Pourquoi trop de spermatozoïdes gâchent l'œuf

Source: Dessin original d'Alex Martin

Des rapports bien documentés s'étendant sur 25 ans ont montré que le nombre de spermatozoïdes dégringole dans les pays industrialisés. (Voir mon article du 20 avril 2017 Going, Going, Gone: les comptages de spermatozoïdes humains plongent. ) Une chute de plus de 50% des chiffres sur une période de 40 ans a finalement suscité un intérêt médiatique actif, provoquant de terribles avertissements d'extinction humaine . Bien que beaucoup voient cela comme une bonne nouvelle pour la planète, il est peu probable que cela arrive assez vite. De plus, cette histoire a une face cachée rarement mentionnée: les résultats peu discutés indiquent que trop de spermatozoïdes peuvent aussi nuire à la fertilité.

Diagramme d'un spermatozoïde humain montrant le noyau contenant un ensemble haploïde de 23 chromosomes dans sa tête. L'ensemble comprend un chromosome sexuel unique, soit un X ou un Y.

Source: Adapté d'un diagramme de AGeremia (propre travail); via Wikimedia Commons, fichier sous licence Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Fertilisation par plus d'un spermatozoïde

Il est largement connu que la fécondation d'un ovule de mammifère par plus d'un spermatozoïde ( polyspermie ) a des effets catastrophiques. Lorsque des cellules sexuelles (ovules et spermatozoïdes) sont produites, le nombre habituel de chromosomes est réduit de moitié. Les cellules du corps humain ont généralement 46 chromosomes ( nombre diploïde ), mais une cellule sexuelle n'en contient que 23 ( nombre haploïde ). Une cellule sexuelle ne contient qu'un seul chromosome sexuel, X dans un ovule et X ou Y dans un spermatozoïde. La fusion d'un spermatozoïde avec un ovule lors de la fécondation restaure le nombre de chromosomes normaux, et des nombres approximativement égaux de descendants femelles (XX) et mâles (XY) sont produits. Si deux spermatozoïdes fécondent un ovule, les choses vont mal, ce qui donne une descendance triploïde avec 69 chromosomes avec un ensemble supplémentaire en plus de la paire maternelle / paternelle normale. Un ovule fécondé par trois spermatozoïdes reçoit deux ensembles de chromosomes supplémentaires, ce qui donne un individu quadruploïde avec 92 chromosomes. Les ensembles de chromosomes supplémentaires nuisent directement à la détermination du sexe. Un individu triploïde, par exemple, a une combinaison anormale de chromosomes sexuels (XXX, XXY ou XYY).

Œuf humain presque mature, avec ses couches environnantes (zone pellucide, corona radiata). Comme chez les autres mammifères, le jaune se limite à une touffe relativement petite de granules, tandis que la zone pellucide bloque la fertilisation par plus d'un spermatozoïde.

Source: Wikimedia Commons, image du domaine public (d'après O. Hertwig et G. Retzius.). Source: Conklin, EG (1914) Faits et facteurs de développement. Popular Science Monthly 84: 524.

On pourrait penser que tous les animaux possèdent des mécanismes efficaces pour empêcher la fécondation d'un ovule par plus d'un spermatozoïde. Cependant, dans certaines espèces de poissons et d'oiseaux, plusieurs spermatozoïdes fécondent l'œuf. Ce n'est que par la suite que des mécanismes spéciaux s'assurent qu'un seul jeu de chromosomes mâles contribue à la progéniture. Alors, pourquoi la fécondation de l'œuf par un seul spermatozoïde est-elle la règle pour les mammifères? Une connexion a été suggérée avec la taille minuscule de l'oeuf de mammifère, qui est extrêmement petit parce qu'il ne contient aucun jaune. Quelle que soit la raison, une fois que l'œuf a été fécondé, deux couches environnantes – la claire zone pellucide extérieure et la membrane d'œuf sous-jacente – empêchent généralement l'entrée de spermatozoïdes supplémentaires.

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Trop de spermatozoïdes liés à une fausse couche

John MacLeod et Ruth Gold ont fourni une première indication de l'inconvénient d'un nombre élevé de spermatozoïdes dans un article de 1957. Ils ont comparé la qualité du sperme entre des hommes dont les femmes ont connu des fausses couches répétées et des hommes qui ont engendré au moins trois enfants normaux vivants sans intervention échouée de grossesses. Étonnamment, la qualité du sperme était plus élevée dans le groupe des fausses couches. Les hommes de ce groupe présentaient des concentrations de spermatozoïdes significativement plus élevées (en moyenne plus de 100 millions / ml) et plus de spermatozoïdes mobiles (en moyenne plus de 60%). Presque deux fois plus (26% contre 14%) avaient des concentrations de sperme dépassant 200 millions / ml. MacLeod et Gold ont également noté que près d'un tiers des hommes qui ont produit quatre enfants vivants ou plus sans échouer les grossesses avaient seulement des concentrations de sperme modérées (20-59 millions / ml).

Comparaison des concentrations de spermatozoïdes entre les hommes dont les épouses ont souffert de 3 fausses couches ou plus et les pères de 3 enfants survivants ou plus. Les hommes du premier groupe présentaient des concentrations de spermatozoïdes nettement plus élevées, 26% d'entre eux en ayant plus de 200 millions / ml, contre 14% pour les pères ayant au moins 3 enfants survivants.

Source: Adapté d'une figure de MacLeod & Gold (1957).

Beaucoup plus tard, en 1975, Naghma-E-Rehan et ses collègues ont publié une analyse des échantillons de sperme prélevés avant la vasectomie de 1 300 hommes qui avaient engendré au moins deux enfants. Les concentrations de spermatozoïdes variaient largement, de 1,5 à 375 millions / ml, avec une moyenne de 65 millions / ml. Quinze hommes (un peu plus de 1%) avaient des valeurs extraordinairement élevées. Dans cette condition extrême, connue sous le nom de polyzoospermie dans les milieux médicaux, les concentrations de spermatozoïdes dépassent 250 millions / ml et le nombre total de spermatozoïdes dépasse 800 millions. Les conjoints de six de ces hommes (40%) ont connu au moins une fausse couche, contre un taux global de 7%. Pour les femmes de 25 hommes dont le nombre de spermatozoïdes était inférieur à 10 millions / ml mais qui avaient engendré deux enfants ou plus, le taux n'était que de 4%.

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Résumé des anomalies chromosomiques trouvées dans une étude à grande échelle des tissus provenant de fausses couches. Dans de nombreux cas, comme le syndrome de Down, il n'y a qu'un seul chromosome supplémentaire (trisomie), produisant un total de 47 (barres jaunes). L'addition d'un ou deux ensembles complets de chromosomes produit respectivement une triploïdie (avec 69 chromosomes) et une quadruploïdie (92 chromosomes) (barres rouges). Tr = translocations chromosomiques.

Source: Adapté d'une figure de Boué et al. (1975)

Plusieurs études de matériel fœtal de fausses couches ont montré que des anomalies chromosomiques majeures sont souvent présentes. En 1975, Joëlle Boué et ses collègues ont publié une étude historique de 1 500 cas. En analysant les fréquences relatives des différents types d'anomalies chromosomiques, ils ont estimé qu'une certaine aberration se produit dans la moitié de toutes les conceptions. Parmi ces aberrations, environ 20% avaient 69 chromosomes (triploïdie), qui pouvaient provenir de deux spermatozoïdes fécondant un ovule, tandis que 6% avaient 92 chromosomes (quadruploïdie), indiquant potentiellement trois spermatozoïdes fécondants.

Fœtus avec des ensembles de chromosomes supplémentaires

La fécondation d'un ovule par deux spermatozoïdes entraîne la présence d'un ensemble de chromosomes triploïdes, y compris trois chromosomes sexuels. Cette condition peut toutefois survenir de deux autres façons. Premièrement – en raison d'une erreur de développement – un spermatozoïde peut parfois avoir deux ensembles de chromosomes au lieu de l'habituel. Un tel spermatozoïde fertilisant un œuf produirait une condition triploïde. Deuxièmement, un ovule anormal avec deux ensembles de chromosomes pourrait être fécondé par un spermatozoïde normal.

Plusieurs études médicales ont fourni des preuves directes de la double fécondation des œufs humains, généralement avec des conséquences fatales. Presque toutes les conceptions avec triploïdie sont éliminées dans l'utérus, et les quelques qui le font survivre pendant quelques heures. Un rapport publié en 1977 par Nora Blackwell et ses collègues décrivait un nourrisson présentant de multiples anomalies graves mortes peu après la naissance. Il a été trouvé pour avoir 69 chromosomes, y compris trois chromosomes sexuels (XXY). Les caractéristiques de certains chromosomes qui ne pouvaient provenir que du père indiquaient de manière convaincante que deux spermatozoïdes avaient fécondé l'ovule.

Peu de temps après, Patricia Jacobs et ses collègues ont suivi ce rapport de cas unique avec un aperçu des origines des triploïdes humains. Leur article révolutionnaire de 1978 a examiné toutes les fausses couches sur deux ans dans une maternité hawaïenne. Pour 21 des 26 fœtus présentant une triploïdie, ils ont pu identifier la source des chromosomes supplémentaires. Un ensemble de chromosomes supplémentaires est venu du père dans 17 cas et de la mère dans 3 cas, avec un cas non résolu. D'autres calculs ont indiqué que les deux tiers des triploïdes résultaient de la fécondation par deux spermatozoïdes, un quart de la fécondation par un seul spermatozoïde avec un double jeu de chromosomes et seulement un sur dix d'un spermatozoïde normal pénétrant un ovule possédant deux séries de chromosomes. Jacobs et ses collègues ont noté que la triploïdie est relativement fréquente chez les humains, estimant qu'elle affecte 1% à 3% de toutes les conceptions détectables.

Bénéficiant de techniques plus avancées, Qinghua Shi et René Martin ont rapporté en 2000 des résultats concernant le nombre de chromosomes aberrants dans plus de 200 000 spermatozoïdes de 10 hommes chinois en bonne santé, comparativement à un échantillon similaire de 10 Canadiens en bonne santé. La fréquence moyenne des spermatozoïdes diploïdes contenant 46 chromosomes était particulièrement faible, inférieure à 0,4%. Malgré les différences marquées entre les donneurs quant à la présence de spermatozoïdes diploïdes, il n'y avait pas de distinction globale entre les hommes chinois et canadiens. Toujours en 2000, Michael Zaragoza et ses collègues ont rapporté une étude sur l'origine parentale des chromosomes dans 91 fausses couches avec triploïdie. Ils ont confirmé que la plupart des cas étaient attribuables à la fécondation de l'ovule par deux spermatozoïdes.

Implications de la polyspermie

Il y a donc des preuves évidentes que les hommes peuvent produire trop de spermatozoïdes, pas seulement trop peu. Mais les discussions sur le nombre de spermatozoïdes chez les humains et les autres mammifères se concentrent généralement exclusivement sur le besoin d'un grand nombre, sans aucune référence au risque de concentrations excessives de spermatozoïdes qui peuvent menacer le développement du fœtus. Pour cette raison, les notions unilatérales actuelles de «compétition de sperme» nécessiteront un réexamen minutieux. Michael Bedford, spécialiste des spermatozoïdes, a noté dans un article de 2008: «… il faut se méfier de l'idée qu'il existe une« race »pour atteindre les œufs non fertilisés en fonction de la vélocité des spermatozoïdes et des images de nombreux spermatozoïdes un œuf non fécondé. "

^{Les références}

^{Bedford, JM (2008) Puzzles de la fertilisation des mammifères – et au-delà. International Journal of Developmental Biology 52 : 415-426.}

^{Blackwell, NJ, Keeling, JW et Lindenbaum, RH (1977) origine Dispermic d'un triploïde 69, XXY. Génétique humaine 32 : 121-124.}

^{Boué, J., Boué, A. et Lazar, P. (1975) Études épidémiologiques rétrospectives et prospectives de 1500 avortements humains spontanés caryotypés. Tératologie 12 : 11-26.}

^{Gardner, AJ & Evans, JP (2006) Bloc de membrane de mammifère à la polyspermie: de nouveaux aperçus sur la façon dont les œufs de mammifères empêchent la fécondation par plusieurs spermatozoïdes. Reproduction, fertilité et développement 18 : 53-61.}

^{Hunter, RHF (1996) Contrôle ovarien de très faibles rapports spermatozoïdes / oeufs au début de la fécondation des mammifères pour éviter la polyspermie. Molecular Reproduction and Development 44: 417-422.}

^{MacLeod, J. & Gold, RZ (1957) Le facteur masculin dans la fertilité et l'infertilité. IX. La qualité du sperme en relation avec les accidents de la grossesse. Fertilité et stérilité 8 : 36-49.}

^{Naghma-E-Rehan, Sobrero, AJ et Fertig, JW (1975) Le sperme de l'homme fertile: analyse statistique de 1300 hommes. Fertilité et stérilité 26 : 492-502.}

^{Shi, Q. & Martin, RH (2000) Fréquences spontanées des spermatozoïdes aneuploïdes et diploïdes chez 10 hommes normaux chinois: évaluées par hybridation fluorescente in situ multicolore. Cytogénétique et génétique cellulaire 90 : 79-83.}

^{Snook, RR, Hosken, DJ et Karr, TL (2011) La biologie et l'évolution de la polyspermie: les perspectives d'études cellulaires et fonctionnelles de centrosome de spermatozoïdes; comportement dans l'œuf fécondé. Reproduction 142 : 779-792.}

^{Saragosse, MV, Surti, U., Redline, RW, Millie, E., Chakravarti, A. & Hassold, TJ (2000) Origine parentale et phénotype de la triploïdie dans les avortements spontanés: Prédominance de la diandrie et association avec la môle hydatiforme partielle. American Journal of Human Genetics 66 : 1807-1820.}