Spermatogenesis is characterized by the succession in time and space of specific germ cell associations (stages). There can be a single stage (e.g., rodents and some macaques) or more than one stage (e.g., chimpanzee and human) per tubular cross section. We analyzed the organization of the seminiferous epithelium and quantified testicular germ cell production and apoptosis in a New World primate, the common marmoset (Callithrix jacchus). Tubule cross sections contained more than one stage, and the human six-stage system could be applied to marmoset spermatogenesis. Stereological (optical disector) analysis (n = 5) revealed high spermatogenic efficiency during meiosis and no loss of spermatids during spermiogenesis. The conversion of type A to type B spermatogonia was several-fold higher than that reported for other primates. Highest apoptotic rates were found for S-phase cells (20%) and 4C cells (15%) by flow cytometric analysis (n = 6 animals); histological analysis confirmed spermatogonial apoptosis. Haploid germ cell apoptosis was <2%. Marmoset spermatogenesis is very efficient and involves substantial spermatogonial proliferation. The prime determinants of germ cell production in primates appear to be proliferation and survival of spermatogonia rather than the efficiency of meiotic divisions. Based on the organizational similarities, common marmosets could provide a new animal model for experimental studies of human spermatogenesis.

Un certain nombre d’études épidémiologiques ont montré au cours des cinquante dernières années une augmentation des infertilités, des malformations de l’appareil reproducteur masculin et des cancers testiculaires. Une des hypothèses est que, l’exposition durant la vie foetale ou néonatale à des composés présents dans l’environnement capables d’interférer avec le système hormonal (perturbateurs endocriniens), serait responsable de l’augmentation de l’incidence de ces pathologies. Les molécules qui sont suspectées d’avoir des effets néfastes à long terme sur le tractus génital mâle possèdent des activités de type estrogénique ou antiandrogénique. Parmi les mécanismes impliqués dans l’effet à long terme, un certain nombre d’auteurs mettent en avant l’intervention de mécanismes de type épigénétiques. Dans ce contexte, nous avons utilisé deux types de modèles expérimentaux reposant sur l’exposition développementale de rats à ces composés : un modèle d’exposition néonatale à un estrogène (estradiol benzoate) et un modèle d’exposition foetale à un antiandrogène (flutamide). Les deux modèles expérimentaux induisent chez le rongeur un phénotype d’hypospermatogenèse. Dans le cas de l’exposition néonatale à l’estradiol benzoate nous montrons que l’hypospermatogenèse observée chez les animaux à l’âge adulte est due à l’activation chronique de l’apoptose des cellules germinales testiculaires. Cette apoptose mettrait en jeu, par un mécanisme post-transcriptionnel, la diminution à long terme de l’expression de protéines clés de la machinerie épigénétique de méthylation de l’ADN, les ADN méthyltransférases (DNMT 3A, 3B et 1), et du facteur antiapoptotique, MCL-1. D’un point de vue fonctionnel, la chute d’expression des DNMTs se traduit notamment par l’augmentation d’expression des éléments transposables LINE-1 et du gène Ibtk normalement contrôlés par méthylation de l’ADN. En amont, la chute d’expression des DNMTs et de MCL-1 serait dépendante de l’augmentation d’expression d’autres effecteurs épigénétiques, les microRNAs de la famille miR-29. Dans le cas de l’exposition in utero au flutamide, notre travail indique que l’apoptose chronique des cellules germinales serait liée à la diminution à long terme de l’expression des inhibiteurs d’apoptose cIAP1 et cIAP2, et une augmentation d’expression de leur inhibiteur SMAC/DIABLO. En revanche, l’absence de mort des cellules somatiques testiculaires (Sertoli et Leydig) dans ce modèle serait due à l’augmentation d’expression spécifiquement dans ces cellules des inhibiteurs d’apoptose XIAP et SURVIVIN. Par ailleurs, le phénotype d’apoptose observé à l’âge adulte impliquerait également une altération précoce de l’expression des DNMTs. En conclusion, nous apportons une réponse mécanistique au phénotype de programmation foetale/néonatale d’apoptose des cellules germinales testiculaires adultes. En effet, l’augmentation des miR-29s provoquerait : (1) une chute d’expression des DNMTs altérant ainsi le profil de méthylation des gènes, et (2) une chute d’expression de facteurs protégeant les cellules germinales contre l’apoptose comme le facteur MCL-1. / During the five past decades, a number of epidemiological studies have indicated a higher incidence of infertility problems, male reproductive tract abnormalities and testicular cancers. Among the different hypotheses proposed, fetal or neonatal exposure to environmental compounds that can interfere with endocrine system, termed endocrine disruptors, may be at the origin of the rising incidence of these diseases. The molecules that are supposed to have long term adverse effects on the male genital tract have estrogenic or antiandrogenic properties. Some authors have suggested that the long term effects of endocrine disruptors could be mediated through epigenetic mechanisms. In this context, we have used two types of experimental models based on developmental exposure to these compounds: one model of neonatal exposure to an estrogen (estradiol benzoate) and another model of fetal exposure to an antiandrogen (flutamide). The two experimental models induce a phenotype of hypospermatogenesis in rodents. In the context of neonatal exposure to estradiol benzoate we show that the hypospermatogenesis observed in adult animals is the consequence of a chronic activation of the apoptotic process of testicular germ cells. This cell death process seem to involve the decrease of the key epigenetic effectors of DNA methylation machinery DNA methyltransferases (DNMT3A, 3B & 1), and of the antiapoptotic protein MCL-1 through post transcriptional mechanisms. In term of functional consequences the decrease of DNMTs proteins leads to increased expression of transposable element LINE-1 and Ibtk gene that are normally controlled by DNA methylation. Upstream DNMTs and MCL-1 decrease may be triggered by the increase of other epigenetic factors, the microRNAs belonging to miR-29 family. Concerning in utero exposure to flutamide, our work indicate that the chronic apoptotic process of germ cells may be linked to long term decrease of the inhibitors of apoptosis cIAP1 & 2, and an increase of proapoptotic factors SMAC/DIABLO. On the other hand, the lack of testicular somatic cell death in this model may be the result of higher expression of inhibitors of apoptosis XIAP and SURVIVIN in these cells. Besides, the apoptotic process observed at the adult age may also involve a precocious alteration of DNMTs expression. In summary, our work provides a mechanistic view to the fetal/neonatal programming of adult germ cell death. Indeed, the increased levels of miR-29s may induce: (1) a decrease in DNMTs expression levels that consequently could alter the methylation pattern of some genes, and (2) a decrease in factors that normally prevent germ cells death such as MCL-1.