La testostérone libérée pendant la période périnatale joue un rôle crucial dans l'organisation permanente du système nerveux (SN) chez le mâle. À l'âge adulte, la testostérone joue un rôle activationnel permettant l'expression de fonction typique mâle. Dans le SN, la testostérone agit en activant directement le récepteur des androgènes (AR) ou indirectement les récepteurs des œstrogènes (ERα et ERβ), après conversion en œstradiol. Nous avons généré des souris invalidées pour l'AR ou l'ERβ sélectivement dans le SN, ainsi nous avons étudié l'implication relative de ces récepteurs dans la régulation du comportement sexuel par la testostérone chez le mâle. Les souris mâles mutantes, ont un tractus urogénital complet et sont fertiles. Nous avons montré qu'au niveau cérébral l'AR n'est pas nécessaire à l'organisation au cours du développement. Mais il est essentiel pour l'activation du comportement sexuel à l'âge adulte. Au niveau spinal, l'AR joue un rôle important à la fois dans l'organisation et l'activation du noyau spinal bulbocaverneux par la testostérone. Quant à l'ERβ, il ne semble jouer un rôle ni dans l'organisation ni dans l'activation du comportement sexuel mâle par la testostérone. Nous avons aussi évalué dans quelle mesure une exposition à de faible dose de Bisphénol A (BPA) peut interférer avec les effets centraux de la testostérone. Le BPA est un monomère considéré comme un perturbateur endocrinien. Nous avons montré que la différenciation sexuelle du SN par la testostérone n'était pas affectée par l'exposition périnatale. Mais le BPA semble perturber l'activation de la voie AR par la testostérone à l'âge adulte, nécessaire à l'expression du comportement sexuel.

Les cellules de Sertoli (CS) jouent des rôles essentiels pour la régulation de la spermatogenèse, via la signalisation modulée par le récepteur aux androgènes (RA). Les objectifs de ce travail ont été d’identifier les mécanismes moléculaires de la régulation androgénique et des rôles des partenaires moléculaires dans la régulation androgénique des cellules de Sertoli pendant le développement testiculaire, du fœtus à l’âge adulte, pendant différentes stades du développement. Nous avons caractérisé et étudié une nouvelle lignée immortalisée, mature, de CS, ST38c, présentant une expression substantielle de RA endogène, une activation transcriptionnelle du RA induite par les androgènes, ainsi qu’une régulation et une stabilisation de la protéine RA par des mécanismes post traductionnels. Ce modèle a été utilisé afin de tester l’hypothèse que la suppression de l’hormone antimüllérienne (AMH) est modulée directement par les androgènes, via la RA, dans les cellules matures de Sertoli.En parallèle, nous avons testé l’hypothèse que la résistance physiologique aux androgènes du nouveau-né est liée à l’expression différentielle de quelques corégulateurs du RA. Ainsi, nous avons analysé l’expression et la contribution de deux corégulateurs du RA (SRC-2 et HBO1) pendant l’ontogenèse testiculaire humaine et pour des pathologies liées au disfonctionnement de l’action des androgènes ou du RA (syndromes d’insensibilité aux androgènes, hypogonadisme hypogonadotrophique congénital).Nous avons démontré, après des essais de transfection in vitro, que SRC-2 est un coactivateur, alors que HBO1 est in corepresseur du RA dans un modèle de cellules de Sertoli. Nous avons cartographié l’expression testiculaire humaine de SRC-2 et HBO1, pendant différentes stades du développement pré et postnatal et nous avons démontré que SRC-2 présente une expression stable, contrastant avec le profil d’expression différentielle, progressive avec l’âge de RA dans la cellule de Sertoli, suggérant que l’expression du SRC-2 est indépendante de la signalisation androgènique. Par contre, HBO1 et le RA présentent un profil de maturation et d’expression temporelle corrélé, suggérant que l’expression du HBO1 serait liée à une signalisation du RA fonctionnelle dans les cellules de Sertoli. Nous avons aussi démontré que l’expression du HBO1 est induite par les androgènes en présence du RA. Contrairement au SRC-2, HBO1 est non seulement exprimé dans les cellules de Sertoli, mais aussi dans les spermatogonies, pouvant représenter un marqueur potentiellement intéressant des cellules germinales.Enfin, nous avons aussi étudié l’immuno-expression testiculaire de RA et AMH chez des patients post pubères avec un syndrome de déficit en 5α-réductase type 2, et insensibilité minime aux androgènes (MAIS), afin d’étudier la contribution des androgènes (testostérone versus dihydrotéstosterone) pour la spérmatogenèse, la répression de l’AMH ainsi que pour mieux comprendre les perspectives de fertilité chez ces patients. / Sertoli cells (SC) have essential roles in the androgen regulation of spermatogenesis, via the androgen receptor (AR)-mediated signaling. This work aimed at identifying the molecular mechanisms related to the androgenic regulation of the AR and its molecular partners in Sertoli cells during different testicular developmental stages. We first characterized and studied a novel murine mature immortalized Sertoli cell line, called ST38c, which harbors substantial expression of endogenous AR, conserves its androgen-dependent transcriptional activation and exhibits agonist-dependent transcriptional and posttranslational regulation, as well as posttranslational stability.We used this cellular model in order to test the hypothesis that anti Müllerian Hormone (AMH) suppression in mature Sertoli cells would be directly androgen and AR mediated.Next, we hypothesized that the physiological androgen resistance in the neonate would also be related to the differential expression of several AR coregulators. Therefore, we analysed the differential expression and contribution of two AR co-regulators (SRC-2 and HBO1) during human testicular ontogeny, as well as in pathologies associated with androgen action or AR impairment (such as androgen insensitivity syndromes, congenital hypogonadotropic hypogonadism).Using in vitro transfection assays, we showed that SRC-2 is an AR coactivator while HBO1 is an AR corepressor in Sertoli cell models. We provided the cartography of SRC-2 and HBO1 expression during human testicular postnatal different stages and showed that SRC-2 presented a stable expression contrasting with the progressive evolution profile of the AR signaling, suggesting that Sertoli SRC-2 expression was independent of the androgen signaling. Interestingly, HBO1 and AR presented a temporal and positively correlated maturation profile, suggesting that HBO1 expression would be related to a functional AR signaling in the Sertoli cell. Moreover HBO1 expression is induced by androgens in the presence of the AR. Unlike SRC-2, HBO1 is not only expressed in Sertoli cells, but also in spermatogonia, being an interesting germ cell marker.Finally, we also studied AR and AMH immunoexpression in posptubertal cases of 5-α reductase type 2 deficiency and minimal androgen receptor resistance, in respect with the spermatogenesis status of seminiferous tubules, and androgen induced AMH suppression in order to assess the differential contribution of testosterone versus dihydrotestosterone and gather more information about the fertility perspectives in this particular pathologies.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie démyélinisante dont les causes ne sont pas encore bien élucidées. Cependant, l’implication des réponses auto-immunes dans la mort des oligodendrocytes engendrant la destruction des gaines de myéline et le disfonctionnement axonal est bien documentée. Les thérapies actuelles utilisant des agents anti-inflammatoires et immunomodulateurs ciblent la réduction de l’inflammation et la progression de la maladie, mais leur efficacité reste limitée et décroit après un long traitement. Toutefois, une nouvelle stratégie de traitement, basée sur la capacité endogène du cerveau à réparer la myéline, commence à voir le jour.L’utilisation des hormones stéroïdes offre une grande opportunité, compte tenu de leurs actions pléiotropiques à la fois au cours du développement et chez les sujets adultes. Notre étude montre que les androgènes et les progéstagènes jouent un rôle très important dans la prolifération des oligodendrocytes et dans la réparation de la myéline. Ces stéroïdes permettent une remyélinisation au niveau des cultures organotypiques du cervelet de souris ou de rats après une démyélinisation par la lysolécithine. En outre, l’utilisation des souris knock-out pour le récepteur de la progestérone (PR-KO) montre l’importance de ce récepteur dans l’effet promyélinisant de la progestérone. De même, l’effet pro-remyélinisant des androgènes passe par l’intermédiaire de leur récepteur nucléaire (AR) puisque la Flutamide, agent antagonisant ces récepteurs, aboli complétement cette action. De même, l’utilisation des souris knock-out pour le récepteur de la progestérone montre l’importance de ce récepteur dans l’effet promyélinisant de la progestérone.L’influence de la testostérone et des ces métabolites sur la réparation de la myéline au niveau du corps calleux est aussi montrée in vivo, en traitant les souris C57Bl/6 par la cuprizone pendant 12 à 14 semaines. Le traitement de ces souris par la testostérone ou ces métabolites 5α- dihydrotestosterone (5α-DHT), 17β-estradiol ou par un agoniste synthétique fort, le 7α-methyl-19-nortestosterone (MENT) pendant 6 semaines, induit un remarquable recrutement des progéniteurs d’oligodendrocytes, suivie par une importante remyélinisation des zones démyélinisées. Le mécanisme d’action de ces androgènes implique le récepteur AR puisque aucun effet promyélinisant n’a été observé chez les souris dont l’AR est muté (tfm : testicular feminization mutation) et les souris ARNes/cre (mutation conditionnelle de l’AR dans les neurones et les cellules macrogliales). Les souris ArKO (Aromatse Knoctout) ne pouvant pas convertir la testostérone en estradiol sont aussi insensibles au traitement par la testérone.Ces travaux montrent que les stéroïdes jouent un rôle très important dans la remyélinisation in vitro et in vivo, fournissant une preuve expérimentale pour une utilisation des stéroïdes dans des essais cliniques futurs visant à réparer la myéline. / Multiple sclerosis (MS) is a very prominent demyelinating disease. The cause of demyelination in MS is not clear, however, it involves autoimmune responses and the death of oligodendrocytes accompanied by myelin destruction and axonal dysfunction. Currently available therapies including anti-inflammatory agents and immunomodulators are targeted to reduce inflammation and disease progression but their limited efficacy further decrease after prolonged treatment.However, another therapeutic strategy has gained recently much interest, is to boost the endogenous capacity of the brain to repair myelin.Steroid hormones offer an opportunity for therapeutic interventions in a wide range of tissue abnormalities because of their multiple actions during development and in adulthood. Our studies show that androgens and progestagens play pivotal role in oligodendrocyte proliferation and subsequent myelination. Androgens or progestagens promote remyelination after lysolecithin mediated myelin insult of organotypic cerebellar slices in culture. Moreover, remyelinating effects of testosterone can be blocked by flutamide, an androgen receptor (AR) inhibitor. Also, the remyelination induced by progestagens is abolished when cerebellar slices are used from progesterone receptors (PR) knockout mice.The influence of testosterone and its metabolites on myelin repair was also evident in toxininduced demyelination in vivo. Long-term cuprizone intoxication (12-14 weeks) of adult C57Bl/6 mice caused chronic and severe demyelination in the corpus callosum. Treatment of these mice with testosterone or its metabolites, particularly 5α-dihydrotestosterone (5α-DHT), estradiol-17β and potent testosterone analog 7α-methyl-19-nortestosterone (MENT) for 6 weeks results in a marked replenishment of the corpus callosum with oligodendrocytes and remyelination. Testosterone fails to stimulate remyelination in mice carrying testicular feminization mutation (Tfm) of AR in the cuprizone model. Furthermore, we demonstrate that testosterone directly targets neuronal and macroglial AR, because the specific ablation of neural AR in (ARNes/Cre) mice prevents the myelin repair in response to testosterone. Interestingly, blocking the conversion of testosterone into estrogens by knocking out the aromatase gene (ArKO mice), also impair the remyelinating effect of testosterone.In conclusion, we provide a strong evidence for a new role of progestagens and androgens in remyelination and thus present a sound experimental support for future clinical trials based on steroid hormone therapy for demyelinating disorders.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Hormis leur implication dans les fonctions de reproduction, de développement et du maintien des caractères mâles, les androgènes (principalement la testostérone et la dihydrotestostérone, DHT) sont des hormones stéroïdiennes capables d’influencer plusieurs structures et fonctions du système nerveux. En effet, durant le développement, les androgènes ont un effet masculinisant sur le système nerveux central (SNC) le rendant sexuellement dimorphique. Chez les rongeurs mâles adultes, la substance blanche est plus volumineuse et les oligodendrocytes, cellules myélinisantes du SNC, sont plus nombreux. Cette différence est abolie après castration des mâles ; ce qui suggère l'implication de la testostérone dans le dimorphisme des oligodendrocytes et de la myéline.D’une part, mon travail de thèse visait à démontrer l’implication des androgènes et de leur récepteur (AR) dans l’établissement de ce dimorphisme. Nos résultats confirment l'implication de la testostérone et démontrent que son effet est médié par AR. En effet les corps calleux (CC) des souris mâles adultes ayant un AR non fonctionnel dans l'ensemble de l'organisme (souris Tfm) ou invalidé spécifiquement dans les cellules neurales (souris ARNesCre), présentent 20 à 30% moins d'oligodendrocytes et de surfaces myélinisées que ceux des contrôles. En outre, nos résultats montrent que ce dimorphisme apparait dès le dixième jour postnatal. De manière intéressante, le traitement pharmacologique des souriceaux mâles par un antagoniste du AR (flutamide) et des souriceaux femelles par l’agoniste d'AR (la DHT), pendant les dix premiers jours après la naissance inverse respectivement leurs profils oligodendrocytaires, suggérant un rôle organisationnel d'AR dans la substance blanche.D’autre part, mon sujet consistait à montrer l'importance de la testostérone et du AR dans la réparation de la myéline dans un modèle de démyélinisation de la moelle épinière des souris par injection stéréotaxique de lysolécithine. Nos résultats montrent que le traitement pendant 4 semaines des animaux par la testostérone permet le recrutement des oligodendrocytes et la réparation de la myéline dans les zones lésées. Il est à noter (1) qu’en absence de la testostérone ou d'AR, la réparation de la myéline est inefficace et se fait par des composants de la myéline périphérique et (2)que la présence des astrocytes semble nécessaire pour l’effet remyélinisant de la testostérone. Afin de mieux comprendre le ou les mécanisme(s) d'action(s) de la testostérone et du AR dans les processus de myélinisation et de remyélinisation, nous avons réalisé une étude transcriptomique comparative entre les animaux lésés et traités ou non avec la testostérone pour déterminer les gènes cibles et les voies de signalisations impliquées dans ces processus. Les résultats permettront probablement de définir une nouvelle cible thérapeutique pour les maladies démyélinisantes telle que la sclérose en plaques. / Androgens (mainly testosterone and dihydrotestosterone, DHT) are steroid hormones that are involved in reproduction functions, development and maintenance of male characteristics. They can also influence several structures and functions of the nervous system. Indeed, during development, androgens have a masculinizing effect on the central nervous system (CNS) making it sexually dimorphic. In addition, in adult male rodents,the white matter is larger and presents more oligodendrocytes, myelinating cells of the CNS. This difference is abolished after castration of males ; witch suggests the involvement of testosterone in the dimorphism of oligodendrocytes and myelin.One aim of my thesis was to study the involvement of androgens and their receptor (AR) in the establishment of this dimorphism. Our results confirm that testosterone is involved and demonstrate that its effect is mediated by AR. Indeed, the corpus callosum (CC) of adult male mice having a non-functional AR in the entire body (Tfm mice) or invalidated specifically in neural cells, (ARNesCre mice) have 20 to 30% fewer oligodendrocytes and myelinated area than those of controls. Moreover, our results show that this dimorphism appears early during postnatal life. Interestingly, pharmacological treatment of male pups with an AR antagonist (flutamide) and female ones with an AR agonist (DHT) during the first ten days after the birth reverses their oligodendrocytic profiles. These results suggest an organizational role of the AR in the white matter development.The aim of the second part of my study was to investigate the importance of testosterone and the AR in myelin repair in a rodent model of spinal cord demyelinationby stereotactic injection of lysolecithin. Our results show that a 4 weeks testosterone treatment allows the recruitment of oligodendrocyte and myelin repair. Interestingly, in the absence of testosterone or the AR, myelin repair was ineffeciant and was done by components of peripheral myelin. Moreover, the presence of astrocytes seems necessary for the remyelinating effect of testosterone since myelin repair was confined to astrocyte populated area.An important goal of my work is to better understand the mechanism of action of testosterone and the AR in the process of myelin formation and repair. For this, we performed a comparative transcriptomic study between animals injected or not with LPC than treated or not with testosterone to determine new target genes and signaling pathways involved in these processes. The results will probably define a new therapeutic target for demyelinating diseases such as multiple sclerosis.

L'atrophie musculaire bulbo-spinale (SBMA) est une dégénérescence lente et progressive des motoneurones causée par l'élongation du triplet nucléotidique (CAG) dans le gène codant pour le récepteur aux androgènes (RA) localisé sur le chromosome X. Dans la SBMA, ce récepteur à extension polyglutaminique (polyQ) pathogène s'accumule de manière ligand dépendante dans le cytoplasme sous forme d'agrégats mais également dans le noyau y créant des corps d'inclusions nucléaires considérés comme la marque identitaire histologique, dont le caractère cytotoxique est aujourd'hui remis en question. Nous avons développé un modèle SBMA in vitro basé sur l'expression inductible d'un RA51Q dans la lignée hybride NSC34, qui est comparé au modèle normal NSC34 exprimant un RA contenant 20Q. Nous avons démontré que l'expression du RA51Q entraîne une diminution de la viabilité ainsi qu'une altération de la croissance neuritique sans formation d'agrégats insolubles dans le noyau ou le cytoplasme des cellules. Le RA en tant que membre de la superfamille des récepteurs nucléaires est un facteur de transcription mais peut également induire des voies de signalisation non génomiques via sa localisation membranaire. Après avoir montré une localisation du RA20Q et du RA51Q dans les « lipid rafts », nous avons corrélé la diminution de la viabilité et de la pousse neuritique induite par le RA51Q à une altération de la signalisation cellulaire non génomique. Les résultats obtenus mettent en évidence une dérégulation des voies de signalisation PI3K/Akt et JNK/c-jun induite par l'expression du RA muté dans notre modèle SBMA. / Spinal Bulbar Muscular Atrophy (SBMA) is a progressive inherited motoneuron disease caused by the expansion of a trinucleotide (CAG) repeat in the gene coding for the androgen receptor (AR) located on the X chromosome. This rare disease causes muscle weaknesses, hypotonia, hyporeflexia, fasciculations of facial muscles in male patients. The androgen-dependent formation of cytoplasmic aggregates and nuclear inclusions are pathological hallmarks of this polyglutamine disease but their potential neurotoxicity is still under debate. We developed a SBMA model based on a doxycycline-inducible AR51Q expression system in the NSC34 hybrid cell line. We have shown that the expression of the mutated AR leads to a reduced viability and to an alteration of neurite outgrowth compared to cells expressing the normal AR20Q. The AR belongs to the nuclear receptor superfamily of transcription factors. However, recent data have put in evidence a membrane localization of AR initiating non-genomic signaling pathways. Because we have not observed insoluble aggregates, reduced viability and neurite outgrowth could not be correlated to AR aggregation. We hypothesized that motoneuron death is not only due to aggregate formation but also to the alteration of AR signaling pathways. We focused on a correlation between the AR localization in lipid rafts and the observed phenotypes. Our results highlight the deregulation of PI3K/Akt and JNK/c-jun signaling pathways induced by the expression of AR51Q in our SBMA model.

La voie de signalisation des androgènes, à travers le récepteur aux androgènes (AR), joue un rôle important dans le développement et la fonction de la prostate, ainsi que dans l’initiation et la progression du cancer de la prostate. La découverte de nouveaux effecteurs de la signalisation androgènes-AR permettra une meilleure compréhension de ces mécanismes. MiR-135a a été identifié comme un gène cible de la voie de signalisation androgènes-AR. Après stimulation androgénique, AR active directement la transcription du gène miR-135a2, en se fixant sur un élément de réponse aux androgènes dans la région promotrice.Une surexpression de miR-135a inhibe la migration et l’invasion de cellules prostatiques cancéreuses, en régulant négativement l’expression des protéines ROCK1 et ROCK2, deux gènes cibles de miR-135a nouvellement identifiés.De plus, miR-135a cible et régule négativement l’expression du facteur de transcription FOXN3, capable de moduler l’activité transcriptionnelle de AR et la prolifération cellulaire dépendante des androgènes.L’étude fonctionnelle de miR-135a suggère donc qu’il puisse être impliqué dans la progression du cancer de la prostate, en régulant la formation des métastases et la signalisation androgénique. L’expression de miR-135a, dans le tissu tumoral par rapport au tissu sain adjacent, de prostatectomies de patients, est inversement corrélée aux paramètres d’agressivité de la maladie, suggérant qu’il puisse être utilisé comme marqueur de pronostic du cancer de la prostate.Ces résultats font de miR-135a un nouvel effecteur de la voie de signalisation de AR, pouvant contribuer à la progression du cancer de la prostate. / Androgens signaling through the androgen receptor (AR) is critical for normal prostate development and function, as well as prostate cancer initiation and progression. The discovery of new effectors of androgens-AR pathway will allow a better understanding of these mechanisms.MiR-135a has been identified as a target gene in androgen-AR signaling pathway. After androgen stimulation, AR directly activates the transcription of miR-135a2 gene by binding to an androgen response element in the promoter region.Ectopic expression of miR-135a was found to induce morphological modification leading to an inhibition of migration and invasion in prostate cancer cells, by down-regulating ROCK1 and ROCK 2 expression, two newly identified miR-135a target genes.Moreover, miR-135a targets and downregulates the expression of the transcription factor FOXN3, able to modulate AR transcriptional activity and androgen-mediated cell proliferation.Thus, functional study of miR-135a suggests that it could be implicated in prostate cancer progression, by regulating metastases formation and androgen signaling.MiR-135a expression level in surgical cancerous speciments normalized to pair-matched normal counterpart tissues was inversely correlated with aggressivity parameters of the disease, suggesting that it could be used as a candidate prognostic marker in human prostate cancer.These results define miR-135a as a novel effector in androgens-AR signaling, which may contribute to prostate cancer progression.

Le récepteur des androgènes (RA) est la principale cible thérapeutique du cancer de la prostate (CaP) métastatique. Bien que cette thérapie soit initialement efficace, les effets sont transitoires. De nombreux mécanismes peuvent expliquer la progression du CaP vers un stade de résistance à la castration, telles les modifications du RA. Des données récentes ont montré que les variants constitutifs RA-Q641X et RA-V7, caractérisés par la perte du domaine de liaison au ligand, étaient associés à l’expression de marqueurs mésenchymateux. L’étude de la régulation de la N-cadhérine a mis en évidence que si le RA sauvage et les variants constitutifs se liaient tous deux aux éléments de réponse du gène codant, seuls les derniers étaient associés à une augmentation de l’acétylation de l’histone H4, marque positive de la transcription. Le RNA-seq a révélé que leur expression était aussi corrélée à la régulation de sets de gènes spécifiques incluant des facteurs de transcription dont certains ont déjà été caractérisés en cancérologie.En ce qui concerne le RA-T576A, porteur d’une mutation faux-sens, les données ont révélé une séquence consensus de liaison à l’ADN moins conservée pour le RA sauvage que pour ce mutant et l’importance du 11ème nucléotide des éléments de réponse. De plus, cette mutation a semblé impacter le transcriptome du RA. Ce travail met en évidence le comportement distinct des variants du RA et aide à mieux comprendre leurs modes d’action en décrivant leurs activités transcriptionnelles. / The androgen receptor (AR) is the main therapeutic target in metastatic prostate cancer (PCa). Although this therapy is initially effective, the effects are transient. Many mechanisms can explain PCa progression toward castration resistance including abnormalities in the AR. Recent data have shown that constitutive AR (e.g AR-Q641X and AR-V7), which have lost the ligand binding domain, were associated with the induction of mesenchymal marker expression. The study of N-cadherin regulation highlighted that while both constitutive AR and wild type AR bound to response elements located in the encoding gene, only the AR variants were associated with an increase of H4 acetylation, a positive transcription mark. RNA-seq revealed that their expression was also correlated to specific sets of genes regulation, including transcription factors and genes involved in migration, AR regulation, and therapeutic resistance.Concerning AR-T576A, which hold a missense mutation, data revealed a less conserved consensus sequence for the wild type AR than for this mutant and highlighted the importance of the 11th nucleotide of the response element for AR recruitment to DNA. Plus, this mutation seemed to impair AR transcriptome. This work highlights the distinct AR variants’ behavior and helps to understand their mode of action by depicting their transcriptional landscapes.