L’axe gonadotrope

1. ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E L’axe gonadotrope V. Gayrard Ecole Nationale Vétérinaire de Toulouse Unité Associée INRA de Physiopathologie et Toxicologie Expérimentales 23, Chemin des Capelles 31076 Toulouse cedex

2. L’axe gonadotrope

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

4. T: testostérone Chol: cholestérol E2: oestradiol Stéroïdogenèse testiculaire acétate sang Chol Chol Chol PRG prégnénolone prégnénolone mitochondries T E2 T androsténediol Esters de Chol aromatase E1 E2 Goutelettes lipidiques microsomes Cellule de Sertoli Cellule de Leydig

5. Thèque interne : Synthèse d’androgène Granulosa: Aromatisation Chol P Chol Liquide folliculaire P Sang E2 T E2 T granulosa thèque Stéroïdogenèse ovarienne

6. Foetus Placenta Mère Surrénales PRG Prégnénolone-S Prégnénolone Cholestérol DHA-S DHA DHA-S Androstenedione Foie DHA-S E2 E3 16-OH DHA-S Unité foeto-placentaire DHA: Déhydro-épiandrostérone E3: oestriol E2: oestradiol

7. Rôle physiologique des androgènes OH 12 18 17 11 13 D C 16 1 19 9 2 10 14 8 B 15 A • Stéroïdes C19 • Testicules, surrénales, • ovaires • Testostérone, déhydroépiandrostérone (DHA), androstènedione • Différenciation sexuelle du système reproducteur • Développement des caractères sexuels secondaires mâles • Initiation et maintien de la spermatogenèse • Action anabolisante 3 7 5 O 4 6

8. Différenciation sexuelle du système reproducteur Semaines de grossesse Fœtus sexuellement indifférencié Formation des testicules Développement largement hormono-indépendant Développement totalement hormono-dépendant Fenêtre de susceptibilité à une PE Système reproducteur masculinisation La masculinisation hormono-dépendante se poursuit en période post-natale Rôle physiologique des androgènes

9. Tube séminifère Cellule de Sertoli Cellules interstitielles AMH (hormone anti-mullérienne) Régression des canaux de Müller Testostérone Testostérone Insl3 Cellules de Leydig 5-réductase Testostérone Testostérone Testostérone Masculinisation du système reproducteur interne (canaux de Wolff) 5-réductase Insl3 DHT DHT DHT DHT Masculinisation de l’appareil génital externe et de la prostate Développement du gubernaculum et descente des testicules dans le scrotum Masculinisation du cerveau Masculinisation des tissus corporels Différenciation sexuelle du système reproducteur mâle DHT: dihydrotestostérone Insl3: Insulin like factor 3

10. OH 18 12 17 11 13 D C 16 1 9 2 14 8 10 B 15 A 3 7 5 OH 4 6 Rôle physiologique des oestrogènes • Rôle des oestrogènes • Stéroïdes C18 • Ovaires, placenta, • surrénales • Oestradiol 17, oestrone, oestriol • Développement des caractères sexuels secondaires femelles • Régulation du cycle menstruel, ovulation • Développement de la glande mammaire

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

12. Rôles biologiques des gestagènes • Stéroïdes C21 • Progestérone • Ovaires, placenta, surrénales • Amincissement de l’épithélium vaginal • Contraception: • Inhibition de l’ovulation • Modification des caractères de la glaire cervicale

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

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

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

16. La neurohypophyse Noyau paraventriculaires Neurones sécrétoires Magnocellulaires de l’hypothalamus 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

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

18. Adénohypophyse • 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

19. Hormones gonadotropes hypophysaires ou gonadotropines Cellules gonadotropes Hormone folliculo- stimulante FSH Hormone lutéinisante LH GONADES Gamétogenèse Stéroïdogenèse Sécrétion de peptides spécifiques Action trophique

20. Bases moléculaires de la spécificité des gonadotropines • Famille des hormones glycoprotéiques 2 sous-unités  et  • Vertébrés supérieurs: LH, FSH, TSH • Primates et équidés: gonadotropine placentaire ou choriodogonadotropine CG (hCG, eCG ou PMSG)

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

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

23. Demi-vie • Selon les espèces • T1/2 LH : 30 min • T1/2 FSH : 2-4 h • T1/2 CG : de plusieurs heures à plusieurs jours.

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

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

26. Modèle de spécificité négative Site spécifique inhibiteur LH FSH       Site inhibiteur spécifique Site inhibiteur spécifique Récepteur FSH Récepteur LH FSH LH  

27. Modèle de spécificité négative • Rôle des sous-unités  et  •  : haute affinité association au récepteur •  : spécificité de la liaison aux récepteurs par inhibition spécifique • Rôle de l ’interaction des sous-unités  et  • Induction conformation active de  • Discrimination de la fixation aux récepteurs • Systèmes hétérologues/homologues

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

29. Contrôle de la stéroïdogenèse FSH: Follicle Stimulating Hormone LH: Luteinizing Hormone LH LH FSH E2: estradiol T: testostérone Chol: cholestérol P: progestérone + Chol P Chol + + Follicular fluid P Blood E2 T E2 T Granulosa cell

30. Contrôle stéroïdogenèse acétate sang Chol Chol Chol LH PRG prégnénolone prégnénolone mitochondries E2 T T androsténediol Esters de Chol aromatase E1 E2 Goutelettes lipidiques microsomes Cellule de Leydig FSH Cellule de Sertoli

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

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

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

34. Profil de LH au cours du cycle

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

36. Hypothalamus Hypophyse

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

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

39. Les hormones hypothalamiques

40. Travaux Guillemin 1969 • Concentrations TRH: qq dizaines ng/g hypothalamus • Hypothalamus mouton: 1.5 g • Guillemin: 80 000 hypothalamus pour 400 µg

41. Neuronanatomie du système à GnRH

42. Les système porte hypothalamo-hypophysaire GnRH LH

43. L’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique

44. Le GnRH • Rôle physiologique: • Modulateur essentiel sécrétions LH • Maintien niveau suffisant sécrétions FSHSécrétion pulsatile • Détection dans sang hypophysaire ou porte HH • Fréquence pulses GnRH=élément clé déterminant activité de reproduction

45. Origine pulsatilité GnRH • Pourquoi? • Variations de fréquence=base d ’un code • Nécessaire/phénomènes de désensibilisation • Mécanismes • Rythme endogène • Synchronisation

46. Régulation de la sécrétion du couple GnRH/LH • Rétrocontrôle stéroïdien • Rétrocontrôle négatif E2, PRG • Rétrocontrôle positif E2: pic préovulatoire observé quand [E2]> seuil ‘(“flip-flop ”) OESTRUS LH Lutéolyse PRG E2

47. Régulation de la sécrétion du couple GnRH-LH • Régulations d’origine extérieure à l’axe gonadotrope • Facteurs internes • Stress • Marathon • Alimentation • Facteurs externes: • Stimuli olfactifs : phéromones sexuelles • Photopériode: variations circadiennes sensibilité aux stéroïdes, reproduction saisonnière

48. Tissu adipeux et reproduction Tissu adipeux Compartiment de stockage d’énergie Glande endocrine Leptine, adiponectine, résistine…

49. Les adipokines • La leptine • 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.

50. Interactions nutrition/reproduction Tissu adipeux + Hypothalamus Leptine GnRH + Nutriments endogènes glucose, acides gras, aa + Hypophyse (GH) Hormones métabolisme IGF-1 Insuline FOIE FB<0 Stéroïdes Gonadotropines Nutriments exogènes + Gonades