La gamétogenèse
La gamétogenèse est le processus de formation de gamètes, mâles ou femelles, grâce à la méiose à partir de cellules germinales. Avec ce processus, le matériel génétique de chaque cellule est divisé par deux, en reproduction sexuée (ovogenèse et spermatogenèse) ou asexuée.
Schéma des gamétogenèses mâles et femelles :
La gamétogenèse se déroule en deux divisions chromosomiques et cytoplasmiques, appelées première et deuxième division méiotique ou simplement méiose I et méiose II. Les deux comprennent prophase, prométaphase, métaphase, anaphase, télophase et cytocinèse.
Généralités
La gamétogenèse est un processus aboutissant à la formation de gamètes, à la différenciation des gamètes. Chez les animaux, on distingue la formation des gamètes mâles ou spermatogenèse, et la formation des gamètes femelles ou ovogenèse. Dans le cas de la production des deux gamètes, l'organisme est alors hermaphrodite.
Le nombre de chromosomes qui existe dans les gamétocytes est réduite de diploïde (double) à haploïde (simple), soit la moitié du nombre de chromosomes contenant une cellule normale de l'espèce en question. Ce phénomène existe avec l'apoméiose par exemple.
Chez l'animal (dont l'Homme), la gamétogenèse chez le sexe féminin est appelée oogenèse, et chez l'homme spermatogenèse.
Pour la plupart des organismes, les gamètes mâles et femelles sont se distinguent par leur taille (anisogamie) : le gamète femelle est grand et possède souvent des substances de réserve (macrogamète, mégagamète), tandis que le gamète mâle est beaucoup plus petit (microgamète). Quand un ovule et un spermatozoïde du même organisme se confondent (la plasmogamie), ils forment un zygote. La fusion de deux noyaux (la caryogamie) - le critère de la reproduction sexuée - permet de créer une cellule diploïde pouvant devenir un nouvel organisme, porteur de l'ADN des deux parents. Pour la formation des cellules sexuelles haploïdes à partir des cellules diploïdes normales constituant un organisme, il utilise une version de la division cellulaire appelée méiose. Dans la méiose, quatre cellules haploïdes émergent d'une cellule diploïde. Chacun des gamètes résultants a l'un des deux chromosomes présents dans chaque paire.
Voir aussi la gynogenèse et l'androgenèse (et l'hydridogenèse).
Chez les plantes, il existe deux cas principaux de gamétogenèse : la microgamétogenèse qui est le processus de formation du gamétophyte mâle et la mégagamétogenèse (ou macrogamétogenèse) qui est le processus de formation du gamétophyte femelle.
Gamétozoogenèse (diplontes)
Chez tous les animaux multicellulaires (métazoaires Metazoa), la gamétogenèse (ou gamétozoogenèse) est associée à une division de réduction (méiose). Avec elles, toutes les cellules du corps sont diploïdes (double jeu de chromosomes); seuls les gamètes sont dus à la méiose haploïde (simple jeu de chromosomes) et forment à leur union (fécondation) un zygote diploïde, à partir duquel naît la progéniture. De tels organismes s'appellent des diplontes.
Dans le cas des humains et mammifères, le processus est conçu pour produire du sperme et est appelé spermatogenèse, se déroulant dans les testicules. Pour les femmes, le résultat est la production d'ovocytes (oocytes), le processus est appelé ovogenèse et a lieu dans les ovaires.
Au cours de la méiose I (phase mitotique), les membres de chaque paire de chromosomes homologues se réunissent d'abord, puis sont séparés par le fuseau mitotique et sont répartis dans les différents pôles de la cellule. Les chromatides soeurs de la méiose II forment chaque chromosome séparé et répartissent dans les noyaux de nouvelles cellules. Au cours de ces deux étapes successives, il n'y a pas de phase S (réplication de l'ADN).
La méiose n'est pas un processus parfait, parfois les erreurs en mitose sont responsables de grandes anomalies chromosomiques. La méiose est capable de maintenir constant le nombre de chromosomes de cellules de l'espèce à maintenir l'information génétique.
En général, les membres d'une paire de chromosomes ne sont pas à proximité, soit dans la cellule au repos ou pendant seulement la phase mitotique. Au moment de la division cellulaire, ils entrent en contact intime au cours des divisions méiotiques ou de la maturation des cellules germinales.
Gamétophytogenèse (haplontes)
Chez les haplontes, toutes les cellules du corps sont haploïdes et seul le zygote est diploïde. Par conséquent, la gamétogenèse n'est pas associée à la méiose. C'est le cas de nombreuses algues (gamétophytogenèse). La gamétophytogenèse des diplohaplontes est caractérisée par un changement de générations haploïdes et diploïdes, la gamétogenèse se déroule sans méiose. Cela inclut toutes les plantes (supérieures).
Microgamétogenèse (plantes)
La microgamétogenèse (gamétogenèse mâle) est le processus de formation du gamétophyte mâle, comme une sorte de spermatogenèse chez les plantes à fleurs qui produisent du pollen. Le processus existe dans les anthères des étamines et permet le développement des microgamètes à partir des cellules-mères à l'intérieur du microgamétophyte.
Autrement dit, la microgamétogenèse est le processus de reproduction des plantes où un microgamétophyte se développe dans un grain de pollen jusqu'au stade tricellulaire (pollen tricellulaire) de son développement. Chez les plantes à fleurs, la microgamétogenèse se déroule avec une cellule mère de microspores à l'intérieur de l'anthère de la plante.
La microgamétogenèse est différente de la microsporogenèse. En effet, la microgamétogenèse est le processus de formation de gamètes mâles à partir du noyau cellulaire génératif présent à l'intérieur du grain de pollen par mitose. Le microsporange est le lieu où se déroule la microsporogenèse. La microsporogenèse est le processus de formation de grains de pollen (microspores) à partir du tissu sporogène.
Des températures optimales et élevées au cours de la microsporogenèse et de la microgamétogenèse ont permis de révéler qu'un stress thermique existant uniquement pendant la formation des microspores peut se manifester plus tard sur le gamétophyte mâle. Les données ont montré que la réduction drastique de la fonctionnalité des gamétophytes mâles intervenait même si le nombre de grains de pollen bien développés à la déhiscence des anthères était comparable à celui du pollen développé à une température optimale. D'autres analyses microscopiques sur l'ontogenèse du pollen ont expliqué les relations entre une température élevée au cours de la microsporogenèse et une forte réduction de la fonctionnalité des gamétophytes mâles.
Mégagamétogenèse (plantes)
La microgamétogenèse (ou macrogamétogenèse, gamétogenèse femelle) forme le mégagamétophyte (ou macrogamétophyte) femelle, comme une sorte d'oogenèse qui forme une oosphère dans le sac embryonnaire. Le processus de formation a lieu dans un ovule de la plante, à la base d'un carpelle de pistil (composé de plusieurs carpelles).
Gamétopathie
La gamétopathie ou les dommages causés aux cellules germinales font référence à des maladies congénitales ou à des malformations causées par un trouble de la gamétogenèse. Ce sont des défauts déjà présents dans l'ovule ou le spermatozoïde menant à la fécondation. Ce sont soit des défauts survenus dans le contexte de la méiose, soit des mutations de gènes. Un défaut congénital dont la cause n'est pas dans les gamètes, mais dans le développement ultérieur du foetus, est appelé foetopathie.
Par exemple, si une paire de chromosomes ne se sépare pas au cours de la méiose (non-disjonction), le chromosome en question est dupliqué dans une cellule fille et pas du tout dans l'autre. Dans ce dernier cas, la cellule fille périt habituellement. Si deux gamètes, dont l'un contient un double chromosome, fusionnent lors de la fécondation, ce chromosome est présent trois fois dans toutes les cellules suivantes, ce qui peut entraîner de graves désordres.
Des exemples de gamétopathie sont la trisomie 21 (syndrome de Down) et le syndrome de Turner chez l'Homme.
Gamétogenèse in vitro
La gamétogenèse in vitro (IVG) est une procédure permettant d'obtenir artificiellement des gamètes fonctionnels (spermatozoïdes et ovules) à partir de cellules différenciées de l'individu adulte, telles que les cellules de la peau.
Cette technique implique de prendre des cellules cutanées différenciées d'un adulte et de les reprogrammer pour qu'elles se comportent comme des cellules souches embryonnaires pluripotentes ou des cellules souches induites pluripotentes. Plus tard, ils sont stimulés pour se différencier en ovules et en spermatozoïdes, qui sont utilisés pour la génération in vitro d'un embryon qui sera implanté dans un utérus adulte en bonne santé.
Déjà en 1962, John Bertrand Gurdon avait montré que les cellules différenciées maintenaient la pluripotence et, en 2006, Shinya Yamanaka avait découvert l'existence de quatre gènes impliqués dans la capacité de différenciation : Oct3/4, Sox2, Kfl4 et C-Myc. Une fois que la cellule s'est différenciée, l'expression de ces gènes est inhibée (perd la capacité de se différencier à nouveau). Cependant, la réactivation de tels gènes peut amener les cellules somatiques adultes différenciées à se différencier en cellules souches pluripotentes induites.
Reconnaissant leur contribution à la science, les deux scientifiques ont reçu le prix Nobel en 2012 et, même si à ce jour il n'a été réalisé que sur des souris, il est prévu qu'à l'avenir la technique puisse être réalisée chez l'homme, avec tous les les implications éthiques et juridiques que cela implique.
Les experts qualifient cette technologie de prometteuse et affirment qu'elle peut potentiellement améliorer les techniques actuelles de fécondation in vitro. De plus, si cela pouvait être réalisé chez l'homme, les applications seraient très nombreuses. D'une part, cela faciliterait le processus d'obtention d'échantillons et permettrait de se passer des interventions chirurgicales dans les cas où l'extraction des gamètes est compliquée. D'autre part, c'est une bonne alternative pour les couples incapables de fabriquer des gamètes mais qui souhaitent avoir leurs propres enfants. De même, cela éviterait aux femmes de s'exposer à des doses élevées de médicaments lorsqu'il s'agit de récupérer les oeufs nécessaires à la fécondation in vitro, ce qui existe souvent de nos jours.
Bien que les avantages potentiels de cette technique soient nombreux, le plus gros obstacle auquel sont actuellement confrontés les comités d'éthique, cela permettrait également aux couples de même sexe d'avoir des enfants biologiques et aux femmes célibataires de concevoir sans la nécessité d'un donneur masculin.
En rapport avec "gamétogenèse"
Un gamète est une cellule sexuée reproductrice mâle ou femelle. Cette cellule reproductrice sexuelle est produite dans les glandes sexuelles ou gonades.
Une gonade est une glande sexuelle reproductrice. Il s'agit de l'ovaire chez la femelle, du testicule chez le mâle ou de l'ovotestis comme glande...
L'ovogenèse est le développement et la différenciation des gamètes femelles ou ovules (cellules de la lignée germinale) chez des animaux multicellulaires...
La spermatogenèse est un processus de gamétogenèse mâle avec développement des spermatocytes ou spermatozoïdes dans l'organe reproducteur mâle...