Pendant la fécondation, un ovocyte et un spermatozoïde fusionnent pour créer une nouvelle structure diploïde. Chez la femme, le processus se produit une fois que l'ovocyte a été libéré de l’ovaire, et se déplace dans les trompes de Fallope. Le processus nécessite plusieurs étapes clés : 1) les spermatozoïdes présents dans l’appareil génital doivent localiser l'ovocyte ; 2) une fois là-bas, les spermatozoïdes doivent libérer des enzymes pour les aider à creuser à travers la zone pellucide protectrice de l'ovocyte ; et 3) les membranes d’un seul spermatozoïde et d’un ovocyte doivent fusionner, le spermatozoïde libérant son contenu, y compris son noyau et son centrosome, dans le cytoplasme de l'ovocyte. Si ces étapes sont réussies, le matériel génétique des gamètes mâles et femelles se combine, et la division des cellules mitotiques commence, donnant naissance à un embryon diploïde.

Signalisation du calcium et fécondation

La liaison du spermatozoïde et de l’ovocyte entraîne divers changements, parmi eux la production d’ondes d’ions calcium (Ca²⁺) pulsant à travers l’ovocyte. Ces oscillations sont initiées par la fusion spermatozoïde-ovocyte et résultent à la fois de la libération et de l’absorption de Ca2+ endogène dans le réticulum endoplasmique d’un ovocyte et de la libération et l’admission simultanées de ces ions à partir de l’environnement extracellulaire de l'ovocyte. Fait important, la signalisation du calcium modifie l'ovocyte en conduisant les vésicules, appelées granules corticales, qui se trouvent directement sous sa membrane plasmique, à libérer leur contenu dans l’espace ouvert sous la zone pellucide. Ces contenus comprennent des enzymes qui coupent les protéines liant le spermatozoïde, ce qui modifie la surface de la zone pellucide, empêchant d’autres spermatozoïdes d’entrer ; ce processus est un type de blocage à la polyspermie, ou la fécondation par plusieurs gamètes mâles.

En outre, les ondes Ca²⁺ “ activent ” également l’ovocyte. Fait intéressant, un ovocyte est arrêté en méiose lorsqu’il est libéré de l’ovaire, et ne reprend le processus que lors de la fécondation. Cette renaissance est due, en partie, à la signalisation de Ca²⁺ induite par la fécondation, qui active les kinases dans l’ovocyte capable de relancer la division. Une fois que la méiose redémarre, l’ovocyte se divise en deux cellules : un gros ovocyte mature (également appelé ovule) contenant la majeure partie du cytoplasme, et un globule polaire plus petit qui se dissout par la suite. Après l’achèvement de la méiose, l’ovocyte contient un noyau avec un ensemble de chromosomes non dupliqué, appelé le pronucléus de l’ovule.

La fusion des pronucléus

Comme le pronucléus de l'ovule se forme, des changements se produisent également dans le matériel génétique du spermatozoïde. Initialement, la chromatine du spermatozoïde est serrée ; cependant, une fois que le noyau du spermatozoïde pénètre dans l’ovocyte, sa membrane se dissout, et les chromosomes commencent à se défaire. Une nouvelle membrane nucléaire est établie autour de la matière spermatique faiblement compactée, générant le pronucléus du spermatozoïde. Fait intéressant, le centrosome du spermatozoïde est également introduit dans le cytoplasme de l’ovocyte lors de la fécondation, et cette structure deviendra orientée entre les pronucléus de l’ovule et du spermatozoïde, formant des microtubules qui attirent ces structures les unes vers les autres. Au fur et à mesure qu’ils se rencontrent, les pronucléus perdent leurs membranes, leurs chromosomes se mêlent et le processus appelé mitose commence.