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Chez les Mammifères, la fécondation est interne et implique donc un rapprochement des partenaires. Ce rapprochement se fait souvent suite à l’émission de phéromones par la femelle lorsqu’elle est réceptive et une parade nuptiale des mâles, parfois avec des luttes entre mâles en rut.
Les spermatozoïdes, produits en continue à partir de la puberté de l’animal, subissent une décapacitation dans l’épididyme par ajout de protéines qui masquent les récepteurs membranaires des spermatozoïdes. Lors de leur dépôt dans le vagin, l’acidité et la sécrétion de protéases, notamment par les muqueuses utérines, permettent la capacitation des spermatozoïdes et une hypermobilité qui leur permet de progresser dans les trompes utérines jusqu’à l’ampoule, lieu de la fécondation. Sur les centaines de millions de spermatozoïdes émis, seules quelques centaines parviennent au voisinage de l’ovocyte.
La première étape de la fécondation implique la reconnaissance de glycoprotéines ZP3 de la zone pellucide par des récepteurs membranaires des spermatozoïdes. Cette reconnaissance déclenche la réaction acrosomique, c’est-à-dire la fusion d’une partie de la membrane de l’acrosome avec la membrane plasmique de la tête du spermatozoïde, libérant des enzymes lytiques comme des hyaluronidases et mettant à nu des récepteurs aux glycoprotéines ZP2 qui permettent le maintien de la trajectoire lors de l’avancée du spermatozoïde.
Une fois la zone pellucide traversée, l’interaction entre des protéines membranaires spermatiques et des intégrines déclenchent la fusion des membranes puis la réaction corticale. Ceci entraîne une modification de la zone pellucide et bloque une fécondation ultérieure. La formation d’une membrane de fécondation est une barrière physique supplémentaire contre la polyspermie.
Les enveloppes nucléaires des gamètes disparaissent et les deux pronucléi se rapprochent. Le centriole apporté par le spermatozoïde permet la première division cellulaire par formation d’un réseau de microtubules ou spermaster.
