La fécondation de l'ovule par le spermatozoïde, filmée pour la première fois

Une fois arrivé à l'ovule, le spermatozoïde ne peut déclencher la fécondation que si son flagelle bat à la bonne cadence. Une découverte, réalisée par un doctorant français, qui montre que la fécondation est loin d'avoir livré tous ses secrets.

(photo Un spermatozoïde de souris en interaction avec un ovule six minutes après le contact initial (microscope confocal - grossissement x40)

En mars 2016, Benjamin Ravaux, un étudiant diplômé de physique à l'École Normale Supérieure de Paris, sous la direction de Christine Gourier, est parvenu à filmer, pour la première fois, la fusion entre un spermatozoïde et un ovule (chez la souris), grâce à une technique inédite. Grâce à ses vidéos, il scrute le moindre détail de cet instant crucial où le spermatozoïde atteint enfin sa cible puis fusionne avec elle. L'une de ses découvertes majeures sur la fécondation, qui a fait l'objet d'une publication dans la revue Scientific Reports, concerne le battement du flagelle du spermatozoïde. Ce dernier ne sert pas seulement à amener le spermatozoïde jusqu'à l'ovule, il permet aussi de déclencher la fécondation après l'entrée en contact, mais pour cela, encore faut-il qu'il trouve la bonne cadence !

"Si l’on empêche la bonne cadence, la fécondation n'a pas lieu"

Comme on le découvre dans la vidéo ci-dessous, issue de l'étude, une fois arrivée à l'ovule, la tête du spermatozoïde doit exercer un "pompage" de la membrane de sa cible, 1 000 fois plus grande, pendant deux minutes. Cette action, générée par le mouvement du flagelle, est une réussite si et seulement si ce dernier "arrive à maintenir une cadence de 2 battements par seconde et une amplitude d’une vingtaine de degrés dans un plan perpendiculaire à la surface de l’ovocyte", nous explique Benjamin Ravaux. Les spermatozoïdes animés d’un battement plus vigoureux, moins ample, ou encore dans un plan non perpendiculaire à l’ovocyte, sont voués à ne jamais fusionner. "Si l’on empêche la bonne cadence, la fécondation n'a pas lieu", résume le doctorant. 

Après 2 minutes de rythme intense, le mouvement du flagelle s’arrête brusquement et dans la minute qui suit, les membranes des deux cellules fusionnent pour n’en former plus qu’une. La tête du spermatozoïde, qui renferme le matériel génétique du père sous forme d’une pelote compacte d’ADN, va entamer un lent plongeon de 45 minutes dans l’ovule en s’inclinant progressivement par rapport à sa position initiale. Au cours de ce plongeon, la membrane qui délimitait le volume occupé par l’ADN paternel se détériore petit à petit, mais pourtant l’ADN reste pelotonné. Ce n’est qu’au bout de 45 minutes que l’ADN se relâche pour occuper un volume beaucoup plus important. "J'espère que ces découvertes aboutiront à des méthodes efficaces pour diagnostiquer les causes de l'infertilité et améliorer les techniques de procréation médicalement assistée", conclut Benjamin Ravaux.

Une technique pour observer la fécondation

Pourquoi était-il si difficile d'observer la fusion entre un spermatozoïde et un ovule s'avère complexe ? "Car la forte mobilité des spermatozoïdes et la grande taille des ovocytes rendent imprévisible le lieu de rencontre, explique Benjamin Ravaux. Même muni des techniques d’imagerie optiques les plus performantes, l'observateur ne saurait où positionner son objectif pour filmer la rencontre fusionnelle avec la résolution requise pour en appréhender les mécanismes et pour en déterminer la chronologie détaillée." C'est pourquoi le doctorant a conçu un dispositif lui permettant de contrôler avec précision l'emplacement de la membrane où une cellule sexuelle mâle fusionne avec un ovule : une puce en silicone étanche est disposée sur une lame de verre, un spermatozoïde est placé sur la partie inférieure de la puce et l'ovule à l'opposé, à l'intérieur d'un "coquetier" miniature. Une petite ouverture de 30 microns (millionièmes de mètres de large) se trouve en bas du "coquetier", formant une connexion avec la partie inférieure de la puce. Lorsque le spermatozoïde est inséré sur la puce, celui-ci nage à travers l'ouverture et fusionne avec l'ovule. Cette "puce-FIV" a l'avantage d'être compatible avec les technologies d'imagerie optique comme la microscopie confocale, permettant d'obtenir des images en haute résolution.