L’épididyme est un organe accolé au testicule, formé d’un long tubule dont l’épithélium est constitué de 6 types cellulaires différents aux fonctions partiellement connues. Le tubule épididymaire est entouré de muscles lisses participant, par leurs contractions, à l’avancée des spermatozoïdes. Au centre du canal se retrouve le fluide épididymaire dont la composition est régulée par les absorptions et sécrétions de l’épithélium épididymaire. Les gamètes arrivant du testicule sont inaptes à assurer la fécondation. La maturation post-testiculaire des spermatozoïdes, durant leur descente dans le tubule épididymaire, va leur permettre d’acquérir la mobilité et la capacité à reconnaître et féconder un ovule (qualités regroupées sous le terme de “pouvoir fécondant”). Cette maturation se fait grâce aux interactions permanentes des spermatozoïdes avec le fluide. Les LXRs sont des régulateurs majeurs de l’homéostasie du cholestérol, un élément fondamental dans la physiologie de la reproduction puisqu’il est le précurseur des hormones stéroïdes (androgènes) et un régulateur du pouvoir fécondant des spermatozoïdes. Les souris mâles invalidées pour les 2 isoformes de ces récepteurs (lxrα;β-/-) ont une fertilité perturbée en association avec des altérations testiculaires et épididymaires. Ces mâles présentent une infertilité dès 6 mois conduisant à une stérilité complète à 9 mois. Le but de ce travail est de comprendre la relation entre la régulation de l’homéostasie du cholestérol et le phénotype épididymaire de ces souris. A l’âge de 4 mois, alors que les souris mâles lxrα;β-/- sont fertiles, le phénotype est caractérisé par une accumulation de lipides dans certains types cellulaires de l’épithélium et dans les muscles lisses entourant le tubule. Chez les mâles lxrα;β-/- âgés de 9 mois, lorsque le phénotype d’infertilité complète est installé, on observe une destructuration de la partie proximale de l’épididyme comprenant une diminution de la hauteur de l’épithélium, une perte des muscles lisses péritubulaires et la présence de spermatozoïdes non mobiles et malformés dans la lumière du tubule. Mes travaux ont permis de mettre en évidence différents phénomènes : 1/ Une nouvelle fonction d’un type cellulaire particulier, les cellules “apicales”, dans la régulation de l’homéostasie du cholestérol épididymaire. En effet, ces cellules accumulent du cholestérol en association avec la perte de “ABCA1” (ATP Binding Cassette A1), codée par un gène cible de LXR, impliquée dans l’export de l’excédent de cholestérol cellulaire. Suite à cela, ces cellules apicales entrent en apoptose et contribuent à la perte de fonction de l’épithélium. 2/ Une altération des cellules musculaires lisses péritubulaires associée au vieillissement des souris lxrα;β-/-. Ces cellules accumulent elles aussi du cholestérol et se transforment en cellules invasives, les cellules “spumeuses” migrant à travers l’épithélium. Ce phénomène est très proche des phases de développement de la pathologie artérielle liée au cholestérol et au vieillissement, l’athérosclérose. La perte des muscles lisses va limiter la progression des spermatozoïdes et accompagner la perte de fonction des cellules épithéliales qui ne seront plus aptes à effectuer des échanges avec le fluide, empêchant ainsi l’acquisition du pouvoir fécondant des spermatozoïdes. (...) / The epididymis is a long tubule which epithelium is made of 6 different cellular types with partially unknown functions. The epididymal tubule is surrounded by smooth muscles participating, by their contractions, to the sperm progression. At the center of the tubule is present the epididymal fluid which composition is regulated by the absorptions and secretions of the epithelium. The spermatozoa coming from the testis are unable to fertilize an oocyte. Post-testicular maturation of spermatozoa, during their transit through the epididymis, allows them to become motile, to recognize and to fertilize an oocyte. This maturation is due to the constant interaction of the spermatozoon with the epididymal fluid. LXR are the major sensors of cholesterol homeostasis, a fundamental element in reproductive physiology because it is the steroid hormones precursor and a regulator of the sperm fertilizing capacities. LXR deficient mice (lxrα;β-/-) have fertility disorder associated with testicular and epididymal alterations. These males present an infertility since 6 months of age leading to a complete infertility at 9 months of age. The purpose of this work is to understand the relation between cholesterol homeostasis regulation and epididymal sperm maturation. At 4 months of age, the lxrα;β-/- males are fertile but present an epididymal phenotype characterized by neutral lipid accumulations in some epithelial cell types and in the smooth muscle cells surrounding the tubule. At 9 months of age, the totally infertile lxrα;β-/- male, present a complete destructuration of the proximal epididymis associated with a complete shrinking of the epithelium height, the loss of the peritubular smooth muscle cells and the presence of immotile and abnormal spermatozoa in the cauda epididymis. My works put in light : 1/ A novel function of a particular cell type, the “apical cells”, in the regulation of the epididymal cholesterol homeostasis. These cells accumulate cholesteryl esters in association with the loss of the ATP Binding Cassette A1 “ABCA1”, a transporter implicated in the cholesterol efflux. Following this, apical cells become apoptotic participating to the epithelial function loss. 2/ An alteration of peritubular smooth muscle cells associated with the mice aging. These cells also accumulate cholesteryl esters and transdifferentiate into invasive foam cells migrating through the epithelium. This phenomenon is very similar to what is observed in the arterial pathology related to cholesterol and aging, the atherosclerosis. The loss of smooth muscle cells limit the progression of the spermatozoa in the lumen and lead to the loss of function of the epithelial cells which become unable to make any exchange with the fluid, hence disturbing spermatozoa maturation. 3/ A deleterious effect of a cholesterol enriched diet on the fertility in 3-month-old lxrα;β-/- male, which are normally fertile and without epididymal phenotype. When submitted to the diet during 4 weeks, these mice become completely infertile, showing the epididymal phenotype of the 9-month-old lxrα;β-/- male mice. The infertility of these mice is characterized by defects in spermatozoa motility, viability and functional parameters. Our results show, on the one hand, the importance of LXR in the post testicular maturation of spermatozoa and in the maintenance of the integrity and functionality of the epididymis. On the other hand, the data that we collected put in evidence the impact of the alimentation and in particular cholesterol enriched diet on the post-testicular maturation.

L’obtention de spermatozoïdes fécondants est un processus long et multi étapes, débutant par la production des gamètes mâles dans le testicule. Les spermatozoïdes sont ensuite successivement maturés au cours du transit épididymaire puis lors de leur passage dans les voies génitales femelles au cours du processus de capacitation. Ces étapes de maturation post-testiculaires concernent notamment la composition lipidique du gamète pour lui permettre d’acquérir une fluidité membranaire essentielle à la fécondation. Les résultats présentés dans cette thèse mettent en évidence l’importance de l’homéostasie lipidique épididymaire pour la maturation lipidique des spermatozoïdes et l’acquisition du pouvoir fécondant. Au niveau moléculaire cette homéostasie lipidique est régulée par les isoformes α et β des LXRs, les récepteurs nucléaires des oxystérols (NR1H3 et NR1H2, respectivement). Un régime alimentaire enrichi en cholestérol chez des souris jeunes invalidées pour les LXRs entraîne une infertilité avec une atteinte spécifique de l’épididyme. La maturation épididymaire des spermatozoïdes est alors altérée, entraînant des défauts de compositions lipidiques et protéiques de la membrane plasmique spermatique. Ces défauts ont des répercussions délétères sur la capacitation, issues de perturbations des flux calciques et de la tyrosine phosphorylation. En plus de leurs répercussions endocriniennes, les dyslipidémies semblent également affecter la maturation post-testiculaire. Ces résultats sont à considérer dans le cadre des protocoles de PMA puisque le bilan lipidique plasmatique ne fait pas partie des examens classiques des couples en PMA. Or en France, 55% des hommes entre 30 et 54 ans sont atteints d’une dyslipidémie. Ces désordres métaboliques lipidiques pourraient altérer la maturation post-testiculaire des gamètes, provoquant un certain nombre d’infertilités et/ou d’échecs en PMA. / The acquisition of fertile spermatozoa is a long and multi-stage process, beginning with the production of male gametes in the testis. Spermatozoa then undergo two successive maturation steps, first during the epididymal transit and then in the female genital tract during the capacitation process. The post-testicular maturation particularly impacts sperm lipid composition, leading to a higher membrane fluidity considered to be essential for fertilization. The results presented in this work show the importance of epididymal lipid homeostasis for sperm lipid maturation and acquisition of fertilizing ability. At the molecular level, lipid homeostasis is regulated by the LXRs (α and β isoforms), the oxysterol nuclear receptors (NR1H3 and NR1H2, respectively). A cholesterol-enriched diet in young LXR-null mice leads to infertility with a specific epididymal alteration. Sperm epididymal maturation is altered, leading to defects in lipid and protein composition of the spermatic plasma membrane. These defects have detrimental effects on the capacitation process, characterized by disturbances of calcium flows and tyrosine phosphorylation. In addition to their endocrine effects, dyslipidemia also appear to affect post-testicular maturation. These results have to be considered in the context of ART protocols, since the plasma lipid status is not part of the routine examinations for couples in ART protocols. Concomitantly, in France, 55% of men aged 30-54 are dyslipidemic, suggesting that these lipid metabolic disorders could alter sperm post-testicular maturation, causing a number of infertility and / or ART failures.

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) sont impliqués dans la majeure partie des communications intercellulaires. Un grand nombre de RCPG ont été découverts en comparant la séquence des récepteurs connus avec les données fournies par le séquençage du génome humain. Pour plus d'une centaine de ces récepteurs, le ligand activateur ou agoniste est inconnu. Ces récepteurs sont dès lors qualifiés d'orphelins.<p>Les LGR forment une sous-famille de RCPG structurellement proches de la rhodopsine qui comprend les récepteurs aux hormones glycoprotéiques (TSH, LH, hCG, FSH) et à la relaxine. LGR4 est un membre de cette famille dont ni la fonction précise, ni l'agoniste ne sont connus.<p>Dans un premier temps, une cartographie détaillée de l'expression de Lgr4 chez la souris a été obtenue. Nous avons tiré parti de l'existence d'une lignée de souris transgéniques dont le gène Lgr4 a été interrompu par l'introduction d'une cassette comportant deux marqueurs histologiques. L'activité beta-galactosidase d'un de ces marqueurs a été analysée chez les souris hétérozygotes. Ces dernières ne présentent pas de phénotype particulier, ce qui permet d'estimer que l'expression des marqueurs rend effectivement compte de l'expression normale du gène Lgr4. Lgr4 est exprimé dans un grand nombre de structures, notamment dans le cartilage, le rein, les appareils reproducteurs mâle et femelle et certaines cellules du système nerveux.<p>Ensuite, le phénotype des souris homozygotes pour l'inactivation de Lgr4 (LGR4KO) a été exploré. Ces souris présentent à la naissance un poids inférieur à leurs congénères des autres phénotypes. Les mâles sont stériles à cause d'une malformation des tubules efférents et de l'épididyme. Un blocage au niveau des tubules efférents reliant le testicule à l'épididyme contraint les spermatozoïdes à s'accumuler à la sortie du testicule, dans la région du rete testis. De plus, les tubes de l'épididyme, pourtant normaux à la naissance, ne s'allongent pas pour former la structure convolutée habituelle. L'épithélium de ces tubes est aplati et est entouré d'une quantité anormalement élevée de mésenchyme.<p>Dans un troisième temps, des outils nécessaires aux futures tentatives d'identification de l'agoniste naturel de LGR4 ont été réalisés. Il s'agit :(1) d'anticorps monoclonaux dirigés contre la partie extracellulaire du récepteur humain. (2) d'un appât moléculaire pour la ‘pêche au ligand’. Cet appât est constitué du domaine extracellulaire du récepteur humain couplé à un marqueur histologique. (3) d'une construction peptidique constituée du domaine extracellulaire du récepteur humain couplé à une queue poly-histidine. Cette construction est destinée à servir de greffon lors de chromatographies d'affinités devant permettre de purifier le ligand. (4) de lignées cellulaires exprimant le récepteur LGR4 humain ainsi que le système æquorine devant permettre de détecter l'activation de ce récepteur.<p>Les données apportées par ce travail montrent un rôle important du récepteur LGR4 au cours du développement et permettent de circonscrire le champ des recherches futures. Ceci, ainsi que les outils moléculaires développés, constitue une base pour l'identification future de l'agoniste et la détermination précise de la fonction de LGR4. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished