I. Introduction à l`ensemble du cours
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PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 INFLUENCE DES FACTEURS DE L’ENVIRONNEMENT SUR LA REPRODUCTION I. INTRODUCTION A L’ENSEMBLE DU COURS I. 1. Le cadre général : la reproduction sexuée Le cadre général du cours est la reproduction sexuée. On s’intéresse aux aspects psychophysiologiques de la reproduction sexuée. C’est-à-dire à l’étude des : Facteurs nerveux Facteurs endocriniens Facteurs environnementaux qui régulent la reproduction. L’avantage de la reproduction sexuée par rapport au bouturage c’est qu’à chaque fois qu’on refait un individu, on tire un peu les dés au niveau génétique : ½ des caractères paternels et ½ des caractères maternels. Cela permet de répondre aux modifications de l’environnement : les individus peuvent s’adapter. Dans la reproduction, les deux partenaires doivent être coordonnés : Les saisons de reproduction doivent être synchrones entre mâle et femelle. Au sein de la période de reproduction, la fertilité du mâle est constante mais la femelle va être limitée par la période d’ovulation. Cela nécessite une synchronisation minutieuse. Cette synchronisation va être assurée par les hormones et en particulier par les stéroïdes sexuels sécrétés par l’ovaire ou par le testicule. I. 2. Effet organisateur et activateur des stéroïdes sexuels Les stéroïdes sexuels peuvent avoir un effet organisateur ou activateur : Organisateur : dans la période périnatale (bref et précis) Activateur : à partir de la puberté c’est-à-dire à l’âge adulte, activation par les hormones (réveil des potentialités qui étaient présentes). Ce sont des effets transitoires (uniquement lorsque l’hormone est présente). Ces effets d’activation sont importants car ils permettent à l’individu d’ajuster son comportement en fonction d’événements ou de contraintes physiologiques internes (ex : ovulation qui doit s’accompagner de nidification pour être prise en compte) et en fonction d’événements ou de contraintes externes en provenance du milieu (ex : la température, la lumière ou des signaux sexuels envoyés par le partenaire potentiel). La séquence d’activité qui permet à l’individu de mener à bien sa reproduction comprend : 1. Phase de recherche ou d’attraction du partenaire sexuel : soit on recherche (en se déplaçant) ou on émet des signaux (on fait venir l’autre). on parle de comportement de cour. 2. Phase d’accouplement ou de copulation. 3. Phase parentale (chez les mammifères et la plupart des oiseaux) : c’est la phase d’élevage des petits. Suivant les espèces concernées et donc suivant la vitesse de développement du jeune, un ou plusieurs cycles de reproduction peuvent se succéder : c’est la durée de l’embryogenèse qui détermine cette faculté. 1 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Presque pour la totalité des espèces, la reproduction dépend du cycle des saisons. Il y a des périodes de reproduction et de repos sexuel. Dans la plupart des espèces, à l’exception de la notre, on doit distinguer un période plus courte durant laquelle la femelle va s’accoupler : on dit que cette femelle est réceptive. Cette période est liée à un état hormonal particulier, elle s’appelle l’estrus (œstrus) et durant cette période d’œstrus, il y a une recherche de contact et de partenaire sexuel. Selon les espèces, on put imaginer que la femelle émettra des signaux (odeur, cris…) pour attirer les mâles. On parle d’attraction des mâles/ Il y a aussi un comportement de recherche active du partenaire, on parle de proceptivité. Le mâle peut lui aussi émettre des signaux qui vont attirer la femelle. Au cours d’une saison de reproduction, le mâle a une période de fertilité identique durant toute la saison de reproduction. Pour la femelle, la fertilité va dépendre de l’ovulation. La femelle naît avec un stock limité d’ovogonie (ovocytes), une partie seulement se développe en ovocytes susceptibles d’être fécondés. C’est l’individu qui a le plus de contrainte qui va être à l’origine de la façon dont les choses vont se synchroniser. Les comportements reproducteurs vont être obligés de se caler sur le cycle de la femelle. Il faut que les deux partenaires arrivent à se caler sur le cycle reproducteur de la femelle. Le cycle ovarien de la femelle va être important. Durant ce cycle ovarien, on distingue deux phases : La phase folliculaire (avant l’ovulation) : durant cette phase, l’ovocyte s’entoure d’un nombre de plus en plus grand de cellules qui forment le follicule, c’est la phase de maturation de l’ovocyte et du follicule. Ces cellules qui entourent l’ovocyte sécrètent des hormones qui sont l’œstradiol et la progestérone. La phase lutéale (après l’ovulation) : quand le follicule est à maturité, sous l’influence d’un pic de LH, il y a rupture du follicule et il y a ovulation. L’ovocyte est chassé du follicule, il va aller dans les voies génitales. Soit il rencontre des spermatozoïdes soit il n’en rencontre pas. Quel que soit le devenir de l’ovocyte, le follicule se transforme et devient le corps jaune. Ce sont les mêmes cellules qui vont essentiellement produire de la progestérone. S’il y a eu fécondation : on entre dans un autre cycle : la gestation. S’il n’y pas eu fécondation : il y a dégénération La production de stéroïde sexuelle est sous la dépendance d’hormones produites par l’hypophyse (adénohypophyse) qui est elle-même sous le contrôle de l’hypothalamus. L’adénohypophyse sécrète deux hormones qui sont dites gonadotropes et qui sont la LH (luténisante) et la FSH (folliculo stimulateur). Chez la femelle, la FSH permet la croissance et la maturation du follicule ovarien. Elle permet également la sécrétion d’œstradiol par ce follicule. La LH déclenche l’ovulation, c’est un pic de LH qui déclenche la rupture de la paroi du follicule et l’ovulation. la LH stimule également la libération de progestérone. Chez le mâle, la FSH assure la spermatogenèse et stimule la fabrication des spermatozoïdes et le développement des tubes séminifères. La LH stimule la production de testostérone. Ces hormones sont sous le contrôle de la gonadolibérine (GnRH) produite par l’hypothalamus avec une série de rétrocontrôles possibles. Chez la femelle, le cycle ovarien détermine un ensemble de modifications hormonales qui entraînent une série de modifications comportementales. Chez bon nombre d’espèces, la réceptivité de la femelle ne se manifeste qu’au moment de l’ovulation. Dans les heures qui précèdent l’ovulation, il y a des modifications du comportement de la femelle, on parle d’estrus. Ex : chez les rongeurs, un cycle de reproduction dure 4 jours. 2 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Chez ces animaux qui ont un oestrus, pour parler du cycle ovarien on parle souvent de cycle estrien (oestrien). II. INFLUENCE DES FACTEURS SAISONNIERS SUR LA REPRODUCTION II. 1. Influence de la durée du jour Pour de nombreuses espèces animales, l’activité sexuelle est saisonnière. Elle va s’exprimer sur une période plus ou moins longue et bien délimitée dans le temps. Le réveil du comportement sexuel à une période précise a pour but que les jeunes naissent à un moment favorable à leur développement. Le décalage va être lié soit à la période de gestation soit à la période de couvaison. II. 1. A. Les oiseaux et les petits mammifères (période de gestation ou de couvaison courte) La reprise de l’activité sexuelle correspond à la fin de l’hiver ou le début du printemps. Chez bon nombre d’espèces, on a pu montrer que le facteur important c’est la durée d’allongement du jour. Quand on regarde dans le détail on voit que l’allongement du jour fait augmenter la GnRH et s’accroître la libération de LH et FSH et donc d’estradiol et de testostérone en fonction du sexe de l’individu. Cela se traduit par un réveil de l’activité sexuelle. II. 1. B. Les animaux qui ont des périodes de gestation longues Les animaux vont décaler leur période d’activité sexuelle. Ex : – Le bélier et la brebis, les accouplements on lieu en automne avec des naissances en mars et avril. – Le sanglier, il s’accouple en décembre et les naissances ont lieu en mars ou avril. II. 2. Rôle de l’épiphyse et de la mélatonine Il y a des mécanismes biologiques qui impliquent une glande qui s’appelle l’épiphyse ou glande pinéale. L’épiphyse fait partie du diencéphale (toit du diencéphale). Elle produit une hormone appelée la mélatonine. La mélatonine est un dérivé de la sérotonine (5HT). Pour passe de la 5HT à la mélatonine, il y a deux enzymes : NAT et HIOMT. Or, on s’est aperçu que la NAT n’est active que lorsque l’individu est dans un environnement sombre. Donc la mélatonine n’est sécrétée que durant la nuit. Donc on a un marqueur biologique de l’alternance entre les jours et les nuits. C’est la durée de production de cette hormone qui va réguler l’activité sexuelle. Polycopié : Représentation schématique de la liaison entre le noyau suprachiasmatique et l’épiphyse. De la rétine part des faisceaux qui ne sont pas impliqués dans la vision et qui vont se projeter dans une région hypothalamique qu’on appelle le noyau suprachiasmatique. Ces noyaux suprachiasmatiques jouent le rôle de donneur de rythme au niveau du système endocrinien. Ensuite, il y a une série de connexions qui font intervenir le système nerveux périphérique (ganglion cervical supérieur) puis l’épiphyse. Suite aux informations reçues, l’épiphyse va ou non fabriquer de la mélatonine. Il y a des récepteurs pour la mélatonine dans les régions qui produisent la GnRH (aire préoptique, hypothalamus). La mélatonine serait libérée dans le liquide céphalo-rachidien et se déplacerait jusqu’à ces récepteurs. On trouve aussi des récepteurs dans les suprachiasmatiques, ce qui suppose l’existence d’un rétrocontrôle. L’épiphyse est importante dans la régulation des comportements sexuels. Ex 1 : le hamster est une espèce dite de « jour long », c’est une espèce qui se reproduit quand les jours rallongent. Chez ces animaux les testicules sont développés quand les jours raccourcissent, ils régressent. 3 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Si on supprime l’épiphyse, c’est-à-dire le moyen de savoir la durée du jour, cette régression n’a plus lieux. Ex 2 : le bélier est un animal de « jour court » qui se reproduit quand les jours raccourcissent. Si on supprime l’épiphyse il n’y a plus de régression des testicules lorsque les jours s’allongent. La privation d’épiphyse empêche le système nerveux d’interpréter correctement l’évolution de la durée du jour. En fait, ce n’est pas la quantité de mélatonine qui est importante mais la durée pendant laquelle elle est sécrétée. Expérience : On prend des hamsters sans épiphyse et on les soumet à : – 8 h de jour par journée – 16 h de nuit par journée. Puis on fait des perfusions de mélatonine. On perfuse la même quantité dans les deux groupes et on fait varier la durée pendant laquelle on perfuse : – G1 = pendant 6 heures (\\ été) – G2 = pendant 12 heures (\\ hiver) On constate que quand on perfuse pendant 6 heures, on a des taux de LH élevés et que lorsqu’on perfuse pendant 12 heures on a des taux de LH bas. Dans un cas l’animal peut se reproduire dans l’autre non. C’est la durée de production de la mélatonine qui va influencer le comportement sexuel. II. 3. Autres facteurs Ex : âge de la puberté chez les jeunes filles. L’âge de la puberté diminue au cours du temps (de 1840 à aujourd’hui). Pour notre espèce, en 100 ans, on peut observer un abaissement de l’âge de la puberté. Il existe d’autres facteurs que la durée du jour : Facteurs alimentaires Facteurs sociaux et facteurs psychosociaux. Des relations entre individus peuvent avoir un retentissement sur la physiologie et le comportement sexuel. Il existe chez de nombreuses espèces dont la nôtre une communication par voie olfactive qui va réguler la reproduction. III. INFLUENCE DES FACTEURS SOCIAUX SUR LA REPRODUCTION III. 1. Communication olfactive et reproduction : les phéromones III. 1. A. Différences et points communs entre hormones et phéromones Bon nombre de travaux mettent en évidence l’existence d’une communication chimique entre les individus d’une même espèce : on parle de phéromones. Les phéromones ont été mises en évidence dans les années 1950-60 par des personnes qui travaillaient sur les insectes. Ils ont découvert que des femelles émettaient une substance chimique qui avait un rôle d’attractant chez le mâle. On a retrouvé cela chez les mammifères et notamment chez le rat. Phéromone : substance qui est produite par un individu, qui est excrété, qui peut venir en contact avec un individu de la même espèce et qui peut provoquer chez ce dernier une réponse comportementale ou physiologique. La phéromone intéresse non seulement le canal olfactif mais dans certaines espèces (insectes) elle peut également être ingérée. Ex : Chez les abeilles, un seul individu a un appareil reproducteur développé. Potentiellement tous les individus pourraient se reproduire or la reine émet une phéromone qu’elle va donner aux ouvrière qui viennent la nourrir. La phéromone échangée par la reine va stériliser les ouvrières. Les phéromones ne sont pas des hormones. Les hormones sont à usage interne alors que les phéromones sont à usage externe. Les hormones sont libérées dans la circulation sanguine d’un individu et vont agir sur ses propres cellules et en aucun cas ne vont sortir de l’individu pour s’intéresser aux cellules des congénères. 4 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Les phéromones sont au contraire libérés à la surface du corps ou dans les urines. Elles sont destinées à agir sur un congénère. Dans ce cas, on a un émetteur et un récepteur. Il y a des points communs : Pour l’homme, la formule chimique des phéromones est proche des hormones, ce sont des dérivées des hormones. Pour que l’émetteur produise des phéromones, il faut qu’il soit dans un certain état hormonal. Pour le récepteur, certaines phéromones ne fonctionnent que si le récepteur est dans un certain état hormonal. Dans certains cas la phéromone va servir à modifier l’état hormonal du récepteur. Ce sont deux systèmes distincts mais pas complètement indépendants. Chez les poissons c’est la même chose (poisson rouge), on a montré que ces animaux libèrent des hormones dans l’eau qui agissent sur les congénères. Hypothèse : à l’origine c’est la même molécule puis avec l’évolution les systèmes se sont séparés. Il y a des phéromones pour signaler le danger. Ex : chez le poisson rouge, il y a des phéromones de peur. III. 1. B. Phéromones initiatrices et phéromones signal Pour les phéromones impliquées dans la reproduction, on distingue : Les phéromones initiatrices Les phéromones signal a) Les phéromones signal Elle va provoquer une réaction immédiate et temporaire chez un récepteur, à condition que celui-ci soit au préalable dans un certain état physiologique. Autrefois, on parlait de phéromones déclenchant. Les attractants sexuels sont parmi ces phéromones signal. b) Les phéromones initiatrices (phéromones d’amorçage) Elles ne provoquent pas de modification comportementale immédiatement décelable mais elles vont provoquer une modification de la physiologie du récepteur et cette modification peut être immédiate. En particulier, on va voir une modification de l’état hormonal. Ces modifications physiologiques vont entraîner à plus ou moins long terme des modifications du comportement. III. 2. Effet des phéromones initiatrices III. 2. A. Effet Vandenbergh, effet Lee-Boot, effet Whitten, effet Bruce… L’animal qui émet n’a pas besoin d’être présent. Généralement les observations sont faites sur les femelles. a) L’effet Vandenbergh Lorsqu’on met des souris femelles immatures dans une cage, ces dernières atteignent la puberté plus précocement lorsqu’elles sont en compagnie de mâles mâtures que lorsqu’elles sont en compagnies d’autres femelles ou de mâles immatures. Ce qui est important, ce sont les phéromones qui sont urinaires. 5 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Expérience : on prend de l’urine des différents types de mâles et on badigeonne le museau des femelles. On regarde le poids de l’utérus des femelles. On utilise des souris âgées de 21 jours et on applique le traitement pendant 8 jours. – Un groupe reçoit de l’eau – Un groupe reçoit de l’urine de mâle dominé – Un groupe reçoit de l’urine de mâle dominant. Traitement Poids corporel (g) Poids de l’utérus (mg) Eau (contrôle) 17.5 45.8 Urine dominé 18 47.6 Urine dominant 17.9 73.4* * différence significative Les mâles dominés on peut d’androgènes et donc peut de phéromones. Il y a un effet dosedépendant de la phéromone. C’est une molécule lourde qui reste dans l’urine ( air) b) L’effet Lee-Boot A l’inverse les femelles inhibent mutuellement la reproduction. Les femelles émettent une phéromone qui ralentit la maturation sexuelle des jeunes femelles. Lorsque des femelles sont groupées seules en grand nombre (jusqu’à 30 dans une cage, quelle que soit la taille de la cage), on observe une disparition des cycles, de l’œstrus et de l’ovulation. Les femelles se trouvent dans un état d’anestrus. Il n’est pas nécessaire que l’animal soit présent dans la cage. On peut récupérer l’urine et lui présenter : c’est une phéromone qui responsable de l’effet. Hypothèse : ce serait une économie d’énergie. c) L’effet Whitten Si on introduit un mêle parmi les femelles en état d’anestrus (ou l’urine d’un mâle) on observe un redémarrage de l’activité sexuelle et une synchronisation des ovulations. On observe également cet effet chez les brebis. Cela peut entraîner des naissances synchrones. On peut montrer que chez les brebis dans les minutes qui suivent l’introduction du bélier, il y a des pics de LH qui se produisent. C’est bien une phéromone initiatrice : effet de synchronisation des œstrus et des ovulations. Chez le bélier, la capacité de stimulation et cette synchronisation est dépendante des taux de testostérone du mâle en question. Ex : Un mâle castré est inefficace car il ne produit pas de phéromone. Si on prend une femelle et qu’on lui injecte de la testostérone cela produit un effet, c’est la même chose si on injecte un mâle castré. Cette phéromone est dépendante des taux de testostérone de l’animal. d) L’effet Bruce Il montre que les phéromones peuvent intervenir plus tardivement dans la régulation de la physiologie des congénères. Ex : Chez les souris, on prend des mâles et des femelles qui s’accouplent et on les laisse ensemble puis on les sépare. La femelle est en gestation après 3 à 4 jour. Après on va mettre la femelle avec un autre mâle. Si le mâle est assez différent du premier, il y a arrêt de la gestation et avortement spontané. L’importance de cet effet va dépendre du degré de ressemblance entre les deux mâles : Si c’est la même souche 30 % d’avortements Si c’est une souche différente 80 % d’avortements. Hypothèses : l’intérêt est pour le mâle, en faisant avorter la femelle, il peut s’occuper de ses propres petits plutôt que de supporter ceux des autres. 6 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Il suffit de mettre de la litière souillée pour avoir le même résultat. Cette phéromone aurait pour effet d’empêcher la libération de prolactine (hormone hypophysaire) qui est responsable du développement du corps jaune. Le corps jaune produit la progestérone. La progestérone permet le maintien et la nidification des embryons. La phéromone qui fait avorter est la même que celle qui accélère la puberté chez les jeunes femelles. Elle est tout le temps émise en période de reproduction par les mâles. Pourquoi les femelles sont immunisées pour la phéromone du partenaire ? Lors de l’accouplement la femelle mémorise un type d’odeur et après elle est immunisée contre cette phéromone. Cette mémorisation se fait au moment de l’accouplement et dans les 24 à 48 heures qui suivent. III. 3. Effet des phéromones signal III. 3. A. Signal olfactif et recherche du partenaire sexuel androsténol et androsténone Ce sont des phéromones qui vont jouer le rôle d’attractant sexuel. Expérience 1 : chez le porc, on a pu mettre en évidence les phéromones signal. Travaux de SIGNORET : il a eu recours à un labyrinthe en « T » Dans chaque type d’expérience on va mette un animal adéquat ou non : – Femelle (truie) – Mâle (verrat) – Pour la femelle on met un mâle castré. Résultats : Partenaire adéquat Partenaire inadéquat Sujet testé Mâle intact (verrat) Mâle castré Truie en estrus 129.25* 41.75 Truie en anestrus 81.86 88.27 Truie en estrus Truie en anestrus 140.38 113.06 Verrat On regarde le temps passé devant l’un ou l’autre des compartiments. Les mâles ne sont pas capables de distinguer le bon partenaire. C’est la même chose pour la femelle en anestrus. Par contre, la truie en estrus va rester plus longtemps devant le bon partenaire (verrat) plutôt que devant le mâle castré. Le compartiment de recherche du partenaire est plus précis chez la femelle que chez le mâle. Chez le sanglier c’est la même le mâle qui fait le territoire et c’est la femelle qui choisit. L’effet de la phéromone dépend de l’état physiologique du récepteur. Seules les femelles en estrus sont capables de trouver le bon partenaire. Si on prend une femelle en anestrus et qu’on lui injecte de l'œstradiol, elle parvient à faire le choix. 7 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Expérience 2 : elle consiste à rechercher les facteurs impliqués dans cette reconnaissance. Conditions du test Partenaire adéquat Partenaire inadéquat Mâle intact (verrat) Mâle castré 170.12* 76.12 159.54* 38.62 148.14* 64.14 Truie en estrus Truie en anestrus 173.44* 38.01 Partenaires potentiels visibles Partenaires potentiels cachés Partenaires potentiels cachés et anesthésiés ( visuel et sonore) Partenaires potentiels visibles Ce sont des informations véhiculées par le canal olfactif qui sont responsables de la reconnaissance du bon partenaire. D’autres expériences avec des femelles à qui on a enlevé le bulbe olfactif ont du mal à opérer leur choix. La communication se ferait par voie de phéromone. S’il y a un mâle castré et l’autre pas, le résultat laisse penser que la phéromone serait produite sous l’influence de la testostérone. Donc on est dans le cas d’une phéromone qui est elle-même sous l’influence de la testostérone. III. 3. B. Androsténone et Androsténol Depuis 1944, les chercheurs ont isolé dans les tissus testiculaires du verrat des stéroïdes odorants dont la structure chimique est très proche de celle de la testostérone. C’est une molécule avec 19 atomes de carbone : Androsténol Androsténone Ce sont des dérivés de la testostérone et ce sont des substances odorantes mais dépourvues de toute activité hormonale. Par contre elles ont pour caractéristiques odorantes : Androsténol : odeur musquée Androsténone : odeur d’urine Elles sont véhiculées par voie sanguine et l’androsténone a tendance à se stocker dans les tissus graisseux, on la retrouve également dans les glandes maxillaires. Donc on retrouve ces deux phéromones dans la salive. Lorsqu’on injecte une femelle avec de la testostérone on retrouve de l’androsténone dans la salive. Donc lors de l’accouplement les phéromones sont véhiculées dans la salive du mâle. Lors de la période de reproduction le mâle émet beaucoup de salive et l’androsténone attire la femelle et permet d’immobiliser la femelle quand elle est au contact ce qui permet l’accouplement. L’androsténol s’est révélé être une phéromone initiatrice qui accélère l’apparition de la puberté chez la truie. On a retrouvé de l’androsténol dans la truffe (champignon) et chez l’homme. III. 4. Sensibilité aux phéromones suivant le sexe III. 4. A. Expériences d’olfactométrie Il y a souvent un dimorphisme sexuel aux phéromones et cette sensibilité peut dépendre de l’état hormonal de l’individu. 8 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Ex : chez le rat, les mâles flairent l’urine des femelles et inversement donc il y a une attraction pour les phéromones présentes dans ces urines. Si on supprime les gonades, les individus ne sont plus capables de faire la discrimination et ‘on plus d’intérêt. Soit on a supprimé la discrimination Soit on a supprimé l’intérêt III. 4. B. Influence des hormones, dimorphisme sexuel On refait des expériences d’olfactométrie avec une source d’odeur ou une absence d’odeur et on mesure la réponse de l’animal. On test des animaux intacts ou des animaux castrés. Les mâles et les femelles ont les mêmes capacités de discrimination qu’avant. Par contre, il semble avoir perdu l’intérêt pour ces odeurs. On montre que chez la femelle les hormones influencent cette capacité de discrimination notamment au moment de l’estrus c’est-à-dire au moment où la femelle pourrait s’accoupler. On a cherché à savoir si l’androsténone est perçue de la même façon par les mâles et les femelles. On teste des verrats et des truies (les femelles sont gestantes car leur taux d’hormones est alors plus bas). Si on met des odeurs neutres (pain = pinène) les deux sexes savent faire la discrimination. Si on met de l’androsténone, on s’aperçoit que les femelles ont une capacité de discrimination supérieure à celle des mâles. Dans la mesure où les femelles ont des taux d’hormones sexuelles bas, il semble qu’il y ait un dimorphisme sexuel indépendant de l’état hormonal. III. 5. Voies olfactives, relation avec l’hypothalamus : système olfactif principal et système voméronasal Les messages odorants sont véhiculés par deux systèmes distincts et parallèles : Le système olfactif principal (haut des fosses nasales) Le système voméronasal – ou accessoire – (bas des fosses nasales) a) Le système olfactif principal On trouve une muqueuse olfactive et des cellules constituent un neuro-épithélium c’est-à-dire une couche de cellules nerveuses qui sont des cellules nerveuses spécialisées. Elles sont renouvelées en permanence. Ces cellules contiennent un soma et du soma partent des dendrites qui se ramifient et forment des cils qui vont être englués dans une couche de mucus. Pour qu’une substance odorante soit détectée, il faut qu’elle circule dans l’air ambiant, qu’elle parvienne dans les fosses nasales. Ces molécules vont se trouver engluées dans le mucus et vont se lier à des sites récepteurs qui se trouvent sur les cils. Il va y avoir une affinité à ces molécules. Il y a des protéines transporteurs qui favorisent ces relations. Chaque cellule est plus ou moins sensible à une substance mais il y a une certaine spécialisation. Il y a transduction et le message nerveux est transporté par les axones. Le nerfs olfactif est formé de ces axones qui vont traverser deux pellicules d’os et aller vers le bulbe olfactif. Dans l’olfaction, il y a un grand nombre de relais avant d’arriver au relais sensoriel. Le bulbe olfactif est appelé aire olfactive primaire. 9 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 Aire olfactive primaire Nerf olfactif D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Aire olfactive secondaire – - Noyau olfactif antérieur – - Tubercules olfactifs – - Cortex piriforme – Bulbe olfactif – - Cortex entorhinal Thalamus Néocortex - Amygdales (noyau cortical et noyau médian) aire préoptique médiane et hypothalamus antérieur L’aire préoptique : noyaux sexuellement dimorphes impliqués dans le comportement sexuel et dans ma production de GnRH Polycopié p. 11 : Représentation schématique des voies olfactives intervenant dans la régulation du comportement sexuel du hamster b) Le système voméronasal Les récepteurs sensoriels de ce système se situent dans la partie inférieure de la cavité nasale, au-dessus du palais. Ce système serait spécialisé dans la détection des odeurs peu volatiles (ex : les phéromones des urines qui sont des molécules lourdes). De là, il y des axones qui partent vers le bulbe olfactif accessoire et de là vers le noyau médian de l’amygdale. Après le noyau médian de l’amygdale, le trajet est commun aux deux systèmes par la strie terminale. L’amygdale est un relais important qui fait partie du système limbique. C’est dans le système limbique que les odeurs vont prendre leur coloration affective. (1) Chez l’animal Des expériences chez l’animal ont montré l’importance des systèmes olfactifs principal et secondaires. Des lésions ont été faites (bulbe principal ; bulbe accessoire ; strie terminale), chaque fois (hamster) cela a supprimé les comportements de flairement et il y a une quasi disparition du comportement sexuel. Chez le hamster mâle on trouve des récepteurs aux androgènes au niveau des noyaux amygdaliens et notamment au niveau du noyau médian. Quand les animaux sont en forte activité sexuelle, ils activent ces voies mais en dehors de ces période ce système n’est pas activé. (2) Chez l’homme Chez l’homme, il y a un organe voméronasal . Cet organe est fonctionnel dans les deux sexes. On a fait des mesures avec des électrodes de surface. Les odeurs volatiles n’ont pas d’effet : en particulier l’androsténol et l’androsténone ne sont pas traitées (odeurs volatiles). Les substances qui provoquent des réponses ne sont pas les mêmes chez les hommes et chez les femmes. Le fait que le système voméronasal soit stimulé par des odeurs entraîne des modifications physiologiques (température de la peau, rythme cardiaque, réponse électro-dermale). Cela peut avoir une relation avec les émotions. On peut suspecter que cela a une influence sur le comportement et sur le comportement sexuel en particulier. 10 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 COURS 1 III. 6. Le syndrome de De MORSIER-KALLMANN : mise en évidence des rapports entre les cellules du système olfactif et les cellules à GnRH de l’hypothalamus Au cours de l’embryogenèse, on voit que les deux systèmes ont des choses en comun. C’est le syndrome de De MORSIER-KALLMANN qui met en évidence une relation entre les cellules du système olfactif et les cellules à GnRH de l’hypothalamus. C’est un syndrome assez rare qui touche plus souvent les hommes que les femmes (1/10.000) . On le trouve aussi chez les animaux. Il semble que c’est un problème d’origine génétique avec les symptômes suivants : Absence totale d’odorat : anosmie, car les bulbes olfactifs sont complètement régressés. Régression totale ou quasi totale des gonades (ovaires ou testicules) avec une quasi absence de comportement sexuel. Il existe un gène appelé gène KAL qui est porté par le chromosome X. Tout gène deux formes (ou allèle) : dominante normale et une forme mutée récessive. Pour la femme, pour qu’il y ait pathologie, il faut deux allèles récessifs D X X r r X X r Dr rD DD rr Pour l’homme, il suffit d’un seul récessif X r Y D r Lorsque l’allèle dominant s’exprime, il va permettre que soit codé et fabriquée une protéine (protéine KAL) voisine des « protéines d’adhésion ». Ces dernières vont faire que certaines cellules vont rester associées. Cette protéine KAL permet d’assurer la cohésion des cellules du bulbe olfactif. Si une personne est atteinte de ce syndrome, l’allèle mutée ne permet pas l’adhésion, donc les cellules du bulbe olfactif ne restent pas ensemble et cela entraîne sa quasi disparition pendant l’embryogenèse. Durant l’embryogenèse, les cellules à GnRH ne sont pas dans l’hypothalamus mais se trouvent très en avant du système nerveux, dans une région très antérieure. Elles se trouvent à peu près au niveau de l’épithélium olfactif : c’est-à-dire au niveau de la placode olfactive. Ces cellules à GnRH vont migrer sous l’influence de signaux cellulaires pour rejoindre leur place dans l’hypothalamus. Les cellules à GnRH vont migrer le long de ces voies olfactives pour aller se loger dans la région hypothalamique. Or, au cours de la migration, elles passent par le bulbe olfactif. C’est un relais indispensable sur ce trajet. Or, dans le syndrome, le relais a disparu et les cellules à GnRH vont s’arrêter et vont finir par dégénérer. La conséquence est qu’il n’y a pas de GnRH donc pas de LH, donc pas de testostérone ni d’œstradiol. Cela entraîne une régression des gonades. L’intérêt est de vois que ces systèmes olfactifs ont une origine embryologique commune et donc ce n’est pas étonnant qu’il y ait une influence de l’odorat sur le comportement sexuel. III. 7. Existe-t-il des phéromones sexuelles humaines ? Il y aurait des substances odorantes qui seraient sécrétées par le corps et qui auraient des effets sur le congénère du sexe opposé en modifiant sa physiologie (initiatrice) ou en modifiant son 11 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER comportement consciente. COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 (signal). Il faut que les phéromones soient perçues, pas forcément de façon Arguments contre : – Les odeurs corporelles chez l’humain ne sont pas considérées comme agréables. – L’odorat humain n’est pas très performant ( papillon) Il faut distinguer les : Macrosmates : odorat très développé Microsmates : odorat peu développé Il y a trois éléments en faveur des phéromones sexuelles : Existence de régulation physiologique qui évoque l’existence de phéromones initiatrices Existence de substances comme l’androsténol et l’androsténone (\\ utilisées comme phéromones par les cochons). La sensibilité olfactive est différente selon les sexes III. 7. A. Existence de régulation physiologique On va observer la régulation des cycles ovariens chez la femme. Les études portent sur la régulation des cycles menstruels chez les femmes. Cela laisserait penser l’existence de phéromones initiatrices. En 1971, Mc CLINTOCK (USA) a l’idée d’aller se renseigner dans des pensionnat de jeunes filles pour étudier les dates des règles et observer les synchronisations. Il n’y a pas d’hommes et elles dorment dans des dortoirs communs. Au bout de quelques mois dans des dortoirs communs, il y a une synchronisation des cycles. En fait, plus la durée de cohabitation est grande et plus la synchronisation est grande. En 1980, RUSSEL (USA) recherche les sources de phéromones. Il s’intéresse à la sueur et en particulier la sueur axillaire (sous les bras). Chez une seule femme, il récupère de la sueur axillaire au cours d’un cycle ovarien. Par la suite, il va demander à des femmes sur un campus de venir tous les jours et de récupérer un coton afin de se frotter le au-dessus de la lèvre supérieure avec. Il y a un groupe expérimental (5) et un groupe contrôle (6). Il va étudier le décalage de cycle entre la personne qui donne sa sueur et la personne soumise au traitement. L’expérience du 4 mois (pas de contraceptif oral durant l’expérience). Le décalage moyen au départ est de 8 à 9 jours. A la fin de l’expérience, pour le groupe contrôle, le décalage existe toujours et pour le groupe expérimental, il est tombé à 3 jours. Il y a 4 femmes qui se collent au cycle de la donneuse et 1 chez qui ça ne marche pas. Conclusion : il y a une substance, une phéromone qui a permis ce décalage. Critique : il n’y a qu’une seule femme donneuse. En 1998, Mc CLINTOCK (USA) s’est intéressé à la physiologie sexuelle des rongeurs pour faire un grand nombre d’expérience. Elle va s’apercevoir que lorsqu’on veut synchroniser des cycles, il faut un accélérateur et des substances qui ralentissent. Chez les souris et les rat il y a deux phéromones : Une qui accélère et raccourcit les cycles avant l’ovulation Une qui ralentie et rallonge au moment et après l’ovulation. Elle reproduit l’expérience chez les femmes en se demandant s’il y a des phéromones qui accélèrent et ralentissent le cycle. Elle récupère des phéromones au moment de la phase folliculaire (avant ovulation) et au moment de l’ovulation. Elle utilise 9 femmes qui vont donner leur sueur. D’autres femmes vont servir de receveur avec un traitement à base de la sueur prélevée lors de la phase folliculaire et d’autres avec une traitement à base de la sueur prélevée au moment de l’ovulation. Un troisième groupe témoin est constitué des femmes donneuses. Les traitement est effectué pendant deux cycles consécutifs tous les jours (pas de contraception orale). Il y a une modification uniquement sur la phase folliculaire ( lutéale) : 12 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 Quand on a pris de la sueur pendant la phase folliculaire = la phase folliculaire est raccourcie de deux jours. Quand on a prise de la sueur pendant l’ovulation = la phase folliculaire est allongée de deux jours. Grâce à ce décalage, cela pourrait aboutir à une synchronisation des cycles. D’autres chercheurs vont rechercher si la sueur masculine a un effet sur les femmes. CUTLER (1986) prélève des hommes et badigeonne les narines des femmes avec des cycles anormaux (< 25 jours et > 33 jours). Elles se frottent le dessus de la lèvre supérieure trois fois par jours (pas de contraceptif oral et abstinence sexuelle stricte pendant l’expérience. l’expérience dure trois mois. Pendant cette durée, il y a une régulation progressive vers 28 jours (cycle normal) alors que pour le groupe contrôle (< 25 jours et > 33 jours) on voit qu’il y a un effet qui ressemble à un effet de phéromones. III. 7. B. L’androsténol et l’androsténone sont-elles utilisées comme phéromones humaines ? Dans la sueur axillaire on retrouve de l’androsténone et de l’androsténol qui sont utilisées par les porcs comme phéromones. Est-ce que la sueur véhicule des informations phéromonales ? Les précurseurs de ces substances sont chez l’homme produits par le testicule et une partie passe dans les glandes sudoripares axillaires. Ces substances sont excrétées en même temps que la sueur. Les bactéries à la surface de la peau seront à l’origine de la transformation de ces subsistances en androsténol et androsténone. Chez les femmes, elles seraient fabriquées à partir des androgènes surrénaliens (corticosurrénales) qui seraient des précurseurs véhiculés par voie sanguine jusqu’aux glandes sudoripares et transformées par les bactéries à la surface de la peau. On ne sait pas si n’est pas cela qui agissait dans l’expérience précédente. Androsténone odeur déplaisante (\\ urine) Androsténol odeur musquée Expérience : on imbibe des sièges d’androsténone dans un cinéma et on regarde où les gens s’assoient. Les femmes s’asseoir sur ces sièges Les hommes vont les éviter Est-ce un signal d’évitement pour les hommes et d’attraction pour les femmes ? Expérience : on présente des photos avec de l’androsténol et on demande de donner une note Les sujets mettent une meilleure note s’il y a de l’androsténol dans l’aire III. 7. C. Sensibilité olfactive selon le sexe et l’état physiologique Toutes les individus n’ont pas forcément la même acuité. L’individu qui s’en sert le plus est celui qui arrive le mieux à les détecter. On peut s’attendre à ce que ce soient les femmes qui soient les plus aptes à les détecter et que leurs performances soient différentes en fonction des moments du cycle. a) L’androsténone Des expériences d’olfactométrie montrent que les femmes perçoivent mieux cette odeur que les hommes (millionième de mg par litre d’air) 90 % des femmes et 54 % des hommes. Il y a une sensibilité différentielle. Avant la puberté les garçons et les filles perçoivent ces phéromones de la même façon et au moment de la puberté il y aurait une diminution de la capacité olfactive chez le garçon. 13 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 b) L’androsténol Il n’y a pas d’expérience mais il existe des expériences avec une molécule d’exaltolide proche de l’androsténol qui a été effectuée dans les années 1950. Les femmes perçoivent assez bien cette odeur à des concentrations faibles (90 % ) alors que les hommes ne perçoivent pas ( 50 %). On a mis en évidence qu’il fallait des concentrations 100 fois supérieures pour les hommes. La sensibilité des femmes à cette molécule augmente très fortement au cours de la phase folliculaire. Donc au moment de la phase folliculaire il y a une augmentation du taux d’œstradiol et l’œstradiol favoriserait la perception de cette molécule. Pendant la phase lutéale, on retrouve une diminution de la sensibilité olfactive. La sensibilité à cette substance diminue pendant la grossesse quand les taux d’œstradiol sont bas et que les taux de progestérone augmentent. La sensibilité augmente au moment de la puberté chez les filles. On a montré que des hommes comme des femmes peuvent déterminer le sexe en fonction des sécrétions palmaires. Si ce sont deux personnes du même sexe les hommes sont moins doués pour ce genre de reconnaissance. Il y a une dizaine d’année, on s’est aperçu que la signature individuelle olfactive chez les rongeur est liée aux gènes du complexe majeur d’histocompatibilité. On va avoir beaucoup de caractéristiques communes au niveau odeur avec des individus apparentés. Lors du choix sexuel, les rats ont tendance à choisir des individus plutôt différents d’eux-mêmes c’est-à-dire qui ont des gènes, des protéines et des odeurs différentes. Cela viserait à éviter l’endogamie (reproduction entre apparentés). On s’aperçoit que ce que cherchent à éviter les animaux, c’est l’odeur de leur famille d’adoption et pas forcément la leur. IV. INFLUENCES PRECOCES SUR LA REPRODUCTION Le comportement sexuel de l’adulte dépend d’influences précoces. Quels sont les facteurs dominants : hormonaux, sociaux ? IV. 1. L’influence de l’environnement fœtal Les premières observations ont été faites au début du XX° siècle. Lorsque des vaches donnent naissance à des jumeaux mâles et femelle, la femelles présente des caractéristiques masculines et une stérilité. L’idée c’est que dans le cordon ombilical il y a des la testostérone et qu’elle influence la petite sœur. Polycopié p. 7 : L’environnement hormonal Ex : Chez les rongeurs, la femelle a deux cordes utérines. L’attribution des places se fait de façon aléatoire. Il peut y avoir une femelle entre deux mâle ou un mâle entre deux femelles, etc. Or, comme chez la vache et les veaux, un peu des hormones d’un individu diffuse et peut aller modifier l’état hormonal du voisin. C’est surtout les mâles qui ont un influence sur les femelles. Les femelles qui ont deux mâles pour voisin sont influencées par la testostérone des deux frères. A l’âge adulte, on constate que ces femelles qui ont eu deux mâles pour voisins, atteignent la maturité plus tardivement et de manière générale ont moins de portées au cours de leur vie. Ces femelles sont peu attractives pour les mâles. Pour les mâle ce serait un avantage d’être à côté de deux frères qui apporteraient un taux de testostérone plus important. Ils auraient à l’âge adulte un meilleur succès reproducteur et plus de descendants qu’un mâle entre deux femelles. Lors de tests de choix, les animaux qui ont eu deux mâles comme voisins sont les animaux qui sont préférés par les femelles. Chez l’homme, il n’y a pas eu d’études dans ce domaine. Il y a eu une étude des taux de stéroïdes à la naissance. Lorsqu’il y a des jumeaux garçon et fille, la fille peut avoir des taux de testostérone plus élevés que le petit frère. 14 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 IV. 2. L’influence de l’environnement social sur le comportement sexuel IV. 2. A. L’isolement précoce Il existe des expériences anciennes où on isolait complètement les jeunes isolement complet chez les souris, les rats, les singes… On constate qu’à la puberté, chez le mâle, s’il est mis en contact avec un partenaire élevé normalement, il est incapable de s’accoupler normalement. Souvent, il y a une très grande agressivité (problème de la familiarisation). Il y a une forte présence de comportements stéréotypés (hochement de tête, sautillement…) et de comportement de monte inadaptés (sur les objets ou avec des objets). On a fait des expériences avec les rongeurs (après 3 semaines ; environ 14 jours). A partir de ce moment là on les a élevé dans des cages seuls mais avec des informations visuelles, olfactives et auditives provenant des autres congénères ; il n’y a pas de contact tactile. Là encore on constate que le comportement sexuel de ces individus est complètement anormal. Cela montre que le contact est important et particulièrement les comportements de jeux chez les jeunes. Le seul traitement pour faire retrouver un comportement normal au mâle c’est de le faire cohabiter avec une femelle adulte : un petit pourcentage retrouvent un comportement normal. IV. 2. B. L’influence maternelle Le comportement sexuel est influencé par le contact entre le jeune et sa mère. Expérience : Les rat mâles sont élevés au biberons sans la mères. Ils sont in capables d’avoir des comportements sexuels normaux, même si on les élève avec des congénères. Chez les rongeur il y a deux raisons : Chez les rongeurs on sait que durant les soins maternels, la mère fait des léchages dans la région ano-génitale . c’est indispensable car les jeunes ne peuvent pas uriner et déféquer s’ils n’ont pas ces stimulations. Les mères ne se comportent pas de la même façon avec les mâles et les femelles. Il y a une plus grande quantité de léchage chez les mâles car il y a une phéromone dans leur urine qui attire la mère. Ces léchages aurait une fonction important dans la maturation de cette région ano-génitale. Cette phéromone dépend de la testostérone sanguine. On peut rendre la mère anosmique et dans ce cas elle diminue son nombre de léchage au petit mâle de façon préférentielle. On constate qu’à l’âge adulte ces petits mâles ont alors plus de mal à s’accoupler. Ils ont un retard quand à l’éjaculation. Lorsqu’il tête sa mère, le jeune mémorise l’odeur maternelle. Ultérieurement, ils cherchent une odeur différente de l’odeur endogénique mais qui se rapproche de l’odeur maternelle. Il y a un degré d’étrangeté maximal : ni trop différent ; ni trop identique. IV. 2. C. L’influence du stress prénatal sur la sexualisation et sur le comportement sexuel IV. 2. D. Description et étiologie du syndrome de stress prénatal Chez le rongeur, on s’est aperçu que lorsqu’on met des rates en fin de gestation dans des situation (cages petites, surpopulation et stimulation sonores et lumineuses trop importantes…) cela provoque un stress chez la femelle et également au niveau du fœtus. A l’âge adulte, on constate que c’est les mâles qui sont affectés par la situation parce que certains ne sont plus capables de s’accoupler. Si on les castre et qu’on injecte des œstrogènes et de la progestérones et qu’on les place face à d’autres mâles, ils présentent des comportements de lordose. Pour les femelles le résultat est moins net, pour certaines modifications de la durée des cycle, du comportement maternel. Si on observe ces mâles stressés pendant la période périnatale, ils ne présentent pas de différences particulières. Par contre au niveau des noyau sexuellement dimorphes de l’aire préotique, 15 PHYSIOLOGIE DE LA REPRODUCTION M. LEBOUCHER COURS 1 D1 334 UNIVERSITE PARIS X : 2001-2002 ils sont de taille intermédiaire entre les mâles normaux et des mâles castrés à la naissance. C’est un signe d’une perturbation de la sexualisation. Le stress provoque une libération d’ACTH et une libération de corticostérone. En même temps que l’ACTH, il y libération de -endorphine. La -endorphine a un effet inhibiteur sur la GnRh. La endorphine est libéré de façon importante lors d’un stress. Cela va inhiber la libération de LH, donc c’est aussi la testostérone qui est moins libérée. Cela perturbe également le pic de testostérone qui a lieu le 19° jour avant la naissance et qui permet les phénomènes de déféminisation et de masculinisation du système nerveux central. Donc les phénomènes de sexualisation vont être perturbé. On constate aussi que l’enzyme aromatase semble être produite de façon moins importante (notamment dans l’hypothalamus). dans cette situation là, tous les individus n’ont pas exactement les mêmes symptômes. Il y a un tout petit nombre d’individus qui perdent tout comportement sexuel (mâle ou femelle). A l’inverse, il a un petit nombre qui montre un comportement sexuels normal. Au milieu il y a la masse de ceux qui présentent un comportement sexuel anormal et cela au sein d’une même portée. L’existence de cette variabilité suggère qu’il y a peut être autre chose que les facteurs hormonaux : position dans l’utérus et lien des animaux entre aux après la naissance (soit entre eux soit avec leur mère). On va utiliser cette variabilité pour valider l’influence des facteurs hormonaux et des facteurs sociaux. Expérience : on prend des individus soit de portée normale soit de portée dont la mère a été stressée. Le sevrage a lieu à 16 jours puis les jeunes sont placés dans des conditions différentes. On utilise que des mâles : – mâles logés avec une femelle de leur âge – mâles logés avec un mâle normal de même âge – mâles logés avec un mâle de mêle âge qui a subi un stress prénatal – mâles isolés jusqu’à la maturité sexuelle A l’âge adulte on teste les mâles face à des femelles en œstrus et on regarde le pourcentage de mâle capables de s’accoupler et aller jusqu’au bout. Le test dure pendant 6 jours successifs. Polycopié p. 13 Résultat : pour les mâles stressés et logés avec des mâles qui ont subit un stress prénatal , la courbe situe au milieu ½ réussissent et ½ ne réussissent pas. C’est le résultat de l’interaction des deux facteurs. 16
