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25.1: Spermatogenèse
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Spermatogenesis
 
TRANSCRIPTION

25.1: Spermatogenesis

25.1: Spermatogenèse

Spermatogenesis is the process by which haploid sperm cells are produced in the male testes. It starts with stem cells located close to the outer rim of seminiferous tubules. These spermatogonial stem cells divide asymmetrically to give rise to additional stem cells (meaning that these structures “self-renew”), as well as sperm progenitors, called spermatocytes. Importantly, this method of asymmetric mitotic division maintains a population of spermatogonial stem cells in the male reproductive tract, ensuring that sperm will continue to be produced throughout a man’s lifespan. As spermatogenesis proceeds, spermatocytes embark on meiosis, and each ultimately divides to form four sperm—each with only 23 chromosomes— that are expelled into the male reproductive tract. Interestingly, this is in contrast to oogenesis in women, during which only a single egg is generated for every progenitor cell.

Spermatogenesis and Capacitation

At the end of spermatogenesis, sperm demonstrate their characteristic shape: a “head” harboring minimal cytoplasm and a highly condensed nucleus, as well as a motile tail (flagellum). They are small cells, with no organelles such as ribosomes, ER or Golgi, but do have many mitochondria around the flagellum for power. Just below the head is the acrosomal vesicle which contains hydrolytic enzymes to penetrate the egg outer coat—the contents are released by exocytosis.

Sperm cells endure an additional maturation process after spermatogenesis termed capacitation. Interestingly, capacitation only occurs in sperm once these cells have been introduced into the female genital tract. Here, components of the female environment—like mucus—elicit critical changes in these gametes, among them the removal of cholesterol from their membranes. This enables different molecules to enter into sperm, such as bicarbonate ions, which can activate new proteins and increase tail movements. Such rigorous motions help sperm to navigate towards, and ultimately infiltrate, the thick protein-based zona pellucida surrounding an egg cell. In addition, cell membrane alterations lead to an increase in the concentration of calcium ions in sperm, which is also necessary for zona pellucida penetration. Thus mature sperm, demonstrating rapid tail activity and the ability to locate, bind and penetrate an egg, require the unique conditions of the female reproductive organs.

Factors that Affect Spermatogenesis

Several factors can affect sperm production. One well-documented influence is exposure to heat in the scrotum: men shown to sit for long periods of time (like cab drivers) or metal welders demonstrate increased risk of infertility or sperm with decreased motility. In addition to temperature, certain drugs have also been determined to have adverse effects on spermatogenesis. These include hormone antagonists used to address prostate conditions, cancer treatments, and even specific antibiotics. As a result, some professionals are emphasizing the need to warn men of the effects of these drugs on their reproductive health, rather than only focusing on what medications a woman planning a pregnancy should avoid.

La spermatogenèse est le processus par lequel les spermatozoïdes haploïdes sont produits dans les testicules mâles. Il commence par des cellules souches situées près du bord extérieur des tubules séminifères. Ces cellules souches spermatogoniales se divisent asymétriquement pour donner naissance à d’autres cellules souches (ce qui signifie que ces structures « se renouvellent » ainsi qu’aux progéniteurs de sperme, appelés spermatocytes. Fait important, cette méthode de division mitotique asymétrique maintient une population de cellules souches spermatogoniales dans l’appareil reproducteur masculin, assurant que le sperme continuera d’être produit tout au long de la vie d’un homme. Au fur et à mesure que la spermatogenèse se poursuit, les spermatozoïdes se lancent dans la méiose, et chacun finit par se diviser pour former quatre spermatozoïdes, chacun avec seulement 23 chromosomes, qui sont expulsés dans l’appareil reproducteur masculin. Fait intéressant, cela contraste avec l’oogenèse chez les femmes, au cours de laquelle un seul œuf est généré pour chaque cellule progénitrice.

Spermatogenèse et capacitation

À la fin de la spermatogenèse, les spermatozoïdes démontrent leur forme caractéristique : une « tête » abritant un cytoplasme minimal et un noyau fortement condensé, ainsi qu’une queue motile (flagellum). Ce sont de petites cellules, sans organites comme les ribosomes, ER ou Golgi, mais ont beaucoup de mitochondries autour du flagelle pour le pouvoir. Juste en dessous de la tête se trouve la vésicule acrosomale qui contient des enzymes hydrolytiques pour pénétrer le pelage externe de l’œuf , le contenu est libéré par exocytose.

Les spermatozoïdes subissent un processus de maturation supplémentaire après la spermatogenèse appelée capacitation. Fait intéressant, la capacité ne se produit dans le sperme une fois que ces cellules ont été introduites dans le tractus génital féminin. Ici, les composantes de l’environnement féminin, comme le mucus, provoquent des changements critiques dans ces gamètes, dont l’élimination du cholestérol de leurs membranes. Cela permet à différentes molécules d’entrer dans le sperme, comme les ions bicarbonate, qui peuvent activer de nouvelles protéines et augmenter les mouvements de la queue. Ces mouvements rigoureux aident le sperme à naviguer vers, et finalement infiltrer, l’épaisse zona pellucida à base de protéines entourant une cellule d’ovule. En outre, les altérations de la membrane cellulaire conduisent à une augmentation de la concentration d’ions de calcium dans le sperme, ce qui est également nécessaire pour la pénétration de la zona pellucida. Ainsi, le sperme mature, démontrant l’activité rapide de la queue et la capacité de localiser, lier et pénétrer un ovule, nécessitent les conditions uniques des organes reproducteurs femelles.

Facteurs qui affectent la spermatogenèse

Plusieurs facteurs peuvent affecter la production de sperme. Une influence bien documentée est l’exposition à la chaleur dans le scrotum : les hommes montrés pour s’asseoir pendant de longues périodes de temps (comme les chauffeurs de taxi) ou les soudeurs en métal démontrent un risque accru d’infertilité ou de sperme avec la motilité diminuée. En plus de la température, certains médicaments ont également été déterminés pour avoir des effets indésirables sur la spermatogenèse. Il s’agit notamment des antagonistes hormonaux utilisés pour traiter les affections de la prostate, les traitements contre le cancer, et même des antibiotiques spécifiques. En conséquence, certains professionnels insistent sur la nécessité d’avertir les hommes des effets de ces médicaments sur leur santé reproductive, plutôt que de se concentrer uniquement sur les médicaments qu’une femme qui planifie une grossesse devrait éviter.


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