Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La stéroïdogenèse doit être méticuleusement régulée, car l'insuffisance ou l'excès d'hormones stéroïdiennes est associé à diverses affections pathologiques telles que les désordres du développement sexuel (DSD) et les cancers hormono-dépendants. Dans le testicule, les cellules stéroïdogéniques principales sont les cellules de Leydig. Des mutations affectant le nombre ou la fonction de ces cellules causent sous-masculinisation et infertilité. De plus, une exposition in utero par la mère enceinte à des perturbateurs endocriniens affecte également les cellules de Leydig diminuant les hormones INSL3 et la testostérone et causant divers désordres, dont la cryptorchidie, désordre pédiatrique le plus fréquent chez les mâles nouveau-nés. Dans ces cellules, la stéroïdogenèse est stimulée par la LH hypophysaire à travers son récepteur. Ceci stimule l'adénylate cyclase conduisant à une augmentation de la production d'AMPc et à l'activation de kinases. Ultimement, ces kinases phosphorylent des protéines cibles, telles que des facteurs de transcription. L'AMPc est ensuite transformé en AMP par des phosphodiestérases. Notre laboratoire a récemment montré que l'augmentation de l'AMP intracellulaire conduit à l'activation d'une kinase, AMPK, qui réprime activement la synthèse des hormones stéroïdiennes dans les cellules de Leydig et de la surrénale. Le mécanisme d'action et les cibles directes de l'AMPK dans les cellules stéroïdogéniques restent à être identifiés. La première hypothèse de cette étude est que l'activation de l'AMPK, qui est essentielle à la régulation de la stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig murines, agit en phosphorylant diverses protéines impliquées dans l'expression génique, telles que des facteurs de transcription, mais aussi qu'elle agit en réprimant l'expression de l'urokinase, une protéine impliquée dans la production de testostérone dans les cellules de Leydig. De plus, une deuxième hypothèse est que les organochlorés inhibent la stéroïdogenèse par des mécanismes similaires à ceux induits par l'activation de la kinase AMPK. Le but de cette étude est donc de mettre en évidence les mécanismes d'action de la kinase AMPK et des organochlorés dans la répression de la stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig. Cette thèse a permis de mettre en évidence l'implication du gène Plau, codant pour l'urokinase, dans la stéroïdogenèse des cellules de Leydig MA-10, et plus précisément sur la production de la protéine STAR. De plus, l'augmentation de l'expression du gène Plau est stimulée par l'AMPc et réprimée par l'activation de l'AMPK. Dans cette thèse, une analyse phosphoprotéomique de cellules de Leydig MA-10 dont la stéroïdogenèse a été stimulée par la forskoline seule ou conjointement à l'activation de l'AMPK a été effectuée. Le but de cette analyse est d'identifier les cibles de l'AMPK dans des cellules de Leydig MA-10 dont la stéroïdogenèse est stimulée. Cela a permis d'établir le phosphoprotéome des cellules de Leydig MA-10 après stimulation de la stéroïdogenèse, mais aussi de mettre en évidence de nombreuses protéines phosphorylées par l'activation de l'AMPK. Enfin, dans la présente étude de doctorat, une analyse protéomique a été réalisée à partir de cellules de Leydig MA-10 ayant été traités par un mélange d'organochlorés à des concentrations retrouvées dans l'environnement. Ce mélange d'organochlorés inhibe la stéroïdogenèse notamment en affectant les niveaux de la protéine STAR, ainsi que des protéines impliquées dans le transport mitochondrial, le métabolisme lipidique ou la stéroïdogenèse. Les résultats présentés dans cette thèse apportent une meilleure connaissance sur les mécanismes de répression de la stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig. / Steroidogenesis has to be meticulously regulated because steroid hormone deficiency or excess is associated with various pathological conditions such as differences of sexual development (DSD) and hormone-dependent cancers. In the testis, the main steroidogenic cells are the Leydig cells. Mutations affecting the number or function of these cells may cause submasculinization and infertility. In addition, in utero exposure via the pregnant mother to endocrine disruptors can also affect the Leydig cells, decreasing INSL3 and testosterone and causing various disorders, including cryptorchidism, the most common pediatric disorder in newborn males. In these cells, steroidogenesis is stimulated by the pituitary LH via its receptor. This stimulates adenylate cyclase leading to increased cAMP production and activation of kinases. Ultimately, these kinases phosphorylate target proteins, such as transcription factors. The cAMP is then converted to AMP by phosphodiesterases. Our laboratory has shown that increased intracellular AMPleads to the activation of the kinase AMPK, which actively represses steroid hormone synthesis in Leydig and adrenal cells. The mechanisms of action and direct targets of AMPK in steroidogenic cells remain to be identified. The first hypothesis of this study is that AMPK activation, essential for the regulation of steroidogenesis in murine Leydig cells, act by phosphorylating various proteins involved in gene expression, such as transcription factors, but also that it acts by repressing the expression of urokinase, a protein involved in testosterone production in Leydig cells. Furthermore, a second hypothesis is that organochlorines inhibit steroidogenesis by mechanisms similar to those induced by the activation of AMPK. The aim of this study is therefore to highlight the mechanisms of action of AMPK and organochlorines in the repression of steroidogenesis in Leydig cells. This thesis demonstrated the involvement of the Plau gene, encoding urokinase, in the steroidogenesis of MA-10 Leydig cells, and more precisely in the production of the STAR protein. Furthermore, the increase in Plau gene expression is stimulated by cAMP and repressed by AMPK activation. In this thesis, a phosphoproteomic analysis of MA-10 Leydig cells where steroidogenesis was stimulated by forskolin alone or together with AMPK activation was performed. The aim of this analysis was to identify the targets of AMPK in MA-10 Leydig cells where steroidogenesis is stimulated. This allowed to establish the phosphoproteome of MA-10 Leydig cells after stimulation of steroidogenesis, but also to identify many proteins phosphorylated following AMPK activation. Finally, in the present study, a proteomic analysis was performed on MA-10 Leydig cells treated with a mixture of organochlorines at concentrations typically found in the environment. This mixture of organochlorines inhibits steroidogenesis by affecting the levels of the STAR protein, as well as proteins involved in mitochondrial transport, lipid metabolism or steroidogenesis. The results presented in this thesis provide a better understanding of the mechanisms of steroidogenesis repression in Leydig cells.

Lors des dernières décennies, une diminution de la santé reproductive masculine a été observée dans plusieurs pays industrialisés et illustrés par une diminution de la qualité du sperme, une augmentation de l’incidence des cancers testiculaires, des hypospadias et de la cryptorchidie. Ces symptômes ont été regroupés sous l’appellation du « syndrome de dysgénésie testiculaire » (TDS). Une hypothèse a été émise selon laquelle le TDS est le résultat d'une perturbation de la programmation embryonnaire et du développement gonadique pendant la vie fœtale. Les perturbateurs endocriniens environnementaux seraient en partie impliqués dans l’étiologie du TDS. De ce fait, lors de mes travaux de doctorat je me suis intéressée à l’impact de deux familles de perturbateurs endocriniens environnementaux au niveau de la stéroïdogenèse des cellules de Leydig à savoir : les phtalates et les organochlorés. En effet, j’ai mis en évidence que ces deux familles de composés affectent la stéroïdogenèse des cellules de Leydig par au moins deux voies : le transport du cholestérol via la steroidogenic acute regulatory protein (STAR) et sa conversion en prégnénolone via ADXR pour les deux composés et CYP11A1 pour les organochlorés. J’ai également mis en évidence que ces deux familles de composés affectent différemment STAR, au niveau transcriptionnel pour les phtalates et au niveau post-transcriptionnel voir post-traductionnel pour les organochlorés. Enfin, l’un de mes objectifs était de valider l’absence de toxicité de nouveaux plastifiants en remplacement aux phtalates. Mes études mettent en lumière deux plastifiants verts potentiels en remplacement aux phtalates qui n’induisent pas d’effets néfastes dans les lignées de cellules de Leydig le di-octyl Succinate (DOS) et le hexanediol Dibenzoate (C6DB). / During past decades, a decline in male reproductive health has been observed in many industrialized countries as illustrated by a decrease in sperm quality, and an increased incidence of testicular cancer, hypospadias and cryptorchidism. These symptoms are grouped under the name of testicular dysgenesis syndrome (TDS). It has been hypothesized that TDS is the result of a disruption of embryonic programming and gonadal development during fetal life. Environmental endocrine disruptors were suggested to be partly involved in the aetiology of TDS. Therefore, during my doctoral work I was interested in the impact of two families of environmental endocrine disruptors: phthalates and organochlorines on Leydig cell steroidogenesis. I demonstrated that these two families of compounds affect Leydig cells steroidogenesis at least through two pathways: cholesterol transport (via STAR for both compounds) and the conversion of cholesterol to pregnenolone (via ADXR for both compounds and via CYP11A1 for organochlorines). I also highlighted that these two compounds have different effects on STAR, at the transcriptional level for phthalates and post-transcriptional/post-translational level for organochlorines. Finally, another of my goals was to validate the absence of toxicity of new plasticizers as alternatives to phthalates in Leydig cells. I revealed two potential green plasticizers C6DB and DOS that do not cause adverse effects in different Leydig cell lines.

La stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig est liée au récepteur nucléaire NR4A1. Ce récepteur nucléaire régule la transcription du gène Star qui code pour une protéine essentielle à la stéroïdogenèse. L’expression de Nr4a1 est régulée par trois promoteurs distincts dont l’activité est hormonalement régulée. Deux de ces promoteurs ont été récemment décrits et ont été nommés Nr4a1 IB et Nr4a1 IC (le promoteur original a été renommé Nr4a1 IA). Des analyses qPCR ont montré que ces promoteurs sont actifs dans les cellules de Leydig MA-10 et qu’ils répondent à une stimulation hormonale. Ces promoteurs ont été isolés et fusionnés au gène rapporteur luciférase, et des délétions 5’ progressives ont été produites. Par transfections transitoires dans les cellules de Leydig MA-10 et MLTC-1, deux zones régulatrices importantes ont été localisées pour le promoteur Nr4a1 IB : l’une pour l’activité basale et l’autre, pour l’activation hormonale par l’AMPc et la LH. Bien que la transcription de Nr4a1 soit principalement activée par la voie de l’AMPc, une stimulation par la LH active d’autres voies qui peuvent influencer son profil d’expression. La majorité des études publiées n’ont pas exploré ces voies. À cet égard, la voie PKC est en mesure d’augmenter la quantité d’ARNm et l’activité promotrice de Nr4a1. Par ailleurs, l’inhibition des kinases PKA et PKC suite à une stimulation par la LH montre un profil d’ARNm qui peut être expliqué par l’existence du promoteur Nr4a1 IB récemment identifié dans les cellules de Leydig. Ces données supportent l’existence d’une régulation de l’expression de Nr4a1 impliquant d’autres seconds messagers que l’AMPc et le calcium. Par ailleurs, de nouveaux facteurs de transcriptions ont été testés comme régulateurs des promoteurs alternatifs de Nr4a1. Ces facteurs de transcription son SRF, CLOCK et BMAL1, et c-MAF. Ces informations contribuent à une meilleure compréhension de la régulation de la stéroïdogenèse.

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Les nucléotides cycliques sont des seconds messagers intracellulaires possédant une grande importance dans la signalisation cellulaire du follicule ovarien. Les niveaux intracellulaires en nucléotides cycliques tel que l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc) dépendent de leur synthèse, assurée par l'adenylyl-cyclase (AC) ainsi que leur dégradation par les phosphodiéstérases (PDE). Ces dernières appartiennent à la superfamille des métalophosphohydrolases, elles hydrolysent le groupement phosphate en 3' des nucléotides cycliques pour produire un nucléotide 5' phosphate. Dans les cellules ovariennes, plusieurs familles de PDE ont été identifiées, agissant comme modulateurs des taux intracellulaires de nucléotides cycliques. Dans le présent projet, nous nous attarderons à étudier la signalisation cellulaire chez les cellules ovariennes impliquant l'AMPc. La régulation de ses concentrations intracellulaires affecte plusieurs processus physiologiques. Le projet s'intéresse particulièrement à une famille d'enzyme de dégradation de l'AMPc, la phosphodiestérase8A (PDE8A). Nous voulons donc valider la présence fonctionnelle de la famille de PDE8A dans les cellules ovariennes ainsi que la mitochondrie afin de comprendre l'implication de cette enzyme dans la physiologie cellulaire en s'attardant à la stéroïdogenèse, étant donné que les mitochondries sont un organite cellulaire essentiel pour la stéroïdogenèse parce qu'elles représentent le site de synthèses de plusieurs hormones stéroïdiennes. En effet, des récents travaux ont montré la famille PDE8 comme un régulateur de la stéroïdogenèse dans les cellules de Leydig. Dans cette étude, nous avons montré que le transcrit de PDE8A ainsi que sa protéine étaient exprimés dans les cellules de la granulosa, les cellules du cumulus et l'ovocyte chez le porc. Ainsi, la protéine PDE8a a été détectée par western blot dans des mitochondries isolées à partir des cellules de granulosa et des complexe ovocyte-cumulus (COC). Une co-localisation entre le signal immunoréactive de la PDE8A et le marquage réalisé par mitotracker a été observée dans les cellules de granulosa et des mitochondries isolées. De plus, la présence fonctionnelle de la PDE8 mesurée en tant qu'activité AMPc-PDE sensible au PF-04957325 a été détectée dans des cellules de la granulosa et des mitochondries isolées supportant la présence fonctionnelle de la PDE8A dans les mitochondries isolées. De ce fait, cette observation soutient encore la localisation fonctionnelle mitochondriale de la PDE8A. Une association entre la mitochondrie et la PDE8A a aussi été démontrée par immunomicroscopie électronique qui a confirmé l'ancrage de la protéine sur la membrane mitochondriale externe. Pour évaluer l'implication de la mitochondrie dans la stéroïdogenèse, l'effet de PDE8A sur la production de progestérone a été mesuré dans les complexes ovocyte-cumulus en utilisant le PF-04957325 comme un inhibiteur spécifique de PDE8. Lorsque les COC sont cultivés sans FSH, un niveau basal de progestérone est mesuré. Par contre en présence de FSH une augmentation significative de sécrétion de progestérone est observée. En utilisant un inhibiteur spécifique de la PDE8 (PF-04957325) avec la FSH nous avons obtenu une augmentation encore plus importante de la sécrétion de progestérone. Ces résultats démontrent la présence fonctionnelle de PDE8A dans les cellules de la granulosa et les complexes ovocyte-cumulus. Puisque les mitochondries sont l'une des localisations de PDE8A, l'effet de l'inhibiteur spécifique de PDE8 sur la sécrétion de progestérone soutient la contribution mitochondriale de PDE8 dans la stéroïdogenèse.

Les stéroïdes sont des composés exerçant une action hormonale variée et très importante au sein de l'organisme. Les mécanismes de synthèse, d'action et de régulation des stéroïdes ont été le sujet de nombreuses études depuis plus de cent ans et pourtant il reste encore beaucoup à découvrir au gré des avancements de la recherche. L'inhibition des enzymes impliquées dans la biosynthèse des stéroïdes est une technique fréquemment utilisée afin de clarifier le rôle de l'enzyme au sein de la stéroïdogénèse. Les inhibiteurs sont souvent utilisés dans ce but. Les récentes découvertes sur TARN interférence ont permis d'ajouter les siRNAs comme arsenal pour inhiber la synthèse de l'enzyme. Dans cette thèse, trois volets sont abordés, soit la mise au point d'une méthode d'inhibition des enzymes de la stéroïdogénèse basée sur le principe d'ARN interférence, l'analyse des voies de biosynthèse des estrogènes et des androgènes et la régulation des enzymes responsable de la synthèse des stéroïdes sexuels par microARN. Le premier volet comprend une analyse de trois techniques différentes d'inhibition par ARN interférence et un article contenant un résumé de la construction d'un vecteur shRNA qui a permis d'inhiber l'activité de l'enzyme 3β-hydroxystéroïde déshydrogénase/[delta]5-[delta]4-isomérase humaine de type 1. Le deuxième volet décrit la caractérisation de la voie de biosynthèse de 1'estradiol en utilisant les cellules du choriocarcinome placentaire, JEG-3 comme modèle. Il décrit également la caractérisation de la voie de biosynthèse des androgènes en utilisant les cellules de sébocyte immortalisé, SZ-95 et les cellules du cancer de la prostate DU-145 comme modèle. Le troisième volet de la thèse présente une étude de l'inhibition de l'expression de l'enzyme PSDR1 par le microARN hsa-miR-449a. Grâce à ces études, nous avons pu démontrer que contrairement à ce qui est décrit dans la littérature, la formation de la testosterone dans les voies de biosynthèse des stéroïdes sexuels actifs dans les tissus périphériques n'est pas essentielle. Nous avons également démontré que l'expression de PSDR1, une enzyme potentiellement impliquée m dans la biosynthèse du DHT, serait modulée par un mécanisme de régulation encore peu connu, les microARNs.

L'HBP est une pathologie très fréquemment associée au vieillissement pouvant être source de complications importantes nécessitant des traitements médicaux ou chirurgicaux. Pour sa part, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué et la seconde cause de décès reliés au cancer chez l'homme. Au total , près de 75% des hommes développeront une hyperplasie bénigne entre l'âge de 55 ans et 90 ans, alors que 12% des hommes, soit un homme sur huit, développeront un cancer de la prostate. Puisque nous vivons dans une société vieillissante, le nombre d'hommes atteints de ces pathologies ne fera qu'augmenter sans cesse. C'est alimenté par la présence locale d'androgènes que le cancer de la prostate se développe insidieusement. Le dépistage des hommes au stade précoce de la maladie est essentiel à la survie des patients puisqu'elle se traite· alors efficacement. Nous avons donc évalué par immunocytochimie la pertinence des protéines AR, ERß, Cdc47 et AlbZIP comme marqueurs de maladies prostatiques. Ces travaux ont démontré qu'AlbZIP et Cdc47 pourraient être utilisés comme marqueurs diagnostiques et pronostiques de maladies prostatiques. AR joue un rôle prédominant dans la transcription des gènes impliqués dans la croissance et la prolifération des cellules prostatiques normales et cancéreuses. Bien que nous n'ayons observé aucune différence par immunocytochimie dans les niveaux d'expression de cette protéine au cours du processus de carcinogenèse, la quantification de l'ARNm de AR par hybridation in situ a bien démontré que ceux-ci étaient significativement plus élevés dans la prostate cancéreuse comparativement aux cellules prostatiques bénignes. De plus, nous avons démontré que la localisation intracellulaire combinée de la protéine AR dans le noyau et le cytoplasme pourrait potentiellement être marqueur d'un risque accru que le cancer s'étende à l'extérieur de la prostate. Enfin, pour mieux comprendre le métabolisme des androgènes dans les cellules épithéliales et stromales de la prostate humaine bénigne, nous avons quantifié par PÇ; R quantitatif en temps réel les transcrits de AR et d'enzymes de la stéroïdogenès.e impliquées dans le métabolisme des androgènes. Cette étude préliminaire tend à confirmer l'importance des deux types cellulaires dans la synthèse globale intracrine d'androgènes intraprostatiques.

L'enzynle HSD3B2 humaine et la protéine STAR de souris encodées par les gènes HSD3B2 et Star, respectivement, sont retrouvées principalement au niveau des gonades et surrénales. L'importance de STAR comme transporteur du cholestérol et de HSD3B2 comme enzyme de la stéroïdogenèse est lnise en évidence par des mutations de ces gènes causant une hyperplasie congénitale des surrénales, un pseudohermaphrodisme mâle et une insuffisance des surrénales. Un rôle pour la famille de récepteurs nucléaires orphelins NUR 77 dans la stéroïdogenèse a été considéré. En effet, NUR77 est présent dans les gonades et surrénales où son expression est fortement et rapidement induite par des horlnones qui activent certains gènes impliqués dans la stéroïdogenèse. De plus, les profils d'expression de Nur77 et des gènes RSD3B2 et Star sont corrélés. Lors de cette thèse, j'ai démontré que les promoteurs HSD3B2 et Star constituent des nouvelles cibles de NUR77. Des éléments de réponse localisés à -130 pb et -95 pb des promoteurs HSD3B2 et Star respectivement, sont essentiels et suffisants pour conférer une réponse dépendante de NUR77, et la mutation de ces élélnents . diminue leurs activités basale et homlono-dépendante dans les cellules stéroïdogéniques. Dans les cellules de Leydig, un réduction de l'expression de Nur77 par siARN réduit l'induction de l'expression de Star par l'AMPc. Également, NUR77 coopère avec des co activateurs de la famille SRC et avec des membres de la famille AP-1 dans la régulation des promoteurs RSD3B2 et Star, respectivement. De plus, le dexaméthasone, un glucocorticoïde synthétique, inhibe l'activation de Star en diminuant le recrutement de NUR77, et non SF-I, à la région proximale du promoteur Star, donnant un argument moléculaire à la suppression causée par le stress de la production de testostérone dans le testicule. J'ai démontré que la voie de signalisation des CaMK est requise pour l'expression de STAR et NUR77 en réponse à l'AMPc dans les cellules de Leydig. Ainsi, CaMKI est spécifiquement exprimé dans les cellules de Leydig. Enfin, je démontre que CaMKI coopère avec NUR 77 et MEF2 pour activer les promoteurs Star et Nur77, respectivement, dans ces cellules. Ainsi, l'identification de NUR 77 comme régulateur important des promoteurs HS1J3B2 et Star et de son mécanisme d'action aident à mieux défénir la spécificité tissulaire et la régulation hormonale de ces gènes dans les cellules de Leydig en plus de soulever un rôle pour CaMKI dans ce processus.