développement du tractus génital mâle. Ainsi les individus atteints du syndrome de Rivenstein ou de féminisation testiculaire (Femme, truie). Leurs testicules, dépourvus de cellules germinales sont en position inguinale (cryptorchidie). Les conduits et les glandes annexes sont atrophiés et les organes génitaux externes sont femelles (vagin, vulve et mamelles). Ce syndrome est dû à un défaut de récepteur aux androgènes. Cependant, les testicules ont produit de l'hormone antimüllérienne durant le développement embryonnaire car ces individus sont dépourvus d'oviducte, d'utérus et de la partie supérieure du vagin (figure 2.11).
Un autre cas de pseudohermaphrodisme mâle se rencontre chez les Schnauzers nains qui présentent des testicules atrophiés et cryptorchides, des conduits mâles et femelles, un pénis normal et une gynécomastie. Ce type de pseudohermaphrodisme mâle est dû à un défaut d'AMH ou du récepteur de cette hormone. Le tractus génital se masculinise sous l'action des androgènes mais l'absence d'AMH ou de son récepteur entraîne la persistance des canaux de Müller et de ses dérivés (oviductes, utérus, partie crâniale du vagin).
2.5.1.3.6. L'inversion sexuelle
Une inversion sexuelle s'observe lorsque le sexe génétique est l'opposé du sexe gonadique et phénotypique. Le cas le plus fréquent concerne les mâles XX. Ils résulteraient d'une translocation sur le chromosome X de la région du chromosome Y portant le gène Sry. Ce gène code pour un facteur de transcription qui est le "commutateur primaire" (main switch) de la détermination du sexe mâle. Ces mâles XX sont cependant stériles parce que la seule présence du gène Sry ne semble pas suffisante pour assurer le développement complet du tractus génital mâle.
Les femelles XY sont plus rares (figure 2.11). Elles résulteraient d'une mutation ponctuelle du gène Sry qui rend le facteur de transcription inactif ou d'une délétion du fragment du chromosome Y portant le gène Sry. Elles sont également stériles.
Il existe cependant au moins deux espèces de mammifères chez lesquelles on observe l'existence physiologique de femelles XY fertiles : le lemming des bois (Myopus schisticolor) et le lemming variable de l'Arctique (Dicrostonyx torquatus). Les mâles sont normaux (XY).
Chez la première espèce, il existe 3 types de femelles (cf. figure 2.14) :
a) les femelles normales XX dont la sex-ratio des jeunes est de 1™ : 1¢.
b) les femelles XX* dont un chromosome sexuel (X*) porte un gène qui inactive l'action de masculinisation du chromosome Y. La sex-ratio des jeunes est de 3™ : 1¢.
c) les femelles X*Y dont la sex-ratio des jeunes est de 4™ : 0¢ et qui donc ne produisent que des femelles. Il a été démontré que chez les femelles X*Y, le chromosome Y est activement éliminé chez les cellules germinales et que le chromosome X* est dédoublé par non-disjonction. Tous les ovules produits sont donc porteurs du chromosome X*. Fécondées par un mâle XY, ces femelles X*Y donnent naissance à des femelles X*Y et XX*.

Chez le lemming variable de l'Arctique (Dicrostonyx torquatus), il existe également trois types de femelles (figure 2.15) : les XX normales, les XX* et les X*Y mais à la différence de l'espèce précédente, les femelles X*Y produisent des mâles normaux XY. L'explication la plus plausible suggère que le chromosome Y n'est pas éliminé et que ces femelles produisent donc des ovules X* mais également des ovules Y. S'ils sont fécondés par un spermatozoïde Y, le développement du zygote YY s'arrête précocement car la présence d'un chromosome X est indispensable au développement embryonnaire. Par contre, fécondés par un spermatozoïde X, ces ovules Y mènent à la naissance d'un mâle normal XY.
Remarque : dans la littérature, le terme d'inversion sexuelle est également utilisé pour désigner les processus de protogynie et de protandrie, les cas d'hermaphrodisme et de pseudohermaphrodisme où le sexe phénotypique est franchement affirmé (mâle ou femelle) et opposé au caryotype sanguin (XX ou XY) et même les cas de transsexualité (espèce humaine).
2.6. Les anomalies par mutation de l'ADN mitochondrial
Les mitochondries, souvent désignées comme les "centrales énergétiques" de la cellule, possèdent leur propre ADN et se répliquent par elles mêmes. L’ADN mitochondrial (ou mtADN) contient l’information pour la synthèse de 13 polypeptides, sous unités d'enzymes-clé du métabolisme énergétique (cytochrome c oxydase, ATPase,...); 22 ARN de transfert (ou tARN) et 2 molécules d’ARN ribosomial (ou rARN). Comme elles sont indispensables à la survie cellulaire, une anomalie de l'ADN mitochondrial peut avoir des conséquences dramatiques pour l'individu. Les affections du génome mitochondrial provoquent surtout des encéphalo-myopathies (maladies neuro-musculaires) et plus rarement des troubles pancréatiques, hématopoïétiques et optiques (maladie de Leber ou atrophie optique à hérédité maternelle). Les deux processus responsables de ces affections du génome mitochondrial sont la délétion et la mutation ponctuelle. Généralement, ces mutations sont hétéroplasmiques car elles ne concernent qu'une partie de la population de mitochondries. La sévérité des troubles cliniques dépendra de la nature de la mutation et de la proportion des mitochondries mutées. Une mutation homoplasmique porte, elle, sur toutes les mitochondries (ex. maladie de Leber). Lorsque ces affections sont héréditaires, elles reconnaissent le plus souvent une origine maternelle puisque les mitochondries paternelles sont éliminées peu après la fécondation. Dans la plupart des cas, ces affections mitochondriales sont sporadiques et résultent d'une mutation de novo.. Enfin, certaines délétions mitochondriales sont suspectées de participer au processus de la sénescence de l'individu car la proportion de mitochondries anormales passe de 1/100.000 chez le foetus à 1/1.000 chez l'adulte.
Beaucoup de mutations de l’ADN mitochondrial n’engendrent aucun trouble. Ces mutations neutres sont très étudiées pour reconstituer l’arbre phylogénétique d’une espèce. En effet, le mtADN évolue, mute plus vite que l’ADN génomique. Son “ horloge moléculaire ” tourne plus rapidement, ce qui permet d’étudier l’évolution génétique d’une espèce au cours de périodes de temps réduites, de l’ordre de 5 à 100.000 ans (par comparaison à l’horloge moléculaire de l’ADN génomique, plus adaptée à des périodes de l’ordre de plusieurs millions d’années). Il faut cependant retenir que la précision de ces horloges moléculaires est théorique car il semble que toutes les parties d’un génome (mitochondrial ou nucléaire) ne varieraient ni à la même vitesse, ni de façon constante !


2.7. Les hybrides
Un hybride est un animal dont les parents appartiennent à deux espèces distinctes mais proches sur le plan taxonomique (même genre). Généralement, ces hybrides sont stériles car ils héritent de leurs parents deux compléments génétiques suffisamment différents pour empêcher la méiose de leurs cellules germinales de s'effectuer, mais suffisamment semblables pour permettre leur développement embryonnaire. L'exemple le plus connu est l'hybride obtenu par croisement entre le cheval (Equus caballus) et l'âne (Equus asinus). Le mulet (ou la mule) est le produit d'une jument et d'un âne et le bardot celui d'une ânesse et d'un étalon. Il existe de nombreux autres exemples d'hybrides chez les mammifères (et davantage chez les oiseaux). Le tableau 2.5 reprend quelques exemples d'hybrides rencontrés chez nos mammifères domestiques.