3 - AMPCfusion

Parcours 3 Physiologie de la
reproduction
cours n°3
21/10/2015
J. Cohen-Tannoudji
RT : DESCOURBES Benjamin
RL : COMBIER Marie
L’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique
Plan :
I. Les fonctions des gonades
A. Production de gamètes
1) Production chez le mâle
2) Production chez la femelle
B. Synthèse d’hormones stéroïdes
1) Nature des stéroïdes produits
2) Évolution au cours de la vie et cibles d’action
II. Le contrôle neuroendocrine et endocrine des fonctions gonadiques
A. Organisation fonctionnelle du complexe hypothalamo-hypophysaire
B. La GnRH hypothalamique
1) Neurones hypothalamiques
2) Régulation de la sécrétion
C. Les hormones gonadotropes hypophysaires
III. Mutations de gènes clés et pathologies de la fonction de reproduction
A. Mutations activatrices: exemple du récepteur de la LH
B. Mutations inactivatrices: exemple de la sous-unité β de la FSH
Introduction
Nous nous intéressons dans ce cours à l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique. Cet axe régule
la reproduction. Le contrôle central se fait grâce à la GnRH, qui va agir sur les cellules
gonadotropes de l’adénohypophyse qui vont produire
LH et FSH agissant sur les gonades pour réguler la
gamétogénèse ainsi que la stéroïdogenèse. Il y a
ensuite un rétrocontrôle de cette production.
Mais quand il y a des perturbations de cet axe, quelles
sont les conséquences sur la reproduction ?
I. Les fonctions des gonades
A. Production de gamètes
Les gonades ont 2 principales fonctions. La 1ère est la production de gamètes (fonction
exocrine), la 2ème est la production d’hormones stéroïdiennes et de facteurs non stéroïdiens
(fonction endocrine) qui ont une action locale pour réguler la gamétogénèse mais aussi une
action plus large sur l’organisme (comme voies génitales, SNC, différenciation sexuelle primaire
ou secondaire…)
1) Production chez le mâle
L’organisation de la gonade mâle est celle d’un testicule tubulaire (il n’est pas tubulaire chez les
reptiles par exemple). On le dit tubulaire car chez les mammifères il est constitué à 80% de
tubes séminifères. Le gamète masculin est le spermatozoïde. La spermatogenèse se fait dans les
tubes séminifères. On trouve aussi dans ces tubes les cellules de Sertoli. La production de
spermatozoïdes est massive et continue (elle ne s’arrêtera jamais) à partir de la puberté. La
production endocrine a, elle, lieu dans le tissu interstitiel où l’on trouve les cellules de Leydig.
2) Production chez la femelle
Chez la femelle c’est différent, le gamète est l’ovocyte, qui se trouve au sein du follicule ovarien.
Il est difficile de dissocier folliculogenèse d’ovogenèse. L’entrée en méiose est beaucoup plus
précoce chez la femelle que chez le mâle puisque chez celle-ci elle commence dès la vie
embryonnaire. À la naissance (ou peu de temps après), le stock définitif de cellules germinales
est fait. Les follicules primordiaux sont en périphérie. Dans ces follicules, l’ovocyte est bloqué au
stade de prophase I (on parle ici d’ovocyte I), en effet la méiose est discontinue.
Pour 99% des follicules ovariens, il y a un phénomène de dégénérescence, c’est l’atrésie
folliculaire. A la ménopause, il n’y a plus de dialogue harmonieux entre les ovaires et
l’hypothalamus et l’hypophyse. Elle peut arriver tôt on parle alors d’IOP (Insuffisance Ovarienne
Prématurée).
Les follicules qui continuent d’évoluer sont de plus en plus gros jusqu’au stade de follicule préovulatoire. La croissance se fait majoritairement grâce aux cellules de la granulosa. L’ovocyte qui
sera ovulé débloquera sa méiose pour se re bloquer en métaphase II.
Il y a un fonctionnement cyclique de la puberté à la ménopause. Le cycle ovarien est composé
d’abord de la phase folliculaire (14-15jours) suivie de l’ovulation et enfin de la phase lutéale (1415j). La phase folliculaire est la phase de croissance du follicule vers le follicule pré-ovulatoire et
a pour stéroïde majeur l’estradiol. La phase lutéale permet la mise en place du corps jaune et a
pour stéroïde principal la progestérone (chez la femme il y a quand même de l’estradiol mais de
façon moindre). Le cycle sexuel n’a pas lieu que sur les ovaires mais aussi sur les voies génitales.
On parle de cycle menstruel chez les Hommes et les primates de l’ancien monde et on parle de
cycle oestrien chez la majorité des mammifères.
B. Synthèse d’hormones stéroïdes
1) Nature des stéroïdes produits
Il existe 3 grandes classes de stéroïdes grâce aux cytochromes P450 (CYP450) et StAR: les
progestagènes, les androgènes et les oestrogènes. Les stéroïdes dérivent du cholestérol. La
première étape est l’entrée du cholestérol dans la mitochondrie grâce à la protéine StAR (entre à
la membrane interne), c’est l’étape limitante. Dans la mitochondrie, le cholestérol est métabolisé
en prégnénolone qui sort ensuite dans le réticule lisse pour continuer sa maturation. A la fin de
la maturation, les androgènes peuvent être pris en charge par l’aromatase pour être transformés
en oestrogènes. Chez l’homme, une partie du rétrocontrôle a donc besoin des récepteurs aux
oestrogènes hypothalamiques. Ces modifications périphériques des androgènes peuvent
modifier leur action. Chez la femme, il y a des concentrations différentes en fonction du moment
du cycle.
2) Evolution au cours de la vie et cibles d’action.
Chez le mâle, il y a un pic de production de testostérone durant la vie foetale induisant une
masculinisation des organes génitaux externes (aussi rôle de l’AMH). La concentration de
testostérone sera ensuite très basse. En période pré-pubertaire on voit réapparaître les cellules
de Leydig (grâce à l’activation des neurones à GnRH) ce qui va permettre l’augmentation de la
concentration de testostérone et induire le développement des organes génitaux externes, des
voies sexuelles, une virilisation, l’établissement de la fertilité, etc. La testostérone permet
ensuite le maintien de la fonction sexuelle durant la vie sexuelle (et oui, logique).II. Le contrôle
neuroendocrine et endocrine des fonctions gonadiques.
II. Le contrôle neuroendocrine et endocrine des fonctions
gonadiques
A. Organisation fonctionnelle du complexe hypothalamo-hypophysaire
L’hypothalamus se trouve dans le diencéphale (au niveau du plancher et du bord du 3eme ventricule).
Il est prolongé par l’hypophyse et donne la tige pituitaire, l’éminence médiane et aussi la
neurohypophyse. L’hypophyse est faite de 2 parties. La 1ère est située derrière c’est la post-hypophyse
ou neurohypophyse (dérive du neurectoderme) car elle est exclusivement nerveuse (elle contient les
axones des neurones hypothalamiques à ocytocine et vasopressine, ainsi que des cellules gliales). La
2ème est située devant, c’est l’adénohypophyse ou antéhypophyse et c’est elle qui va nous intéresser
dans ce cours. C’est une glande endocrine avec un grand mélange de cellules différentes
(gonadotropes, thyréotropes, etc).Il n’y a que 10 à 15% de cellules gonadotropes dans
l’adénohypophyse.
Il n’y a pas de lien direct entre l’hypothalamus et l’adénohypophyse, c’est pourquoi il faut un sytème
pour libérer la GnRH de l’hypothalamus à l’hypophyse: c’est le système porte. Le premier plexus se
trouve dans l’éminence médiane et c’est là que sera libérée la GnRH. La GnRH va ensuite sortir au
niveau du 2ème plexus, qui se situe dans l’adénohypophyse, pour agir sur les cellules gonadotropes
qui pourront libérer LH et FSH.
B. La GnRH hypothalamique
1) Neurones hypothalamiques
Les neurones à GnRH sont les seuls produits hors du SNC et sont trouvés très précocément dans une
structure embryonnaire olfactive, la placode olfactive. Ils doivent ensuite migrer jusqu’à
l’hypothalamus. Une fois « arrivés », il y a une différenciation terminale qui vise a emmener leur
axone à l’éminence médiane afin que la GnRH puisse être libérée dans le système porte. Il y a 800 à
1000 neurones à GnRH chez l’Homme, qui ont une localisation diffuse (surtout hypothalamus médian
et antérieur, mais aussi dans structures extra-hypothalamiques et extra-cérébrales).
Quand il y a un défaut de migration on trouve un hypogonadisme hypogonadotrope souvent associé à
une anosmie, c’est le syndrome de Morsier-Kallmann.
La séquence de la GnRH de type I (retrouvé chez TOUS les mammifères) est un décapeptide:
pGlu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly- Leu-Arg-Pro-Gly-NH2.
La sécrétion de GnRH est pulsatile, et est toujours suivie d’une sécrétion de LH. Ces pulses
permettent d’éviter une désensibilisation. Les changements de rythme de ces pulses
déterminent les grandes étapes de la puberté.
2) Régulation de la sécrétion
Les neurones à GnRH sont le centre de contrôle d’un grand nombre d’informations. Ils ont une
action différente en fonction des signaux stéroïdiens et des autres signaux internes ou
environnementaux. Cependant ces neurones à GnRH ont très peu de récepteurs. L’idée est venue
que l’action se fait plutôt en amont sur des neurones afférents.
On a découvert le système kisspeptines/GPR54. GPR54 est un récepteur qui lie les peptides
dérivés de la messine (gène Kiss1). Ce récepteur se trouve dans le cerveau, le placenta et
l’hypophyse. Lorsque le gène à l’origine de GPR54 est muté il n’y a pas de puberté ainsi qu’un
hypogonadisme hypogonadotrope. De plus, une administration de kisspeptines entraine une
sécrétion de GnRH. Il y a expression de GPR54 dans les neurones à GnRH. Kiss a un rôle central
dans la régulation de l’activité des neurones à GnRH.
Chez l’homme et la femme il y a un rétrocontrôle négatif grâce aux stéroïdes (récepteurs aux
androgènes et aux oestrogènes après aromatisation) principalement au niveau de
l’hypothalamus sur les neurones à GnRH.
Chez la femme lors de l’ovulation il y a un rétrocontrôle positif dû à une très grande
augmentation de l’estradiol durant un temps prolongé. Normalement les neurones Kiss sont
inhibés par l’estradiol mais chez la femme certains sont activés grâce à l’estradiol.
3) Les hormones gonadotropes
Les hormones gonadotropes sont des hormones glycoprotéines à 2 sous-unités. Il existe 4types
d’hormones glycosylées: la FSH, la LH, la TSH et la CG. Elles ont toutes la même chaine α mais pas
la même chaine β qui fait leur spécificité (ce sont donc des hétérodimères).
Les récepteurs à LH et FSH sont des récepteurs couplés à une protéine G (RCPG) couplés à la
voie de l’adénylate cyclase/AMPc. Le récepteur à la LH se trouve sur les cellules de Leydig et
induit la stéroïdogenèse et le récepteur à FSH sur les cellules de Sertoli et induit la
gamètogenèse.
Chez la femme, l’initiation et le début de maturation du follicule n’ont pas besoin de FSH et de LH
(jusqu’au petit follicule à antrum). Cependant FSH et LH sont indispensables à la maturation
terminale.
III. Mutations de gènes clés et pathologies de la fonction de
reprouction
On trouvera ici les mutations activatrices (gain de fonction), dominantes à l’état hétérozygote, et
les mutations inactivatrices (perte de fonction), à transmission autosomique récessive.
A. Mutations activatrices: exemple du récepteur de la LH
Une activation précoce du récepteur à la LH entraine une puberté précoce (8-9ans), des taux de
LH et FSH élevés (hypergonadisme hypergonadotrope). C’est par exemple le cas lors de tumeurs
hypophysaires, de lésions hypothalamiques ou de tumeurs testiculaires (aux cellules de Leydig).
Exemple de l’étude de Kremer:
Jeunes garçons (uniquement!) âgés de 4 à 6ans présentant des signes de puberté (croissance
corporelle, organes génitaux externes, présence de cellules de Leydig, valeurs pubertaires de la
concentration de testostérone) MAIS l’hypophyse est bien prépubertaire, en effet elle répond
mal à la GnRH —> hypergonadisme hypogonadotrope.
Les chercheurs se sont alors intéressés au RLH et plus particulièrement à deux domaines. Ils ont
émis l’hypothèse que certains domaines étaient activés de façon constitutive.
Ils ont identifié la mutation adénosine —> guanine et ont alors fait une étude de ségrégation
pour savoir si cette mutation était systématique aux malades.
Après cette étude ils ont testé l’affinité de la molécule mutée mais celle-ci est inchangée.
Ils ont alors regardé la production d’AMPc (puisque RLH est un RCPG menant à l’augmentation
d’AMPc) et ils ont remarqué que même sans ligand il y a production d’AMPc. Ils ont alors réalisé
un modèle murin avec des sous KI (knock-in). Il y a alors un gros développement des vésicules
séminales et de la prostate qui sont directement contrôlés par les androgènes.
En gros, sans mutation, le récepteur est replié sur lui meme et les domaines ne sont pas actifs.
Lors de l’arrivée du ligand, le récepteur se décoince et les domaines de la molécules sont libres
d’effectuer leur action. La mutation touchant ses domaines, la conformation n’est pas la même, le
récepteur jamais replié et l’action est constitutive.
Il n’y pas de puberté précoce chez les filles car l’hormone principale est la FSH, la LH n’arrivant
qu’en phase de maturation terminale lorsque la puberté arrive.
B. Mutation inactivatrice: exemple de la sous-unité β de la FSH
Ce sont des cas beaucoup plus rares. On étudie par exemple une femme de 27ans avec une
aménorrhée primaire et des caractères sexuels secondaires peu développés. La LH est normale
mais la FSH est faible. Il y a des sécrétions très faibles d’hormones gonadiques. Hypogonadisme
hypogonadotrope. La sous-unité α est en quantité normale on s’intéresse donc à la FSHβ.
On séquence alors l’ADN et on remarque une délétion dans l’exon 3 qui induit un exon stop. La
protéine est alors coupée de 25aa en C-ter et n’est pas sécrétée.
On fait ensuite des souris KO (knock-out) pour FSHβ et on voit que le développement du tractus
génital est très faible, ce tractus étant sous contrôle de la FSH. Le fait qu’il n’y ait pas d’hormones
gonadiques diminue le rétrocontrole et augmente donc les sécrétions de LH.
Abréviations :
RLH: Récepteur à LH
Mot du RT
Pas très compliqué beaucoup de déjà vu et revu, bon courage quand même !
Qu’est-ce qu’une salade sous l’eau ?
Un chou marin
Qu’est-ce qu’une salade sous l’eau avec des abeilles autour ?
Un chou marin ruche.
FICHE RECAPITULATIVE
L'axe hypothalamo-hypophysaire : L'hypothalamus (contrôle centrale) sécrète la GnRH qui va agir sur
l'adénohypophyse (cellules gonadotropes) qui sécrète alors la LH et la FSH qui vont agir sur la gamétogénèse et la
stéroïdogénèse.
Généralités
Rôle des gamètes : gamétogénèse et production d'hormones stéroïdes ou non, paracrines ou endocrines, qui vont
moduler la gamètogénèse mais aussi agir à l'échelle de l'organisme.
Chez l'homme : Les testicules tubulaires produisent les spz (spermatozoïdes) : 80% de tubules séminifères
(testostérone, hormone stéroïdes produite par les C (cellules) de Leydig, production massive à partir de la puberté et
continue) et C de Sertoli.
Chez la femme : Le gamète est l'ovocyte au sein du follicule ovarien. Gouzy gouzy je sais que personne ne va lire cette
fiche. Méiose commence dès la vie embryonnaire. Stock de C germinales à la naissance, il n'en reste plus à la
ménopause. La méiose est discontinue, à la naissance les ovocytes I (car bloqués en prophase I) sont dans les follicules
primordiaux, stock définitif qui s'épuise de la puberté à la ménopause (plus de dialogue de l'axe H-h).
A chaque cycle croissance des follicule grâce aux cellules de la granulosa principalement, puis ovulation, déblocage
de la méiose et blocage en métaphase II. La fécondation termine la méiose.
Cycle menstruel (femme), ovarien (mammifères) : 14j de phase folliculaire (granulosa, oestrogènes) - ovulation - 14j
de phase lutéale (corps jaune, progéstérone et oestrogènes).
Stéroïdes : progestagènes, androgènes et oestragènes. Dérivés du cholestérol. Entrée du cholestérol grâce à la protéine
StaR.
Mâle : pic de testostérone pendant la vie foetale, masculinisation des organes génitaux externes, puis concentration
très basse jusqu'au pic de la puberté (grâce à l'apparition des cellules de Leydig).
L'axe hypothalamo (H) hypophysaire (h)
L'H est dans le diencéphale, structure nerveuse qui sécrète la GnRH vers l'h. h : neuroh, structure nerveuse directement
reliée à l'H + adénoh, structure épithelioglandulaire (C gonadotropes sécrétant la LH et la FSH). L'adénoh n'est pas
directement liée à H, la GnRH doit donc passer via le système porte hypophysaire. Puis sécrétion de LH et FSH dans
la circulation, qui va avoir une action sur la gamétogénèse entre autre.
Sécretion pulsatile de GnRh, toujours suivi d'un pulse de LH.
Il existe un retrocontrôle négatif surtout grâce aux récepteurs aux stéroïdes au niveau de l'H, agissant donc sur la
sécrétion de GnRH.
Les récepteurs aux hormones gonadotropes sont des hétérodimères, ils ont tous la même chaîne alpha mais la beta
diffère.
Mâle : Récepteurs à la LH sur les C de Leydig et à la FSH sur les C de Sertoli.
Femelle : Le début de maturation ne nécessite pas de LH et de FSH mais après la puberté ces hormones deviennent
indispensables.
En raison de ces nombreuses informations, nous pouvons en déduire que des mutations (au niveau dans les gènes
codant les hormones, les récepteurs, au niveau des gènes régulation etc ..;) peuvent induire de nombreuses maladies
plus ou moins graves, amenant à la stérilité, à une sous ou sur expression des caractères sexuels (et donc plein de petits
exos qui en découlent wuuuuh).