Reproduction de : Thèse d'exercice : Pharmacie : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Th.--Méd.--Reims, 1980. N°: 62.

Thèse d'exercice : Médecine. Gynécologie médicale : Nantes : 2007. / Bibliogr.

Thèse d'exercice : Médecine. Pédiatrie : Paris 12 : 2005. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 30-35.

L’apparition de la puberté et la régulation de la fertilité chez les mammifères sont contrôlées par un réseau neuronal complexe, situé principalement dans l'hypothalamus, et qui converge vers les neurones synthétisant l'hormone de libération des gonadotrophines (GnRH). Ces neurones régulent la sécrétion des gonadotrophines, la croissance et le fonctionnement des gonades. Le développement correct du système à GnRH, incluant des changements rapides dans l'expression et la signalisation de l’hormone GnRH au sein de cette population clairsemée de quelques centaines de neurones, est essentiel pour la maturation sexuelle et le fonctionnement normal de l'axe hypothalamo-hypophyso-gonadique. Lors du développement embryonnaire, ces neurones migrent de la placode olfactive vers leur emplacement définitif, l’hypothalamus, pour y recevoir les connexions afférentes qui permettront une libération pulsatile de la GnRH et la libération subséquente des gonadotrophines (l'hormone de stimulation des follicules (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH)). Dès les années 90, l'oxyde nitrique (NO) a été identifié comme molécule clé dans la décharge pré-ovulatoire de GnRH/LH. En effet, de nombreux travaux ont suggéré que des interactions entre les neurones exprimant la forme neuronale de l’enzyme de synthèse du NO (la nNOS) et le système GnRH étaient impliquées dans le contrôle central de la fonction de reproduction à l'âge adulte. De plus, si le NO est reconnu depuis longtemps comme un acteur majeur du contrôle central de l’ovulation à l’âge adulte, la possibilité qu’il soit aussi impliqué dans la maturation sexuelle en régulant l’activité des neurones à GnRH à des stades précoces précédant la puberté n’a pas été explorée auparavant. Cependant, même si nous avons progressé dans la connaissance des interactions entre les neurones à nNOS et des différents acteurs importants de l’axe gonadotrope, l’identité moléculaire de ces neurones reste mal connue. Au cours de cette étude, nous avons recherché 1) l'identité moléculaire des neurones á nNOS dans l'hypothalamus au cours de développement 2) si le NO régule la migration et l’intégration des neurones à GnRH dans l’hypothalamus et 3) si le NO régule la maturation sexuelle. Pendant ma thèse nous avons répertorié pour la première fois les différents neurotransmetteurs et les principaux récepteurs dans les neurones à nNOS au cours du développement post-natal. De plus, les résultats de ma thèse montrent pour la première fois une implication de la signalisation du NO dans la migration des neurones à GnRH vers l'hypothalamus et font échos à l'identification d'une série de mutations de la NOS1 chez des patients atteints du syndrome de Kallmann, une maladie génétique congénitale rare qui associe une carence en GnRH, due à un défaut de migration neuronale, et une anosmie. Enfin, mes travaux montrent que le NO est un nouveau protagoniste dans la maturation post-natale du système à GnRH, la survenue de la puberté et l’acquisition de la capacité à se reproduire. Plus généralement, les résultats de ce travail de thèse permettent d’identifier de nouveaux mécanismes potentiellement responsables de troubles développementaux dans la mise en place des circuits neuronaux contrôlant l’axe gonadotrope chez les mammifères en général et l’homme en particulier. Nous espérons que ces résultats élargiront notre compréhension de la régulation de l'axe reproducteur, offrant ainsi des possibilités nouvelles de stratégies thérapeutiques contre les troubles de la fertilité. / The onset of puberty and the regulation of fertility in mammals are governed by a complex neural network, primarily in the hypothalamus, that converges onto gonadotropin-releasing hormone (GnRH)-producing neurons, the master regulators of gonadotropin secretion and postnatal gonadal growth and function. The proper development of the GnRH system, including timely changes in GnRH expression and signaling by this sparse population of a few hundred neurons, is essential for sexual maturation and the normal functioning of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis. As the brain develops during embryogenesis, these neurons should move from the olfactory placode into the correct brain location in adequate numbers, and then establish the afferent connections that will allow the pulsatile release of GnRH peptide, and the subsequent release of the gonadotropins (follicle stimulating hormone, i.e FSH and luteinizing hormone, ie. LH). As early as in the 90’s NO was presented as a key molecule in the preovulatory GnRH/LH surge, and results from different groups, have suggested the interaction of NOS-containing neurons with the GnRH system, and their involvement in the regulation of reproductive capacity. Even though nitric oxide has now been long recognized as a key player in the central hormonal regulation of ovulation during adulthood, no one has considered the possibility that it could act in an earlier stage as the master regulator of GnRH neurons before puberty, hence participating in the actual maturation of the neuroendocrine axis. The relationship of nNOS-expressing neurons with other important molecules of the hypothalamic axis has been well studied, whilst the molecular identity of this neuronal NOS-expressing population is poorly documented. . To this end, we address the hitherto unaddressed questions concerning 1) the molecular identity of nNOS-expressing neurons in the developing hypothalamus, 2) the putative involvement of the NO molecule in the migration of GnRH neurons and the proper establishment of their afferent connections in the hypothalamic region and 3) the plausible determinant role of NO signaling in the maturation of the reproductive system. During this study we identified for the first time the cohort of the principal neurotransmitters and important receptors expressed by these cells in the hypothalamic region during development. Additionally, our results reveal for the first time an involvement of NO signaling in the migration of GnRH neurons in the hypothalamus and are in line with the identification of a series of NOS1 mutations in Kallmann syndrome (KS), a rare congenital genetic condition presenting a unique combination of GnRH deficiency, arising from a faulty migration of the neuronal population, and anosmia. Lastly, our study identifies NO as a novel protagonist during postnatal development, in the regulation of the onset of puberty and the acquisition of reproductive competence. Overall, the results of my Phd thesis identify putative new targets causing alterations of developmental programming under pathophysiological gestational environment in mammals in general, and in humans in particular. Here we thus provide new insights into the mechanisms by which the alteration of GnRH neuronal function leads to hypogonadotropic hypogonadism and infertility. We are hopeful that our results will expand our understanding of how the neuroendocrine axis is regulated and will possibly provide opportunities for therapeutic strategies against debilitating conditions.

Les jonctions communicantes (JCs) sont particulièrement importantes au sein du follicule ovarien puisque qu’elles vont participer à la régulation de la maturation ovocytaire. Les JCs vont contrôler le flux de molécules tels que l’AMPc et le GMPc qui passent entre les cellules du cumulus et l’ovocyte et qui inhibent la reprise de la méiose. La fermeture de ces canaux, tant in vivo qu’in vitro, va entrainer la reprise de la méiose en empêchant le passage de ces molécules. Dans les études que nous avons réalisées, nous avons tout d’abord développé une méthode d’analyse fonctionnelle des jonctions communicantes (le FRAP : Fluorescence Recovery After Photobleaching) dans la structure tridimensionnelle du complexe ovocyte-cumulus. Cette technique nous a permis de déterminer que les gonadotrophines et le liquide folliculaire présent dans le milieu de maturation pouvaient moduler la dynamique de transfert entre les cellules du cumulus pendant les premières heures de maturation in vitro (MIV). Par la suite, nous avons étudié la régulation des connexines (Cx), qui sont les protéines composant la JC. Nous avons identifié les principales connexines présentes dans le COC porcin, la Cx43, la Cx45 et la Cx60. Nous avons déterminé que les gonadotrophines régulaient l’expression, la dégradation ainsi que la localisation de la connexine 43 (la principale connexine présente dans les cellules du cumulus porcin). Enfin, nous nous sommes intéressés à la régulation de la reprise de la méiose par le peptide natriurétique de type C (CNP). En effet, le CNP a été proposé pour inhiber la reprise de la méiose en se liant à son récepteur NPR-B sur les cellules du cumulus, ce qui stimule la production de GMPc. Il est ensuite transféré dans l’ovocyte, via les JCs, où il va inhiber la reprise de la méiose. Nous avons montré que le CNP et un analogue du GMPc avaient un impact différent sur la dynamique de transfert entre les cellules du cumulus. De plus, le CNP agirait sur un autre récepteur (le récepteur NPR-C) pour promouvoir l’arrêt méiotique. En conclusion, ces résultats ajoutent un niveau de compréhension supplémentaire des mécanismes régulant les JCs et la reprise de la méiose durant la MIV chez le porc. / Intercellular gap-junctional communication (GJC) plays an important role in ovarian cell physiology. Closure of GJC has been proposed to be involved in oocyte maturation, particularly in the resumption of meiosis, both in vivo and in vitro, by controlling the flow of meiosis inhibitors, such as cAMP and cGMP. In the present study, we have first developed an assay based on recovery of calcein fluorescence in photobleached cumulus cells (FRAP: Fluorescent Recovery After Photobleaching) in the three-dimensional cumulus-oocyte complex (COC), during the first hours of porcine in vitro maturation (IVM). Results obtained using FRAP technology provide evidence that the composition of the IVM medium in terms of hormones and follicular fluid clearly affects cumulus-cumulus cell GJC. We then turned our attention to the effect of gonadotropins on connexins regulation. Indeed, GJC are composed of connexins proteins. We indentified Cx43, Cx45 and Cx60 as the main connexins expressed in swine COC. We show that gonadotropins regulate Cx43 protein level, degradation and localisation in the COC during the first hours of IVM. We finally turned our attention on the effect of natriuretic peptide C (CNP) on GJC regulation and meiotic resumption during porcine IVM. Indeed, CNP has been proposed to bind to receptor natriuretic peptide receptor B (NPR-B) where it triggers the production of cyclic guanosine monophosphate (cGMP). The cGMP produced is then transferred to the oocyte through gap junctions where it promotes meiotic arrest. Here we show that CNP and a cGMP analogue have different effects on GJC and Cx43 regulation suggesting that cGMP signaling may not be the only signaling pathway involving CNP. Moreover, we found that CNP is likely to bind to receptor natriuretic peptide receptor C (NPR-C) to play a role in maintaining meiotic arrest during porcine IVM, when activated in addition to NPR-B. In conclusion, we describe new mechanisms involved in the complex regulation of dynamic changes in GJCs and meiotic resumption. A better understanding of GJC regulation during IVM may in turn provide a powerful tool to improve assisted reproduction technologies and their efficacy in mammals.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’hormone anti-Müllerienne (AMH), une glycopréotéine exclusivement produite par les cellules de la granulosa (CG) des follicules ovariens de la femme, est un marqueur unique de du statut folliculaire ovarien. Contrairement à l’inhibine B, l’estradiol et la FSH, l’AMH est produite par un large éventail de follicules allant des follicules primaires aux follicules à petit antrum. Cependant, les mécanismes précis régulant la production d’AMH par les CG restent mal connus. Nous avons montré que la sélection folliculaire précoce au cours de la phase de transition lutéo-folliculaire, un phénomène fréquemment retrouvé chez les femmes ayant un vieillissement ovarien, caractérisé par la présence d’au moins un follicule surdéveloppé au cours de la phase folliculaire précoce, n’altérait pas la puissance de la relation entre le compte folliculaire antral et les concentrations sériques d’AMH. En revanche, cette situation perturbait significativement celle entre le nombre de follicules antraux et les taux sériques de FSH, d’inhibine B et d’estradiol. Nous avons par la suite mis en évidence, en utilisant un nouvel outil, nommé Follicular Output RaTe (FORT), que le pourcentage de follicules qui répondent effectivement à la FSH exogène en atteignant la maturation pré-ovulatoire, était négativement et indépendamment lié aux taux sériques d’AMH, ce qui va dans le sens de l’hypothèse d’un effet inhibiteur de l’AMH sur la sensibilité des follicules à la FSH. Ensuite, nous avons regardé si la production d’AMH par ovaire et par follicule était altérée chez les femmes n’ayant plus qu’un seul ovaire suite à une ovariecomie unilatérale. En effet, tout indique que chez ces femmes, des réarrangements majeurs de la folliculogenèse sont mis en place pour maintenir une fonction ovarienne malgré la perte brutale d’une partie du pool folliculaire. Ainsi, par une analyse extensive et comparative de la folliculogenèse utilisant des marqueurs hormono-folliculiares, nous n’avons pu mettre aucune modification significative chez les femmes avec un ovaire unique, comparativement aux contrôles. A l’aide du modèle précédemment utilisé, nous avons constaté une augmentation de la sensibilité des follicules antraux à la FSH exogène, évaluée par le FORT, chez des femmes avec un seul ovaire, comparativement aux femmes avec 2 ovaires. Ces résultats supportent l’hypothèse d’une augmentation de la sensibilité folliculaire à la FSH, qui pourrait faire partie des possibles mécanismes compensatoires en jeu dans le maintien d’une folliculogenèse efficace chez les femmes ayant eu une ovariectomie unilatérale.Finalement, à l’aide de 2 approches complémentaires, in vitro and in vivo, nous avons montré que la FSH et l’AMPc stimulaient la transcription de l’AMH, et que la LH avait un effet additif. Nous avons montré que les gonadotrophines et l’AMPc agissaient à travers la protéine kinase A et la P38 MAP Kinase, impliquant notamment les facteurs de transcription GATA binding factor-4 et le steroidogenic factor-1. Par ailleurs, nous avons également mis en évidence que l’expression d’AMH pouvait être régulée de manière différentielle par l’estradiol, en fonction du type de récepteur aux estrogènes exprimés par les CG. Ainsi, la chute d’expression de l’AMH au sein des CG des follicules matures, qui expriment essentiellement ERβ, est probablement liée à un effet de l’estradiol. En résumé, ces travaux de thèse ont permis d’apporter de nouvelles données sur la régulation de la croissance folliculaire et sur la production d’AMH chez la femme. / Anti-Müllerian hormone (AMH), a glycoprotein that is exclusively produced by the granulosa cells (GC) of ovarian follicles in the adult female, is a unique biomarker of ovarian follicular status. In contrast with inhibin B, estradiol and FSH, AMH is produced in a wide range of follicles that goes from the primary to the small antral stages of folliculogenesis. However, the precise mechanisms that drive AMH expression by GC remain poorly understood.We showed that untimely and/or accelerated antral follicle growth during the luteal–follicular transition, a phenomenon that is frequent in ovarian-aged women and that is characterized by the presence of at least one overdeveloped antral follicle during the first days of the follicular phase does not alter the strength of the relationship between antral follicle count and serum AMH levels but does affect the relationship between serum FSH, inhibin B and estradiol levels and the number of antral follicles. The heftiness of AMH in relation to advanced antral follicle growth provides a further explanation for the reported stronger association between serum AMH levels and antral follicle counts as compared with the other hormonal markers of the ovarian fertility status. We subsequently demonstrated, using an innovative tool, the Follicular Output RaTe (FORT), that the percentage of follicles that effectively respond to exogenous FSH by reaching pre-ovulatory maturation is negatively and independently related to serum AMH levels, which is in keeping with the hypothesis that AMH inhibits follicle sensitivity to FSH. Given this hypothesis, we wondered if per-ovary and per-follicle AMH production could be altered in patients having a single ovary as a result of unilateral oophorectomy. Indeed, all indicate that major rearrangements of folliculogenesis occur to preserve and maintain ovarian function despite the abrupt halving of follicular stockpile in these patients. We performed an extensive and comparative evaluation of the folliculogenesis using homono-follicular markers failing to show major changes in unilaterally oophorectomized when compared with control women. Using the same model, we demonstrated an increased antral follicle responsiveness to exogenous FSH, as assessed by FORT, in normo-ovulating unilaterally oophorectomized women undergoing controlled ovarian hyperstimulation. These results support the hypothesis that increased FSH sensitivity ranks among the possible compensating mechanisms at stake in the maintenance of successful folliculogenesis after unilateral oophorectomy.Finally, using complementary approaches, in vitro and in vivo, we showed that FSH and cAMP enhance AMH transcription, and LH has an additive effect. Gonadotropins and cAMP act through protein kinase A and p38 MAPK signaling pathways and involve the GATA binding factor-4 and steroidogenic factor-1 transcription factors, among others. The expression profile of AMH and the dynamics of serum AMH after gonadotropin stimulation have been interpreted as a down-regulating effect of FSH upon AMH production by GC. We also demonstrated that AMH expression can be differentially regulated by estradiol depending on the estradiol receptors by GC. Therefore the decrease in AMH expression by GC of mature follicles, which mainly express ERβ, is likely due to the effect of estradiol.In short, this Ph.D. work offers new insight into the regulation of the follicular growth and AMH production in woman.

L’hypophyse est une glande endocrine responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques, notamment la reproduction, par la sécrétion des gonadotrophines, la FSH et la LH. Ces hormones sont des glycoprotéines dimériques composées d'une sous-unité α commune (CGA) et de sous-unités β uniques (LHβ et FSHβ), qui confèrent une spécificité biologique. La synthèse de la FSH et la LH au niveau des cellules gonadotropes dépend entre autres de l’expression génique de gènes clés tels que Fshb et Lhb, dont la transcription est régulée par différents facteurs. La GnRH, produite par l’hypothalamus, en est la principale régulatrice, mais d’autres facteurs tels que les activines, qui signalent via des protéines nommées SMAD, participent à cette régulation. L'activité de la voie SMAD peut être modifiée par des interactions avec la voie Hippo dans plusieurs tissus et types de cellules, mais l’implication de la voie Hippo dans la régulation de la synthèse des gonadotrophines n'a jamais été investiguée. La voie de signalisation Hippo est une cascade de kinases qui contrôle l'activité des corégulateurs transcriptionnels fonctionnellement redondants YAP et TAZ. Afin d’élucider les rôles de YAP/TAZ dans la synthèse et la sécrétion de gonadotrophines, nous avons utilisé une approche de ciblage génique conditionnel (cKO) afin de causer la délétion de Yap/Taz spécifiquement dans les cellules gonadotropes. Nous avons constaté que cette délétion entraînait une augmentation de la sécrétion de la FSH et la LH chez les souris mâles, ainsi qu'une légère augmentation de la densité des spermatozoïdes. Les souris femelles cKO avaient des taux plus élevés de la LH sérique (mais pas de la FSH), qui étaient associés à un phénotype d'hyperfertilité caractérisé par des taux d'ovulation plus élevés et des portées plus nombreuses. Étonnamment, la perte de YAP/TAZ dans les gonadotropes n'a pas semblé affecter les gènes clés liés à la synthèse des gonadotrophines, mais la sécrétion de la LH basale et induite par la GnRH a augmenté dans les cellules hypophysaires de souris cKO cultivées in vitro. Les mêmes résultats ont été obtenus dans la lignée LβT2, une lignée de cellules gonadotropes immortalisées lorsque l’action de YAP/TAZ fut inhibée pharmacologiquement. Ensemble, ces résultats indiquent que YAP/TAZ suppriment la sécrétion des gonadotrophines (en particulier de la LH) dans les cellules gonadotropes et révèlent donc un tout nouveau rôle de la voie Hippo dans la reproduction chez mammifères. / The pituitary gland is responsible for regulating many physiological processes. Through the secretion of gonadotropins FSH and LH, the pituitary is considered a major regulator of reproduction. These hormones are dimeric glycoproteins composed of a common α subunit (CGA) and unique β subunits (LHβ and FSHβ), which confer biological specificity. The synthesis of FSH and LH at pituitary gonadotrope cells depends mostly on the expression of key genes as Fshb and Lhb. GnRH, produced by the hypothalamus, is the primary regulator, but other factors such as activins, which signal through proteins called SMADs, participate in this regulation. The activity of the SMAD pathway can be altered by crosstalk with the Hippo pathway in several tissues and cell types, but whether the Hippo pathway is involved in regulating gonadotropin synthesis has not been determined. The core Hippo signaling pathway consists of a kinase cascade that regulates the activity of the functionally redundant transcriptional co-regulators YAP and TAZ. To elucidate the roles of YAP/TAZ in gonadotropin synthesis and secretion, we decided to use a conditional gene targeting approach (cKO), which allowed us to promote the depletion of Yap/Taz specifically in the gonadotrope cells. Such conditional deletion resulted in increased circulating levels of FSH and LH in male mice, along with a slight sperm density increase. cKO female mice had augmented circulating LH (but not FSH) levels, which were associated with a hyperfertility phenotype characterized by higher ovulation rates and larger litter sizes. Surprisingly, the loss of YAP/TAZ in gonadotropes did not appear to affect key gonadotropin synthesis-related genes, but both basal and GnRH-induced LH secretion was increased in pituitary cells from cKO mice cultured in vitro. Similar results were obtained using pharmacological inhibition of YAP/TAZ in LβT2 gonadotrope-like cells in vitro. Together, these results indicate that YAP/TAZ suppress gonadotropin release (particularly LH) in gonadotrope cells and reveal a completely novel role of the Hippo pathway in mammalian reproduction.

Contexte : Les parabènes sont des substances antibactériennes et antifongiques utilisées comme conservateurs dans de nombreux produits d’usage courant (cosmétiques, soins personnels, pharmaceutiques et alimentaires). Des études in vitro et in vivo ont signalé les effets de perturbation endocrinienne des parabènes, soulevant des inquiétudes quant à leurs risques potentiels pour la santé humaine. Objectif : Évaluer l’association entre les concentrations urinaires de parabènes et les concentrations sériques d’hormones de la reproduction (estradiol, progestérone, hormone folliculostimulante et hormone lutéinisante) chez les jeunes filles de la population générale canadienne. Méthodes: Les données de l'Enquête canadienne sur les mesures de la santé (2014 – 2015) concernant les filles âgées entre 6 et 17 ans ont été utilisées pour cette étude. L’association entre les concentrations urinaires de parabènes et des hormones a été analysée par régression linéaire multivariée, en ajustant pour les covariables suivantes : âge, indice de masse corporelle, ethnicité, revenu, et saison lors de la collecte des échantillons urinaires et sanguins. Résultats : Les 382 participantes incluses dans cette étude étaient majoritairement blanches (76%), avaient un indice de masse corporelle normal (73%) et des niveaux détectables d’au moins un parabène (92 %). Des concentrations de parabènes plus élevées étaient associées à des concentrations d'hormones de la reproduction significativement inférieures pour l’estradiol, et les hormones folliculostimulante et lutéinisante; il n’y avait pas d’association pour la progestérone. Un doublement des concentrations des parabènes urinaires était associé à des concentrations inférieures d'estradiol de 5,8% (IC à 95% -9,3; -2,1), d’hormone folliculostimulante inférieure de 4,2% (IC à 95% -7,9; -0,3) et d’hormone lutéinisante inférieure de 10,8% (IC à 95% -17,4; -3,7). Discussion : Cette étude montre que l'exposition aux parabènes était associée à des concentrations circulantes plus faibles d'hormones de la reproduction chez des jeunes filles de la population générale. Le devis transversal ne permet pas de réaliser d’inférences causales. Néanmoins, ces résultats concordent avec les études animales et suggèrent que l’exposition aux parabènes pendant le développement puisse altérer le fonctionnement du système reproducteur. Des études longitudinales permettraient de confirmer, ou non, ces résultats. / Background: Parabens are chemical substances used as preservatives for their antibacterial and antifungal properties in many everyday products (personal care, cosmetics, pharmaceutical and food). Several in vitro and in vivo studies have shown their endocrine disrupting potential, raising some concerns for potential adverse human health effects. Objective: To assess the cross-sectional association between urinary concentration of parabens and serum reproductive hormones (estradiol, progesterone, follicle stimulating hormone and luteinizing hormone) in girls in the general Canadian population. Methods: Data from the Canadian Health Measures Survey (2014 – 2015) on girls aged 6-17 were used for this study. Associations between hormones and parabens were analyzed with multivariable linear regressions, adjusting for potential confounders (i.e., age, body mass index, ethnicity, household income, and sampling season). Results: The girls and teens included in the study (n=382) were mostly white (76%), had a normal body mass index (73%), and detectable levels of at least one paraben (92%). We observed significantly lower concentrations of reproductive hormones with higher paraben concentrations; there was no association with progesterone concentrations. A doubling in urinary parabens was associated with lower estradiol by 5.8% (95% CI -9.3, -2.1), lower FSH by 4.2% (95% CI -7.9, -0.3), and lower LH by 10.8% (95% CI -17.4, -3.7). Discussion: This study shows that exposure to parabens is associated with lower circulating levels of reproductive hormones in young girls in the general population. The cross-sectional design does not allow to make causal inferences. However, these results are consistent with animal studies and suggest that exposure to parabens during development may affect the functioning of the reproductive system. Future studies should employ a longitudinal design verify these results.