ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O

ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E L’axe gonadotrope V. Gayrard Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse 23, Chemin des Capelles 31076 Toulouse cedex

L’axe gonadotrope

L’axe gonadotrope n I. LES HORMONES STEROIDIENNES n n n II. LES GONADOTROPINES HYPOPHYSAIRES n n Compartimentation de la stéroïdogenèse sexuelle Rôle physiologique des stéroïdes sexuels Les hormones hypophysaires Relation structure-activité des gonadotropines Sécrétion pulsatile et rôle physiologique III. LES GONADOLIBERINES n n n Rôle physiologique du Gn. RH La sécrétion pulsatile du Gn. RH: origine et régulation Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH/LH

Stéroïdogenèse testiculaire acétate sang Chol PRG T: testostérone Chol: cholestérol E 2: oestradiol prégnénolone Chol prégnénolone mitochondries E 2 T aromatase T androsténediol E 2 E 1 Esters de Chol Goutelettes lipidiques microsomes Cellule de Sertoli Cellule de Leydig

Stéroïdogenèse ovarienne Thèque interne : Synthèse d’androgène Granulosa: Aromatisation Chol Sang E 2 Chol P T thèque T P E 2 granulosa Liquide folliculaire

Unité foeto-placentaire Placenta Mère Cholestérol DHA-S PRG Prégnénolone DHA-S Androstenedione DHA: Déhydro- épiandrostérone E 3: oestriol E 2: oestradiol Foetus Surrénales Prégnénolone-S DHA-S Foie E 2 E 3 16 -OH DHA-S

Rôle physiologique des androgènes 12 18 11 1 2 n n n n OH 19 9 10 C 13 17 D 8 14 15 16 B Stéroïdes C 19 3 A 7 5 O 4 6 Testicules, surrénales, ovaires Testostérone, déhydroépiandrostérone (DHA), androstènedione Différenciation sexuelle du système reproducteur Développement de l’appareil génital et des caractères sexuels secondaires mâles Initiation et maintien de la spermatogenèse Action anabolisante

Rôle physiologique des androgènes n Différenciation sexuelle du système reproducteur Semaines de grossesse Fœtus sexuellement indifférencié Formation des testicules Développement largement hormonoindépendant Fenêtre de susceptibilité à une PE Développement totalement hormonodépendant Système reproducteur masculinisation La masculinisation hormonodépendante se poursuit en période post-natale

Différenciation sexuelle du système reproducteur mâle Tube séminifère Cellule de Sertoli Cellules interstitielles DHT: dihydrotestostérone Insl 3: Insulin like factor 3 AMH (hormone antimullérienne) Testostérone Régression des canaux de Müller Testostérone Insl 3 Cellules de Testostérone Leydig 5 -réductase Testostérone Masculinisation du système reproducteur interne (canaux de Wolff) Masculinisation de l’appareil génital externe et de la prostate 5 -réductase DHT Insl 3 DHT Masculinisation du cerveau Masculinisation des tissus corporels Développement du gubernaculum et descente des testicules dans le scrotum

Rôle physiologique des oestrogènes n 12 Rôle des oestrogènes n n n n 11 1 9 C OH 18 17 13 D 16 15 Stéroïdes C 18 B 3 A 7 5 4 6 OH Ovaires, placenta, surrénales Oestradiol 17 , oestrone, oestriol Développement des caractères sexuels secondaires femelles Régulation du cycle ovarien, ovulation Développement de la glande mammaire 2 10 8 14

Rôle physiologique des oestrogènes n n n CERVIX n Glaire cervicale claire et filante (œstrus) UTERUS n + activité contractile du myomètre VAGIN n Prolifération muqueuse vaginale GLANDE MAMMAIRE n Croissance et développement HYPOPHYSE – HYPOTHALAMUS : n Pic préovulatoire LH n Comportement sexuel: œstrus AVORTEMENT n Induction lutéolyse: vache, chèvre, brebis n Inhibition descente conceptus : chienne

Rôles biologiques des gestagènes n n n Stéroïdes C 21 Progestérone Ovaires, placenta, surrénales Amincissement de l’épithélium vaginal Contraception: n n Inhibition de l’ovulation Modification des caractères de la glaire cervicale

Rôles biologiques des gestagènes n Etablissement et maintien de la gestation n n n Bouchon muqueux Descente de l'oeuf dans les trompes utérines + sécrétion utérines Quiescence utérus Développement des glandes mammaires Préparation à la parturition Comportement maternel

L’axe gonadotrope n n n I. LES HORMONES STEROIDIENNES n Compartimentation de la stéroïdogenèse sexuelle n Rôle physiologique II. LES GONADOTROPINES HYPOPHYSAIRES n Les hormones hypophysaires n Relation structure-activité des gonadotropines n Sécrétion pulsatile et rôle physiologique III. LES GONADOLIBERINES n Rôle physiologique du Gn. RH n La sécrétion pulsatile du Gn. RH: origine et régulation n Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH/LH

L’hypophyse Hypothalamus Hypophyse: 2 lobes Antérieur: Adénohypophyse Postérieur: Neurohypophyse Selle turcique

La neurohypophyse Neurones sécrétoires Magnocellulaires de l’hypothalamus Noyau paraventriculaires Noyau supraoptiques 1. L'hormone antidiurétique (ADH ou vasopressine) 2. L'ocytocine (OT) Plexus du lobe postérieur Posthypophyse (neurohypophyse) Plexus : jonctions entre système artériel et veineux, lieu de libération des hormones

Hormones de la neurohypophyse: ocytocine n Rôles biologiques n n Stimule contractions fibres musculaires lisses de l’utérus (expulsion fœtus) Stimule contractions cellules myoépithéliales des glandes mammaires (éjection lait) Comportement maternel Régulation sécrétion n Libération réflexe en réponse à la dilatation vagin et succion mamelle

Adénohypophyse n n n n Libère hormones qui régulent la croissance, la reproduction, le métabolisme, l’homéostasie Thyroid stimulating hormone (TSH, thyrotropin) Corticotropin (ACTH) Growth Hormone (GH) Follicle stimulating hormone (FSH) Luteinizing hormone (LH) Prolactine

Hormones gonadotropes hypophysaires ou gonadotropines Cellules gonadotropes Hormone lutéinisante LH Hormone folliculostimulante FSH GONADES Gamétogenèse Stéroïdogenèse Sécrétion de peptides spécifiques Action trophique

Bases moléculaires de la spécificité des gonadotropines n n n Famille des hormones glycoprotéiques 2 sous-unités et Vertébrés supérieurs: LH, FSH, TSH Primates et équidés: gonadotropine placentaire ou choriodogonadotropine CG (h. CG, e. CG ou PMSG)

Structure polypeptidique des gonadotropines n Pour une espèce donnée: est identique pour FSH, LH, TSH et CG n n Un seul gène code pour spécifique de chaque hormone n Des gènes différents codent pour

Relation structure-activité Demi-vie dans la circulation n Liaison aux récepteurs n Stimulation de la réponse des cellules cibles n

Demi-vie n Selon les espèces T 1/2 LH : 30 min n T 1/2 FSH : 2 -4 h n T 1/2 CG : de plusieurs heures à plusieurs jours. n

Demi-vie CG après élimination des résidus terminaux d’acides sialiques In vitro Pas d ’activité biologique Activité biologique

Liaison aux récepteurs Protéine kinase APMc dépendante Pas d ’activité biologique + ATP AMPc GTP GDP AC GS H AC GS R Déglycosylation H R

Modèle de spécificité négative Site spécifique inhibiteur LH FSH Site inhibiteur spécifique Récepteur LH Récepteur FSH

Modèle de spécificité négative n Rôle des sous-unités et n n n : haute affinité association au récepteur : spécificité de la liaison aux récepteurs par inhibition spécifique Rôle de l ’interaction des sous-unités et n n n Induction conformation active de Discrimination de la fixation aux récepteurs Systèmes hétérologues/homologues (e. CG: effets LH en système homologue et effets LH/FSH en système hétérologue)

Rôle physiologique des gonadotropines hypophysaires n n Contrôle des fonctions germinales des gonades Contrôle de la stéroïdogenèse sexuelle n n n Effets rapides : mobilisation du cholestérol Effets lents : Stimulation synthèse enzymes de la stéroïdogenèse. Action trophique n n Sécrétion de protéines spécifiques (inhibine, peptide gonadique) Maintien de l’état différencié et/ou leur multiplication des cellules cibles

Contrôle de la stéroïdogenèse FSH: Follicle Stimulating Hormone LH: Luteinizing Hormone LH Chol Blood E 2 FSH + P T + T LH + Chol P E 2 Granulosa cell Follicular fluid E 2: estradiol T: testostérone Chol: cholestérol P: progestérone

Contrôle stéroïdogenèse acétate sang Chol LH PRG prégnénolone mitochondries E 2 T aromatase T androsténediol E 2 E 1 Esters de Chol Goutelettes lipidiques microsomes FSH Cellule de Sertoli Cellule de Leydig

Stéroïdogenèse testiculaire n n n LH FSH: sécrétion d’une parahormone par cellules de Sertoli Prolactine + Récepteurs à LH Cortisol – sécrétion testostérone Insuline + sécrétion testostérone

Sécrétion pulsatile de LH pulse LH (ng/ml) 12 amplitude Niveau de base 6 0 4 8 12 16 Temps (h)

Sécrétion pulsatile de LH n Paramètres: n n n Fréquence Amplitude Variations de fréquence pulses LH n n n Fréquence élevée: ovulation, puberté Fréquence faible : anœstrus Code pour l ’activité biologique

Profil de LH au cours du cycle

L’axe gonadotrope n n n I. LES HORMONES STEROIDIENNES n Compartimentation de la stéroïdogenèse sexuelle n Rôle physiologique II. LES GONADOTROPINES HYPOPHYSAIRES n Les hormones hypophysaires n Relation structure-activité des gonadotropines n Sécrétion pulsatile et rôle physiologique III. LES GONADOLIBERINES n Rôle physiologique du Gn. RH n La sécrétion pulsatile du Gn. RH: origine et régulation n Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH/LH

Hypothalamus Hypophyse

L’hypothalamus Latéral Médian Paraventriculaires 3° ventricule Région paraventriculaire: cellules neurosécrétrices qui libèrent des hormones dans la circulation.

Hormones hypothalamiques n n Contrôlent sécrétions adénohypophyse Nomenclature n n n RH « Releasing Hormone » « libérine » IH « Inhibiting Hormone » « Statine » Gn. RH: Gonadotropin Releasing Hormone – Gonadolibérine + FSH, LH

Les hormones hypothalamiques

Travaux Guillemin 1969 n Concentrations TRH: qq dizaines ng/g hypothalamus n Hypothalamus mouton: 1. 5 g n Guillemin: 80 000 hypothalamus pour 400 µg

Neuronanatomie du système à Gn. RH

Les système porte hypothalamo -hypophysaire Gn. RH LH

L’axe hypothalamo-hypophysogonadique

Le Gn. RH n Rôle physiologique: n n Modulateur essentiel sécrétions LH Maintien niveau suffisant sécrétions FSH Sécrétion pulsatile Détection dans sang hypophysaire ou porte HH Fréquence pulses Gn. RH=élément clé déterminant activité de reproduction

Origine pulsatilité Gn. RH n Pourquoi? n n n Variations de fréquence=base d ’un code Nécessaire/phénomènes de désensibilisation Mécanismes n n Rythme endogène Synchronisation

Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH/LH n Rétrocontrôle stéroïdien OESTRUS Rétrocontrôle négatif E 2, Lutéolyse PRG n Rétrocontrôle positif E 2: pic préovulatoire observé quand [E 2]> seuil ‘(“flip-flop ”) n E 2 LH

Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH-LH Régulations d’origine extérieure à l’axe gonadotrope n n Facteurs internes Stress: inhibition de la sécrétion de LH par le cortisol n Exercice d’endurance: inhibition de la sécrétion de LH par les β-endorphines n Lactation: inhibition de la sécrétion de LH par la prolactine (ex: truie, synchronisation oestrus avec sevrage) n

Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH-LH Régulations d’origine extérieure à l’axe gonadotrope: Facteurs internes n n Rôle des nutriments: glucose, acides gras n Effet direct: Concentration plasmatique interprétée comme un manque ou un excès d’énergie, rôle de molécules informatives n n Sites d’action: Area post-trema: cellules sensibles à la disponibilité en énergie Effets via des modifications des concentrations hormonales en insuline, GH, IGF-I (Insulin-Growth Factor-I)

Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH-LH n Rôle du tissu adipeux: n n Compartiment de stockage d’énergie Glande endocrine: sécrète des adipokines dont la leptine, l’adiponectine et la résistine

Les adipokines n La leptine n n n Découverte en 1994. souris obèses ob/ob Facteur de satiété régulant l’appétit et le poids chez le rongeur et l’homme. Sécrétion par le tissu adipeux stimulée par l’insuline Adipostat: adaptation du comportement alimentaire et de la thermogenèse en fonction des réserves de tissu adipeux Tissus périphériques: la leptine inhibe la sécrétion et l’action biologique de l’insuline et contribue probablement à la résistance à l’insuline chez les individus obèses.

La leptine rétablit une sécrétion pulsatile de LH bloquée par une sous-nutrition

Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH-LH n Régulations d’origine extérieure à l’axe gonadotrope n Facteurs externes: Stimuli olfactifs : phéromones sexuelles n Photopériode: variations circadiennes sensibilité aux stéroïdes, reproduction saisonnière n

NPY GABA SP -endo DA Kiss 5 -HT CRF Gn. RH NA

Régulation de la sécrétion du couple Gn. RH/LH n Rôle des kisspeptines (2001): n n Peptide hypothalamique (gène Kiss 1) + Gn. RH via récepteur GPR 54 AVPV: Aire ventrale périventriculaire Arcuate : Noyau arqué

KISSPEPTINES Neurones à kisspeptine cells (Franceschini et al. , 2006)

Kisspeptines: applications potentielles au contrôle de la fertilité kisspeptin (100 nmol iv) Caraty A. , Franceschini I. (2008). Reprod Domest Anim. 2008; 43: 172 -8.

LEP: leptine ADIPOQ: Adiponectine INS: Insuline IGF 1: Insulin Growth Factor I GH: Growth Hormone KISS 1: Kisspeptines