Physiologie de la reproduction - Cours en Ligne
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Physiologie de la reproduction Pierre Calvel Département Sciences de la Vie et Santé UFR Génétique, Elevage et Reproduction UMR Génétique Animale et Biologie Intégrative [email protected] En 1ère année - Physiologie de la reproduction (Bloc SVM) 6 h cours + 1,5 h TD Relations reproduction-équilibre énergétique (ex : vache laitière) Examen (sauf changement) : Vendredi 16 décembre, 8h45 (1h30 avec Nutrition, ~40 min consacré à la Reproduction) - Sélection, reproduction et ressources génétiques des animaux domestiques (Bloc SPT - UE de prérequis D1-D3) 10,5 h de cours incluant 3 h de cours et 1,5 h TD « Maîtrise de la reproduction » + TD Production animale (ferme de Grignon) : gestion de la reproduction Physiologie de la Reproduction I - Anatomie des appareils génitaux et Développement sexuel II - Régulation neuro-endocrine de la fonction sexuelle III - Gamétogenèse IV - Gestation et parturition Physiologie de la Reproduction I - Anatomie des appareils génitaux et Développement sexuel II - Régulation neuro-endocrine de la fonction sexuelle III - Gamétogenèse IV - Gestation et parturition Anatomie de l’appareil génital femelle ♀ Appareil génital femelle – vue latérale 1 : Vessie 2 : Rectum 3 : Glande mammaire 4 : Ovaire 5 : Oviducte gauche 6 : Corne utérine gauche 7 : Col de l’utérus 8 : Caroncules 9 : Vagin 10 : Vulve Proportion relative des cornes et du corps de l’utérus Uterus duplex Uterus bipartitus Vues dorsales Lapine Chienne Uterus simplex o Jument Femme 10-15 cm : 10 => 3 mm 2 x 1 cm 10-20 cm 1-2 cm (70-100/utérus) 10 cm 5-7 anneaux Muqueuse roserougeâtre + mucus cervical en période de chaleurs 10-15 cm Utérus de vache non gravide (non gestante) Toujours 2 ovaires chez femelles domestiques ? Ovaire gauche Oviducte gauche Formation du blanc et des mbs coquillères Utérus Formation de la coquille Vagin Expulsion de l’œuf (oviposition) D’après Taylor, 1970 Conformation interne de l’ovaire de mammifères Cortex Follicule pré-ovulatoire Medulla 5-10 mm (chèvre, brebis, truie) Vaisseaux Cortex 20 mm (vache) 40-70 mm (jument) Corps jaune (corpus luteum) circulation générale Ovaires de vache au cours du cycle Avant l’ovulation (pendant les chaleurs) 2-3 cm 3-5 cm 7 jours après l’ovulation Ovaires de vache au cours du cycle Aspect échographique des ovaires bovins au cours du cycle J0 J14 http://research.vet.upenn.edu/ J4 J20 Corpus albicans Lutéolyse = régression fonctionnelle du corps jaune Conformation interne de l’ovaire Général Jument mesovarium Médulla Cortex Fosse d’ovulation L’appareil génital est soutenu dans la cavité abdominale Ligament large (mésometrium) Grands herbivores : palpation et échographie transrectales des ovaires et de l’appareil génital Vascularisation des ovaires et de l’appareil génital Veine ovarienne Rameau tubaire de l’artère ovarienne Vache: Forde et al, 2011 Truie : Hunter, Reprod Nut Dev 2005 Transfert de stéroïdes depuis la veine vers l’artère ovarienne et son rameau tubaire => régulation des fonctions de l’oviducte Transfert de prostaglandines (PGF2α) depuis la veine utérine vers l’artère ovarienne => lutéolyse Trompe utérine ou oviducte Ampoule Isthme x 2000 o Rôles de l’oviducte Jonction utéro-tubaire + isthme en période péri-ovulatoire : stockage spz (« réservoir spermatique ») + capacitation/sélection des spz sur le site de fécondation Développement embryonnaire précoce Entrée dans l’utérus : Stade 4 cell (truie) Stade 8 cell (femme) < Morula -blastocyste (chienne) Fécondation Captation ovocyte Intervalle [ovulation-entrée dans utérus] Durée gestation % temps ds oviducte Truie 24-48 h 115 j <2% Vache, femme 3 – 4 j (8-16 cell) 280 j <2% Chienne 8-10 j 63 j 12-16% Structure et fonction de l’utérus Conformation interne des voies génitales de Jument Vue dorsale Glandes endométriales Endomètre Myomètre (3 couches musculaires) Conformation interne des voies génitales de Vache Caroncules endométriales Col de l'utérus Vache Anneaux cartilagineux Mucus cervical Col utérin de la truie Vagin, vestibule et vulve Anatomie de l'appareil génital mâle Appareil génital mâle – vue latérale 1 : Testicule 2 : Tête de l’épididyme 3 : Queue de l’épididyme 4 : Canal déférent 5 : Vésicule séminale 6 : Bourse 7 : Glande bulbo-Urétrale 8 : Muscle rétracteur 9 : S pénien 10 : Partie mobile 11 : Gland 12 : Fourreau 13 : Rectum Testicules du bélier Position sous-inguinale Orientation verticale Les mammifères domestiques sont exorchides permanents o Testicules de l’étalon Position sous-inguinale Orientation horizontale Testicules du verrat Position périnéale Orientation verticale Appareil génital du coq Testicules intra-abdominaux Epididymes Canaux déférents Cloaque Descente des testicules pendant la vie fœtale ou peu après la naissance Mammifères d’élevage : Exorchides irréversibles Cryptorchidie : - uni- ou bi-latérale - abdominale ou inguinale Structure interne du testicule et de l’épididyme + urètre = voies spermatiques extratesticulaires Tubes séminifères + tissu interstitiel (testostérone) + tissu conjonctif (irrigation, innervation) Albuginée lobules testiculaires RQ : Vasectomie o Tubes séminifères en coupe histologique Vascularisation du testicule Etalon Cordon spermatique Enveloppes du testicule et du cordon spermatique Testicule gauche d’étalon Voies spermatiques et glandes annexes Verrat Canaux déférents Vésicules séminales Liquide ou plasma séminal (glandes vésiculaires) Prostate Glandes bulbourétrales* ou de Cowper * * Glandes préputiales o Pénis fibro-élastique et muscles rétracteurs du pénis Pénis fibro-élastique du verrat Muscle rétracteur du pénis Courbure sigmoïde ou S pénien Pénis musculo-vasculaire de l'étalon Corps caverneux Corps spongieux M. ischiocaverneux M. bulbo-spongieux Le développement sexuel La détermination du sexe chez les mammifères Fécondation Sexe chromosomique XY XX Sexe gonadique Testicule Ovaire Sexe anatomique MALE FEMELLE La détermination du sexe est génétique avec mâles hétérogamétiques (XY) chez les mammifères… • 1959: TDF (Testis-Determining Factor) sur le chromosome Y • 1966: TDF est sur le bras court du chromosome (Yp). • 29 Novembre 1990: 3 articles publiés dans la revue Nature démontre que le gène SRY est le TDF 1959 1966 1990 LA DETERMINATION DU SEXE EST SOUS CONTRÔLE GENETIQUE • Mai 1991 : des souris XX portant une copie du gène Sry murin ou du SRY humain se développent en souris phénotypiquement mâle, quoique infertiles. XY wt XX + Sry Koopman et al., 1991 …A quelques variations près! Wallaby (Macropus eugenii) • Structure unique: la poche est la plus grande structure sexuellement dimorphique chez les mammifères • La poche chez la femelle et le scrotum chez le mâle se développent avant les gonades • Les gonades se différencient après la naissance (dans la poche) XX – poche, ovaires Mécanismes possibles : X-chromosome dosage XY – scrotum, testicules XXY – poche, testicules XO – scrotum, ovaires …A quelques variations près! Le cas de l’ornithorynque : espèce de mammifère semiaquatique d’Australie. Les femelles ornithorynque pondent des oeufs au lieu de donner naissance à des petits vivants. Ornithorynque (Ornithorhynchus anatinus) • Femelles : 10 chromosomes X • Mâles : 5X, 5Y • Pas de Sry Mécanismes possibles? Inconnus …A quelques variations près! Souris naine d’Afrique (Mus minutoides) Détermination du sexe et spermatogenèse en l’absence du chromosome Y et du gène Sry Mâles et femelles XY Mâles et femelles XX Détermination du sexe et développement ovarien en présence du chromosome Y et du gène Sry Mâles et femelles X0 Rat-taupe d’Arménie (Ellobius lutescens) Rat-taupe du Nord (Ellobius talpinus) La détermination du sexe gonadique Fécondation Sexe chromosomique XY XX Sexe gonadique Testicule Ovaire Sexe anatomique MALE FEMELLE Aspects cellulaires de la détermination du sexe Les crêtes génitales apparaissent vers E10.0 chez la souris (4-5ème semaine de gestation chez l’homme) comme un renflement de l’épithélium coelomique sur la surface ventromédiale du mésonephros La gonade est composée de: • Cellules germinales • 3 types de cellules somatiques: Cellules supportrices Cellules stéroïdogéniques Cellules stromales mésonephros c. Wolff c. Müller gonade métanephros Gonade indifférenciée Canal de Wolff Mesonephros Canal de Müller Lignées somatiques La lignée des cellules stéroïdogènes donne: - Les cellules de Leydig dans le testicule - Les cellules de la thèque interne dans l’ovaire La lignée des cellules supportrices donne : - Les cellules de Sertoli dans le testicule - Les cellules de la granulosa/follicullaire dans l’ovaire Aspects cellulaires de la détermination du sexe gonadique en résumé Gonades bipotentielles Testicules Ovaires ovocytes Cellules Folliculaires Cellules de la thèque Précurseurs des cellules germinales Cellules supportrices Précurseurs des cellules stéroïdogènes prospermatogonie + Sry Cellules de Sertoli + Leydig cells Brennan and Capel. Nat Genet. 2004 Aspects moléculaires de la détermination du sexe gonadique E10.5 E11.5 Primordium adréno-génital Insr, Igf1r, Wt1, Nr5a1 Programme génétique mâle Gonade bipotentielle Glande surrénale + Programme génétique femelle Aspects moléculaires de la détermination du sexe gonadique : genèse du testicule E10.5 E11.5 Primordium adréno-génital Insr, Igf1r, Wt1, Nr5a1 Gonade bipotentielle Glande surrénale + XY SRY Programme génétique mâle Sox9, Fgf9, Dmrt1 Dhh Testicule Programme génétique femelle Evènements cellulaires suivants SRY et SOX9 XY Bipotential gonad XX • Proliferation • Migration of mesonephric cells • Organization • Vascularization • Leydig cells differentiation • Meiosis inhibition Sertoli cells 51 Brennan and Capel. Nat Genet. 2004 Aspects moléculaires de la détermination du sexe gonadique : genèse de l’ovaire E10.5 E11.5 Primordium adréno-génital Gonade bipotentielle Glande surrénale + Insr, Igf1r, Wt1, Nr5a1 XX SRY Programme génétique mâle Programme génétique femelle Wnt4, Rspo1, B-Catenin Alfred Jost Foxl2 Female development Ovaire Est ce que le programme génétique femelle est un programme par défaut ? Exemple d’inversion sexuelle naturelle Female XX , p/p or PIS (+/+) Male XX, P/P or PIS (-/-) Male XY, p/p or PIS (+/+) Fetal gonads histology Mâle XY, p/p Allèle P : Mutation dans PIS = délétion de 11.7 kb avant FOXL2 Mâle XX, P/P Femelle XX, p/p Chèvres mottes (connues depuis le XIXème siècle) mâles et femelles sans cornes, femelles souvent plus prolifique, mais dans certains cas, le mâle est infertile Expression of SOX9 and FOXL2 in fetal gonads (PCR FOXL2/PIRST1 = SRY chez la femelle ? 53 Existence d’un programme génétique femelle robuste Un exemple d'inversion sexuelle chez la chèvre • Mutation PIS = délétion de 11.7 kb en amont du gène FOXL2, cette mutation masculinise la gonade en l’absence de SRY Histologie des gonades fœtales caprines Mâle (PIS (+/+) Mâle Mâle XX (PIS -/-) Mâle XX Femelle (PIS +/+) Femelle Le locus PIS Expression de SOX9 et FOXL2 dans les gonades fœtales (PCR) Le couple FOXL2/PIRST1 est-il un équivalent de SRY chez la femelle ? La détermination du sexe anatomique Fécondation Sexe chromosomique XY XX Sexe gonadique Testicule Ovaire Sexe anatomique MALE FEMELLE Développement du système reproducteur et hormones Programme génétique mâle Testostérone (+DHT) Puberté Programme génétique femelle Estradiol Progestérone AMH Insl3 Masculinisation de l’embryon Féminisation de l’embryon Puberté Différenciation du système reproducteur a) Voies génitales Stade indifférencié La testostérone (produite par les cellules de Leydig) promeut le développement des canaux de Wolff AMH (produite par les cellules de Sertoli) induit la dégénérescence des canaux de Müller Williams textbook of endocrinology, 11th Ed. Différenciation du système reproducteur a) Voies génitales Stade indifférencié L’absence de testostérone induit la dégénérescence des canaux de Wolff l’absence d’AMH et la présence d’estradiol permet le développement des canaux de Müller Williams textbook of endocrinology, 11th Ed. Cas particulier des bovidés : intersexualité des femelles free-martins « Free-martinisme » Concerne jusqu’à 1% des naissances selon les races de bovins, femelle stérile dans 90-95 % des cas La descente testiculaire • La température intra-abdominale est toxique pour les cellules germinales • Les testicules descendent dans le scrotum en passant par le canal inguinal • La cryptorchidie (testicule non-descendu) est la malformation congénitale la plus fréquente des nouveau-nés mâles (1% à 1 an, jusqu’à 9% au Danemark) • Conséquences: infertilité, risque accru de cancer des testicules Insulin-like 3 et la descente testiculaire • Membre de la famille de l’insuline • Synthétisé et sécrété par les cellules de Leydig • INSL3 médie la 1ère phase de la descente testiculaire (phase trans-abdominale). • Induit le développement et la contraction du gubernaculum • La T/DHT médie la 2ème phase de la descente testiculaire (phase inguino-scrotale) Nef & Parada, Nature Genetics 1999 Différenciation sexuelle et évolution Les mécanismes de la détermination du sexe au cours de l’évolution Une simple analyse histo-morphologique révèle que les structures histologiques au sein des testicules et ovaires est remarquablement conservée parmi les différentes espèces de vertébrés souris poulet tortue ovaire testicule humain Cependant… les programmes cellulaires et moléculaires contrôlant la détermination du sexe ne sont pas conservés au cours de l’évolution DeFalco and Capel, 2009 Les mécanismes de la détermination du sexe au cours de l’évolution La détermination du sexe est sous contrôle génétique chez les mammifères avec mâle hétérogamétique XY wt XX + Sry Koopman et al., 1991 La détermination du sexe est génétique avec femelles hétérogamétiques (ZW) chez les oiseaux Mécanismes possibles? Hypothèse 1 : W Dominant • Conservation et expression des gènes liés au développement des ovaires chez les mammifères (Foxl2, Wnt4, Rspo1) • Facteur sur le W activant ces gènes? Hypothèse 2 (la plus probable) : Z Dosage • Détermination du sexe mâle dosage dépendante à partir d’un gène présent sur le Z. • Candidat probable : Dmrt1 (Suppression de Dmrt1 : renversement sexuel mâle vers femelle.) La détermination du sexe est sous contrôle de la température chez certains reptiles Femelle hétérogamétique: ZZ/ZW Agame barbu (Pogona vitticeps) Cependant, la température peut l‘emporter sur le sexe génétique Quinn et al., 2007 La vie sexuelle débridée de la grenouille japonaise Rana rugosa • 1 population avec sexe mâle hétérogamétique : XX/XY Rana rugosa • 1 population avec sexe femelle hétérogamétique : ZZ/ZW • Possibilité d’obtenir des hybrides (toujours la même espèce!) • Y dominant sur X ou Z • W dominant sur Y • Hybrides WY: femelle Miura, 2008 La détermination du sexe est multifactorielle chez les poissons Martinez et al., 2014 • Système hétérogamétiques mâle (XY) ou femelle (ZW) • Rôle de l’environnement (température, densité de population) • Influence précoce des hormones sexuelles sur la différenciation de la gonade Une application : production de populations unisexes Martinez et al., 2014 Utilisation des super-femelles WW chez le turbot MERCI DE VOTRE ATTENTION Questions, remarques : [email protected]
