Corps humain : de la fécondation à la puberté

a) Un gamète ne contient qu'un chromosome de chaque paire : l'ovocyte et le spermatozoïde possèdent chacun 23 chromosomes. L'ovocyte porte 22 autosomes et toujours un chromosome X ; le spermatozoïde porte 22 autosomes et soit un X, soit un Y.

b) Sexe génétique féminin : 46,XX (44 autosomes + XX). Sexe génétique masculin : 46,XY (44 autosomes + XY).

c) L'ovocyte apporte toujours un X : il ne peut pas faire varier le sexe génétique. Le second chromosome sexuel provient du spermatozoïde : s'il apporte un X, la cellule-œuf est XX ; s'il apporte un Y, elle est XY. Le sexe génétique dépend donc du spermatozoïde.

d) Lors de la formation des spermatozoïdes, les chromosomes X et Y d'une même cellule se séparent : une moitié des spermatozoïdes reçoit le X, l'autre moitié le Y. À chaque fécondation, la cellule-œuf a donc à peu près autant de chances d'être XX que XY : les naissances de garçons et de filles sont en nombres voisins.

a) Il s'agit du stade indifférencié : période du développement (jusqu'à six semaines environ) pendant laquelle l'appareil génital est identique chez les embryons XX et XY. Le sexe génétique est déjà fixé, mais il ne se traduit pas encore dans l'anatomie.

b) On trouve deux gonades indifférenciées, deux paires de conduits, les canaux de Wolff et les canaux de Müller, et une ébauche commune des organes génitaux externes.

c)

Conclusion : chaque embryon possède au départ les ébauches des deux appareils ; une seule paire de conduits est conservée.

a) Une hormone est une molécule sécrétée dans le sang par des cellules endocrines ; transportée par le sang, elle agit à distance sur des cellules cibles qui possèdent un récepteur spécifique.

b) L'AMH (hormone antimüllérienne) est produite par les cellules de Sertoli des testicules embryonnaires. Sa cible est le tissu des canaux de Müller, dont elle provoque la régression.

c) La testostérone est produite par les cellules de Leydig des testicules embryonnaires. Ses cibles sont les canaux de Wolff, qu'elle maintient et fait se développer en épididymes, spermiductes et vésicules séminales, et l'ébauche des organes génitaux externes, qu'elle masculinise.

d) Un embryon XX n'a pas de chromosome Y, donc pas de gène SRY : ses gonades deviennent des ovaires et non des testicules. Or ces deux hormones sont sécrétées par les testicules embryonnaires : en l'absence de testicules, ni AMH ni testostérone embryonnaire ne sont produites.

a) Par rapport au témoin, l'embryon de l'expérience 1 a reçu de la testostérone (ses gonades ont été retirées, ce qui ne change pas le résultat attendu chez une femelle). Ses canaux de Wolff se développent au lieu de régresser et ses organes génitaux externes sont masculinisés. La testostérone maintient les canaux de Wolff et masculinise les organes génitaux externes.

b) Dans l'expérience 1, malgré la testostérone, les canaux de Müller se développent comme chez le témoin. La testostérone n'a donc aucun effet sur eux : une autre substance est nécessaire pour provoquer leur régression chez le mâle.

c) Du côté du greffon (gauche), les canaux de Müller régressent et les canaux de Wolff se développent ; du côté opposé (droit), le développement reste féminin. Le tissu testiculaire sécrète donc une substance qui fait régresser les canaux de Müller, en plus de la testostérone. L'effet se limite au côté greffé : ces substances agissent localement, là où leur concentration est forte ; la faible quantité produite par le greffon explique aussi que les organes externes soient peu modifiés.

d) Le testicule embryonnaire sécrète : la testostérone, qui maintient les canaux de Wolff et masculinise les organes génitaux externes ; l'AMH, qui provoque la régression des canaux de Müller.

a) Les deux hormones sont sécrétées dans le sang par les cellules endocrines du testicule (cellules de Sertoli pour l'AMH, cellules de Leydig pour la testostérone). Le sang les transporte dans tout l'organisme de l'embryon.

b) Une hormone n'agit que sur les cellules qui possèdent son récepteur spécifique. D'après le tableau, seul le tissu entourant les canaux de Müller possède le récepteur de l'AMH. Bien que l'AMH atteigne tous les tissus, seuls les canaux de Müller sont des cibles : ils régressent.

c) Le récepteur de la testostérone est présent dans les canaux de Wolff, que l'hormone maintient et fait se développer en épididymes, spermiductes et vésicules séminales, et dans l'ébauche des organes génitaux externes, qu'elle masculinise (pénis, scrotum).

d) Les globules rouges ne possèdent ni le récepteur de l'AMH ni celui de la testostérone. Ils ne peuvent donc pas détecter ces hormones : la présence d'une hormone ne suffit pas, il faut un récepteur.

a) Les deux concentrations sont très faibles à 8 ans (3 pg/mL d'œstradiol, 0,2 UI/L de LH), puis augmentent continuellement jusqu'à 16 ans (83 pg/mL et 5,3 UI/L). La hausse de l'œstradiol est la plus forte entre 10 et 14 ans.

b) 83 ÷ 3 ≈ 27,7. La concentration d'œstradiol est multipliée par environ 27,7 entre 8 et 16 ans.

c) Entre 8 et 10 ans : LH : 0,9 ÷ 0,2 = 4,5 ; œstradiol : 7 ÷ 3 ≈ 2,3. La LH est multipliée par 4,5 contre 2,3 pour l'œstradiol : elle augmente proportionnellement davantage. Ce décalage s'explique par la chaîne de commande : l'hypothalamus augmente sa sécrétion de GnRH, qui stimule d'abord l'hypophyse (hausse de LH) ; la LH active ensuite les ovaires, qui produisent de plus en plus d'œstradiol. L'augmentation de la LH est la cause, celle de l'œstradiol la conséquence.

d) Les premières règles surviennent à 12 ans et 9 mois, alors que l'œstradiol a nettement augmenté (entre 26 et 58 pg/mL) : les ovaires activés commencent leurs cycles. L'œstradiol provoque aussi d'autres caractères sexuels secondaires, par exemple le développement des seins et l'élargissement du bassin (ou la pilosité pubienne).

Pour chaque affirmation, on explique l'erreur et on propose une formulation correcte.

a) Ce n'est pas le nombre de X qui compte, mais l'absence du gène SRY, porté par le Y. Une personne XXY possède SRY et développe des testicules. Correction : en l'absence de SRY, les gonades deviennent des ovaires.

b) La testostérone agit sur les canaux de Wolff et les organes génitaux externes, pas sur les canaux de Müller, qui n'ont pas son récepteur. Correction : c'est l'AMH, sécrétée par les cellules de Sertoli, qui fait régresser les canaux de Müller.

c) Des embryons privés de leurs gonades développent quand même un utérus et des trompes. Correction : les canaux de Müller se développent en l'absence d'AMH ; les ovaires embryonnaires ne sont pas nécessaires.

d) Les testicules sont commandés : l'hypothalamus augmente sa sécrétion de GnRH, qui stimule la sécrétion de LH et de FSH par l'hypophyse ; ce sont ces hormones qui activent les testicules. Correction : la puberté est déclenchée par l'axe hypothalamus-hypophyse.

1. Les souris des lots 1 et 4 sont toutes XY ; elles ne diffèrent que par l'état du gène Sry. Avec un Sry fonctionnel (lot 1), les gonades deviennent des testicules ; avec un Sry inactivé (lot 4), elles deviennent des ovaires, comme chez les femelles XX (lot 2). La présence du chromosome Y ne suffit donc pas : sans Sry fonctionnel, pas de testicules ; le gène est nécessaire.

2. Les souris du lot 3 sont XX : elles n'ont pas de chromosome Y, donc aucun autre gène du Y. Le seul ajout est le gène Sry. Or une majorité d'entre elles développe des testicules, alors que les témoins XX (lot 2) ont des ovaires. Le gène Sry suffit donc à orienter la gonade vers un testicule, sans les autres gènes du Y.

3. 19 ÷ 27 × 100 ≈ 70,4. Environ 70,4 % des souris XX transgéniques ont développé des testicules. Chez les autres, le transgène ne s'est probablement pas exprimé au bon moment ou en quantité suffisante dans les gonades (par exemple selon l'endroit où il s'est inséré dans l'ADN) ; sans expression de Sry, les gonades deviennent des ovaires.

4. Le transgène agit sur les gonades, qui deviennent des testicules. Ces testicules embryonnaires sécrètent de l'AMH, qui fait régresser les canaux de Müller, et de la testostérone, qui maintient les canaux de Wolff et masculinise les organes génitaux externes. Le reste de l'appareil mâle est donc une conséquence hormonale de la présence des testicules, et non un effet direct de Sry sur ces organes.

5. Les mâles XX possèdent Sry mais pas les autres gènes du chromosome Y. On peut supposer que certains gènes du chromosome Y, autres que Sry, sont indispensables à la production des spermatozoïdes : les testicules se forment et sécrètent des hormones, mais ne produisent pas de gamètes fonctionnels.

Bilan : le gène Sry est nécessaire et suffisant pour déclencher la formation des testicules, point de départ de tout le développement mâle.

1. A et B ont la même formule, 46,XY. La seule différence est la mutation du gène SRY chez B : la substitution d'un nucléotide modifie la protéine SRY, qui devient non fonctionnelle. Or SRY déclenche la transformation des gonades indifférenciées en testicules. Sans protéine SRY fonctionnelle, les gonades de B ne deviennent pas des testicules ; elles restent à l'état de bandelettes fibreuses.

2. Les canaux de Müller régressent sous l'effet de l'AMH, sécrétée par les testicules embryonnaires. B n'a pas de testicules, donc pas d'AMH : ses canaux de Müller se sont maintenus et ont formé un utérus et des trompes, comme chez C.

3. La masculinisation des organes génitaux externes nécessite la testostérone des testicules embryonnaires. Sans testicules, pas de testostérone : les organes génitaux externes de B se sont développés sur le mode féminin et ses canaux de Wolff ont régressé.

4. À la puberté, chez C, les ovaires activés par la LH et la FSH produisent de l'œstradiol (30 à 250 pg/mL), responsable notamment du développement des seins et, avec la progestérone, des cycles. Les gonades de B n'ont aucune activité hormonale : son œstradiol reste inférieur à 5 pg/mL. Sans hormones sexuelles, les caractères sexuels secondaires n'apparaissent pas et il n'y a pas de règles.

5. Le traitement apporte les œstrogènes que les gonades de B ne produisent pas : il permet l'apparition des caractères sexuels secondaires féminins (seins, bassin) et une croissance pubertaire. En revanche, il ne peut pas rétablir la production de gamètes : les bandelettes fibreuses ne contiennent pas d'ovocytes, B ne produira pas de gamètes.

6. B possède un chromosome Y complet, sauf un gène SRY non fonctionnel, et présente pourtant un appareil génital féminin. Le phénotype masculin exige donc un gène SRY fonctionnel, puis des testicules et leurs hormones : la présence du chromosome Y ne suffit pas, c'est le fonctionnement de toute la chaîne qui compte.

1. À plus de 15 ans, ce garçon n'a ni pilosité pubienne ni augmentation du volume testiculaire (2 mL, sous le seuil de 4 mL) : il n'a pas commencé sa puberté. Sa testostérone (0,21 ng/mL) est très inférieure aux valeurs adultes (3 à 10 ng/mL), et sa LH (0,3 UI/L) comme sa FSH (0,5 UI/L) sont aussi basses. Le retard de puberté s'accompagne d'un défaut de sécrétion des hormones qui commandent et réalisent la puberté.

2. Après injection de GnRH, la LH passe de 0,3 à 7,4 UI/L, valeur comprise dans l'intervalle adulte. L'hypophyse répond normalement à la GnRH : elle est fonctionnelle.

3. 4,6 ÷ 0,21 ≈ 21,9. La testostérone est multipliée par environ 21,9 en 9 mois et atteint une valeur adulte. Stimulés par la LH et la FSH, les testicules produisent donc de la testostérone ; leur volume augmente (8 mL) et la pilosité apparaît : les testicules sont fonctionnels.

4. L'hypophyse fonctionne (question 2) et les testicules aussi (question 3). Le seul maillon qui manque est la GnRH : dès qu'on l'apporte, toute la chaîne fonctionne. L'organe en cause est l'hypothalamus, qui ne sécrète pas (ou pas assez) de GnRH.

5. Au moment de la puberté, l'hypothalamus sécrète la GnRH de façon pulsatile. Le traitement reproduit ce fonctionnement naturel, qui est celui auquel l'hypophyse répond : c'est cette sécrétion par impulsions qui entraîne une sécrétion durable de LH et de FSH.