Les neurones à Kisspeptine (Kp) de l'AVPV sont essentiels pour la survenue du pic de LH. Celle-ci est conditionnée par les concentrations circulantes d'oestrogènes (E2) et le moment du jour. Nous avons étudié si les neurones à Kp de l'AVPV étaient le lieu d'intégration de deux messages chez des souris sauvages intactes : un message E2, et un message temporel. Nous voulions savoir si ces neurones hébergeaient une horloge secondaire impliquée dans la temporalité du pic de LH. Durant l'après-midi du proestrus, une baisse drastique de l'immunoréactivité (ir) de Kp apparaît 2h avant la survenue du pic de LH au moment où l'expression de l'ARNm Kiss1 est élevée. Au contraire durant le diestrus, Kpir,l'expression de l'ARNm Kiss1 et les concentrations circulantes de LH restent basses. Les neurones à Kp de l'AVPV expriment une protéine horloge PER1 avec un rythme journalier exhibant un retard de phase de 2.8 h en diestrus comparativement au proestrus. Des explants d'AVPV exprimant les Kp provenant de souris PER2::LUCIFERASE dévoilent des oscillations circadiennes soutenues avec une période de 23.2h, significativement plus courte que celle observée dans les NSC. L'incubation des explants d'AVPV en présence d'E2 (10nM) rallonge la période d'une heure. En conclusion, cette étude indique que les neurones à Kp de l'AVPV présentent un rythme journalier dépendant des E2, qui pourrait être piloté par la présence d'une horloge secondaire au sein de ces neurones. / The kisspeptin (Kp) neurons in the anteroventral periventricular nucleus (AVPV) are essential for the preovulatory LH surge, which is gated by circulating estradiol (E2) and the time of day. We investigated whether AVPV Kp neurons in intact female mice may be the site in which both E2 and daily signals are integrated and whether these neurons may host a circadian oscillator involved in the timed LH surge. In the afternoon of proestrous day, Kp immunoreactivity displayed a marked and transient decrease 2 hours before the LH surge. In contrast, Kp content was stable throughout the day of diestrus, when LH levels are constantly low. AVPV Kp neurons expressed the clock protein period1 (PER1) with a daily rhythm that is phase delayed compared with the PER1 rhythm measured in the main clock of the suprachiasmatic nuclei (SCN). PER1 rhythm in the AVPV, but not in the SCN,exhibited a significant phase delay of 2.8 hours in diestrus as compared with proestrus. Isolated Kp expressing AVPV explants from PER2::LUCIFERASE mice displayed sustained circadian oscillations of bioluminescence with a circadian period (23.2 h) significantly shorter than that of SCN explants(24.5 h). Furthermore, in AVPV explants incubated with E2 (10 nM to 1 μM), the circadian period was lengthened by 1 hour, whereas the SCN clock remained unaltered. In conclusion, these findings indicate that AVPV Kp neurons display an E2-dependent daily rhythm, which may possibly be driven by an intrinsic circadian clock acting in combination with the SCN timing signal.

Notre objectif a été d'étudier l'origine et l'évolution du système kisspeptine, un nouvel acteur du contrôle de la reproduction. L'analyse de génomes d'espèces occupant des positions clés dans la classification des vertébrés nous a permis de réévaluer la diversité des kisspeptines (Kiss) ainsi que celle de leurs récepteurs (Kissr). A partir des données obtenues, nous avons pu proposer une nouvelle classification des familles Kiss et Kissr, basée sur des critères phylogénétiques et synténiques. De plus, nous avons montré que la diversité des Kiss, d'une part, et celle des Kissr, d'autre part, résultent des deux événements de duplication génomique (1R et 2R) survenus à la base des vertébrés. Des pertes de gènes ont ensuite diminué le nombre de Kiss et Kissr chez les vertébrés, notamment en annulant l'impact de la 3R, propre aux téléostéens. Nos résultats ont révélé des histoires évolutives complexes ayant conduit à la perte ou à la conservation de Kiss et Kissr différents selon les lignées de vertébrés. Afin d'aborder les mécanismes évolutifs qui ont pu mener à la conservation de plusieurs Kiss et Kissr chez un même organisme, nous nous sommes intéressés à l'anguille européenne qui possède, comme nous l'avons montré, deux Kiss et trois Kissr. L'étude de ce modèle a apporté un éclairage nouveau sur la fonctionnalité de ce système chez les vertébrés, avec la découverte d'un effet inhibiteur sur l'expression de la LHβ hypophysaire, alors que certains composants du système pourraient avoir un rôle stimulateur classique sur la GnRH cérébrale. Cette thèse a permis d'illustrer la complexité du système kisspeptine, tout en clarifiant sa classification et son histoire évolutive

Le kisspeptine est un peptide, encodé par le gène Kiss1, qui joue un rôle majeur dans le contrôle central de la fonction de reproduction en régulant la sécrétion du GnRH après la naissance. Les neurones exprimant Kiss1 apparaissent avant la naissance exclusivement dans le noyau arqué. Les objectifs de cette thèse étaient de décrire comment le système s‟organise avant la naissance en fonction du sexe à une période où il existe chez le mâle un pic prénatal de testostérone, puis de déterminer si cette organisation pouvait être influencée par les stéroïdes sexuels. Nos résultats ont permis 1) de caractériser précisément chez la souris la mise en place des cellules kisspeptine en fonction du sexe et d‟identifier un gradient de différenciation antéro-postérieur sexe-indépendant 2) de mettre en évidence une interaction réciproque avec les neurones à GnRH, chez les mâles et les femelles, suggérant ainsi une certaine maturité du système 3) de montrer la diversité des récepteurs aux stéroïdes sexuels déjà exprimés par ces cellules avant la naissance ainsi que l‟émergence d‟un dimorphisme sexuel 4) de démontrer la sensibilité et la réponse morphologique à l'oestradiol de ces cellules in vitro après la mise au point du premier modèle de culture primaire de cellules kisspeptine. / Kisspeptin neurons express the Kiss1 gene encoding kisspeptin, a potent neuropeptide secretagogue of gonadotropin releasing hormone (GnRH) that plays a fundamental role in regulation of reproductive life cycles after birth. Neurons expressing Kiss1 appear before birth only in the arcuate nucleus. The overall purpose of this study is to understand how kisspeptin neurons are set up during fetal development, if and how estrogen signaling in these cells could interfere with their development at a time of a prenatal testosterone peak in male. Our finding showed 1) precisely the placement of kisspeptin cells as a function of sex and to identify a sex-independent anteroposterior differentiation gradient 2) a reciprocal interaction with GnRH neurons, in males and females, thus suggesting a certain maturity of the system 3) the diversity of sexual steroids receptors already expressed by these cells before birth as well as the emergence of a sexual dimorphism 4) sensitivity and morphological response to estradiol of these cells in vitro after the development of the first primary culture model of kisspeptin cells.

Les hypogonadismes hypogonadotropes congénitaux (CHH) sont des maladies héréditaires caractérisées par un déficit de sécrétion des gonadotrophines par l’hypophyse, à l’origine d’une infertilité ou d’une absence complète de puberté. On distingue les formes isolées avec olfaction normale (nCHH) et les formes syndromiques associant au déficit gonadotrope d’autres signes, tel qu’un défaut d’olfaction dans le cas du syndrome de Kallmann (SK), la forme plus fréquente de CHH. Les gènes identifiés dans le SK participent au développement embryonnaire et les gènes des nCHH sont impliqués dans la régulation de la sécrétion de la GnRH ou de son action. A ce stade, deux populations de neurones hypothalamiques gonadotropes sont connues, le neurone à GnRH et le neurone KNDy, sécrétant les Kisspeptines et la Neurokinine B. On estimait que l’ensemble des gènes identifiés couvraient moins de 20% des étiologies génétiques. L’objectif de ce doctorat était d’étudier prévalences et mécanismes physiopathologiques des gènes connus et d’identifier de nouvelles étiologies génétiques de CHH. Dans la première partie, nous avons caractérisé la fonctionnalité de tous les variants identifiés sur les gènes KISS1R, TACR3 et TAC3. Cela a permis de préciser les prévalences chez 600 patients, d’identifier un profil neuroendocrinien propre à l’altération de la signalisation Neurokinine B et de démontrer l’implication des Kisspeptines au cours de la vie embryonnaire. Enfin, nous proposons un modèle d’interaction entre le neurone à GnRH et le neurone KNDy. Dans la seconde partie, nous avons identifié deux nouveaux gènes, SEMA3A dans une forme familiale de SK et PNPLA6 dans une forme familiale rare de CHH syndromique. En conclusion, notre connaissance accrue des formes génétiques de CHH, a permis de développer un panel d’exome ciblé dédié au diagnostic par séquençage nouvelle génération permettant l’analyse simultanée de gènes candidats et de gènes connus. / Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) is characterized by deficient or absent pubertal development due to deficient or absent secretion of the pituitary gonadotropins. The many known genetic causes are generally classified into distinct nosological groups. One comprises abnormalities that affect the pre-natal development or migration of GnRH neurons, the paradigm of which is Kallmann syndrome. The other encompasses molecular abnormalities that only affect hypothalamic GnRH synthesis, GnRH release or GnRH signaling at pituitary level. At this stage, two populations of hypothalamic neurons implicated in a gonadotrop function are identified, GnRH neurons and KNDy neurons secreting kisspeptins and neurokinin B. All of the identified genes would represent less than 20% of genetic etiologies.The aim of this PhD was to study the prevalence and pathophysiology mechanisms of known genes and to identify new genetic etiologies of CHH.In the first part, we characterized the function of all molecular events identified on KISS1R, TACR3 and TAC3 genes. Prevalences were estimated in 600 patients. A particular neuroendocrine profile was identified in patients presenting an alteration of neurokinin B signaling. Importance of Kisspeptins during embryonic life was validated. According to these data, a model of interaction between GnRH and KNDy neurons was proposed.In the second part, we identified two new CHH genes using various molecular genetics approaches. SEMA3A was identified in a familial form of Kallmann syndrome and PNPLA6 in a rare familial form of CHH.Finally, our increased knowledge of the various genetic forms of CHH allows proposing a new genetic approach based on next generation sequencing to test together all known and several candidate genes.

La reproduction est intimement liée à la balance énergétique, particulièrement chez les espèces sauvages exposées à des variations larges de leur environnement. L’objectif de cette thèse était d’étudier les mécanismes centraux qui régissent la régulation saisonnière de ces deux fonctions chez la gerboise. Nos résultats montrent une augmentation coordonnée au printemps de l’expression des gènes codant pour les neuropeptides impliqués dans la régulation de la reproduction et de la prise alimentaire, et rapportent des effets opposés de deux peptides classiquement considérés comme régulant la reproduction, Kisspeptine et RFRP-3, sur la prise alimentaire de la gerboise femelle ; un effet inhibiteur de Kisspeptine ayant lieu uniquement au printemps, et un effet activateur de RFRP-3 s’observant pendant les deux saisons. De plus, nous proposons que Kisspeptine et RFRP-3 exercent leurs effets sur la prise alimentaire via des actions sur des structures cérébrales dédiées au contrôle métabolique, notamment POMC et NPY. Dans l’ensemble, ces résultats renforcent notre hypothèse d’une coordination centrale de l’activité de la reproduction et de la prise alimentaire chez la gerboise et suggèrent une modulation de cette coordination en fonction du sexe et de l’environnement saisonnier. / Reproduction is intimately related to energy balance, especially in wild species exposed to marked seasonal changes in their environment. The aim of this thesis was to study the central mechanisms governing the seasonal regulation of these two functions in the jerboa. Our results reveal a spring coordinated increase in the expression of genes encoding neuropeptides involved in the regulation of reproduction and food intake, and report opposite effects of two central regulators of reproduction, Kisspeptin and RFRP-3, on food intake in the female jerboa; an inhibitory effect of Kisspeptin that occurs only in spring, and activatory effect of RFRP-3 observed in both seasons. Moreover, we propose that Kisspeptin and RFRP-3 display their effects on food intake via actions on brain structures dedicated to metabolic regulation, mainly POMC and NPY. Overall, these results strengthen our hypothesis of a central coordination of the jerboa’s reproductive activity and food intake and suggest a modulation of this coordination that depends on sex and seasonal environment.

Ce travail a consisté à analyser, par des approches toxicocinétiques (TK) et mécanistiques, les effets oestrogéniques du Bisphenol A (BPA) sur un biomarqueur précoce et sensible : la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) chez la brebis prépubère ovariectomisée. La plus faible concentration plasmatique en BPA induisant une inhibition de LH s'est avérée proche des concentrations maximales décrites chez l'Homme. Cette inhibition de LH pourrait impliquer une inhibition des systèmes neuronaux à kisspeptine. L'approche TK comparative d'espèces a montré que la clairance du BPA est toujours élevée, proche du débit sanguin hépatique. Pour une exposition à la dose journalière admissible, cette approche permet de prédire chez l'Homme des concentrations en BPA très inférieures à celles associées à une inhibition de LH dans notre modèle. / The goal of this thesis was to analyse through toxicokinetic (TK) and mechanistic approaches the estrogeno-mimetic effects of bisphenol A (BPA) on a precocious and sensitive biomarker: LH secretion in ovariectomized female lambs. The lowest plasma BPA concentrations associated to an inhibition of LH secretion appeared to be close to the highest one reported in human. LH suppression could be mediated by an inhibition of hypothalamic kisspeptin systems. The multispecies TK approach showed that BPA clearance is always high and equivalent to the liver blood flow. For an exposure scheme corresponding to the tolerable daily intake, this approach allows to predict human BPA concentration much lower than the one associated to LH inhibition in our highly sensitive lamb model.

Chez la souris, la puberté de la femelle est accélérée par des phéromones urinaires émises par le mâle (effet Vandenbergh). Les mécanismes neuroendocriniens sous-Jacents et les conséquences comportementales restent peu connus. Par une approche multidisciplinaire alliant immunohistochimie, chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse et chirurgie expérimentale, mon travail de thèse montre que les neurones synthétisant la kisspeptine, un neuropeptide hypothalamique jouant un rôle essentiel dans le contrôle de la puberté, sont régulés positivement par les phéromones accélératrices de la puberté. Les neurones à kisspeptine reçoivent le signal phéromonal via le système olfactif accessoire et le transmettent aux neurones à GnRH. De plus, des analyses comportementales montrent qu’outre leur effet physiologique connu, les phéromones accélératrices de la puberté modifient à long terme le comportement sexuel de la souris femelle. En effet, la préférence de la femelle pour l’odeur du mâle s’exprime plus tôt à l’âge adulte après l’exposition péripubère aux phéromones émises par la souris mâle. / In the mouse, female puberty onset is accelerated by male urinary pheromones (Vandenbergh effect). The neuroendocrine mechanisms underlining this effect and the behavioral consequences are poorly understood. Through a multidisciplinary approach using immunohistochemistry, gas chromatography coupled to mass spectrometry and experimental surgery, my thesis research show that neurons that synthesize kisspeptin, a hypothalamic neuropeptide which plays a master role in the control of puberty onset, are positively regulated by puberty-Accelerating pheromones. Kisspeptin neurons receive pheromone signal via the accessory olfactory system and transmit it to GnRH neurons. Moreover, behavioral analyses show that besides their known physiological effect, puberty-Accelerating pheromones also have long-Term effects on sexual behavior of the female mouse. Indeed, puberty-Accelerating pheromones induce a precocious expression of male-Directed odor preference in adult female mice.