FONCTION LEYDIGIENNE et SPERMATOGENESE Dr Benkhalifa Moncef PhD. RBMG FONCTION LEYDIGIENNE et SPERMATOGENESE Dr Benkhalifa Moncef PhD. RBMG. MCU-PH Laboratoire de Biologie de la Reproduction et de Cytogénétique CHRU et Faculté de Médecine. Amiens Université de Picardie Jules Verne

Les cellules interstitielles de Leydig se situent dans le tissu conjonctif lâche des espaces intertubulaires. Ce sont des cellules endocrines qui sécrètent surtout l'hormone sexuelle mâle, la testostérone, qui diffuse dans le sang ainsi que dans le voisinage immédiat.

Les rôles de la testostérone chez le fœtus, transformation des canaux de Wolff en voies génitales males. à la puberté, acquisition des caractères sexuels secondaires. Chez l’homme adulte, la testostérone permet : la spermatogenèse dans les tubes séminifères, le fonctionnement de l’appareil génital (érection et éjaculation), le maintien des caractères sexuels secondaires, la libido.

Cette hormone est responsable (avec les hormones corticosurrénales) du déclenchement de la puberté, et de la maturation des spermatozoïdes. Les cellules interstitielles de Leydig acquièrent durant la puberté et sous l'influence de la LH hypophysaire (hormone lutéinisante) une « seconde jeunesse ». « La première jeunesse » des cellules interstitielles de Leydig se situant au moment du développement embryonnaire des testicules.

Période néo-natale: Taux similaire à celui de la puberté Période fœtale (14 semaine): Augmentation très importante de l’activité des cellules de Leydig sous influence de hCG maternelle Période néo-natale: Taux similaire à celui de la puberté Période pubertaire: 2ème phase de prolifération et de différenciation de cellules de Leydig Période ‘’ Andropause’’ : diminution de testostérone par atrophie des cellules de Leydig par insuffisance de l’axe hypothalamo- hypophysaire par déclin des capacités de stéroïdogenèse 9

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La testostérone est essentielle pour la spermatogenèse. La production de testostérone est commandée par la LH hypophysaire (hormone lutéinisante). Il existe un mécanisme de rétrocontrôle négatif incluant l'hypothalamus. La FSH hypophysaire agit sur les cellules de Sertoli en provoquant la synthèse dans ces dernières d'une protéine liant la testostérone (ABP = androgen binding protein). De cette façon, la testostérone peut être transportée par les cellules de Sertoli dans la zone luminale et y être concentrée. La testostérone est essentielle pour la spermatogenèse. La testostérone est aussi transportée par le sang et la lymphe. Elle agit apparemment sur tous les tissus, en particulier sur le cerveau (!) et sur les organes génitaux eux-mêmes.

Fonctions testiculaires 2 fonctions étroitement liées: Endocrine assurée par le compartiment leydigien Sécrétion des androgènes testiculaires…et d’E2! LH-dépendante Exocrine assurée par le compartiment sertolien Spermatogenèse et barrière hémato-testiculaire FSH-dépedante et androgènes-dépendante Collaboration fine entre les compartiments sertoliens et Leydigiens Régulation hypothalamo-hypophysaire = axe gonadotrope 12

Spermatozoïdes formés libérés dans la lumière du tubule La spermatogenèse commence dans les testicules de l'homme au début de la puberté. Celle-ci englobe la totalité du développement, allant de la spermatogonie jusqu'au spermatozoïde. Spermatozoïdes formés libérés dans la lumière du tubule Tubule séminifère Épididyme Testicule Cellules en division dans la paroi du tubule (mitose et méiose)

Noyau d'une cellule de Sertoli (reconnaissable par son nucléole) Spermatogonies Spermatides Spermatozoïdes Noyau d'une cellule de Sertoli (reconnaissable par son nucléole) Spermatocytes

Spermatogenèse et hormones Testostérone intratesticulaire  initiation, maintien et réinitiation de la spermatogenèse FSH nécessaire pour spermatogénèse quantitativement normale LH/testostérone intratesticulaire & FSH nécessaires pour une spermatogénèse qualitativement et quantitativement normale 17 17

Passage systémique 18

Contrôle de la spermatogenèse FSH 19

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les cellules de soutien (cellule de Sertoli) et Les cordons sexuels jusqu'alors pleins dans les testicules de l'enfant se perméabilisent au début de la puberté et se transforment alors en tubes séminifères contournés Ils sont constitués par un épithélium germinal qui est composé de deux différentes populations cellulaires: les cellules de soutien (cellule de Sertoli) et les différents stades des cellules germinales en division et en différenciation.

SPERMATOGENESE MÉIOSE Chez les animaux, la méiose est un processus se déroulant durant la gamétogénèse (spermatogenèse ou ovogenèse), c'est-à-dire durant l'élaboration des gamètes chez les espèces dites diploïdes. Ce sont les spermatozoïdes chez le mâle et les ovules chez la femelle.  NB: Chez les végétaux, la méiose produit des spores qui, par mitose, produiront une génération haploïde (le pollen, le pied feuillé des mousses, etc.). Dans les 2 cas, elle génère des cellules haploïdes (cellules contenant n chromosomes) à partir de cellules diploïdes(cellule contenant 2n chromosomes) suite à un processus comprenant 2 divisions cellulaires successives.

Spermatocytes secondaires Spermatogonie Spermatozoïdes Spermatocyte primaire Spermatides

Cellule à deux chromosomes Un chromosome Son homologue Cellule à deux chromosomes Chaque chromosome se dédouble Les chromosomes se spiralisent Les homologues (dédoublés) se séparent (première division méiotique = division réductionnelle) Méiose I Méiose II Les copies se séparent (deuxième division méiotique = division équationnelle)

Maturation et compétence ???

46 chromosomes: 2n ADN SPERMATOGONIES SPERMATOCYTES I SPERMATOCYTES II SPERMATIDES 23 chromosomes : n ADN SPERMATOZOÏDES M I T O S E M E I O S SPERMIOGENESE Abortive Spermatogenesis : Quantitative et/Qualitative Anomalies: Chromosomal , Genes , Epigenetics , Protéines Maturation et Compétency

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Remarque's: Maturation & Competency When we discuss sperm parameters & Genome integrity Clarify the ambiguity Between 1) First and second genome structure disorders such us DNA sequence, point mutation and integrity ( ROS and abortive spermatogenesis) FISH & FRAG, Telomeres size 2) Tertiary structure: Genome compaction and proteins replacement ( spermatogenesis and physiological disorders ) SDI & P1/P2 ratio 35

Male Infertility Investigation Gamete Quality Spermiology Serology Genetics Endocrinology Functional Fertility Competency

Spermatogenèse w3appli. u-strasbg Spermatogenèse w3appli.u-strasbg.fr La spermatogenèse se déroule chronos.activeweb.fr

Testicular Environment Ploidy, Nondisjunction Cytosolic egg activation Internal Hormonal Status Varicocele etc. Infections Age External Temperature, Chemicals, Drugs, Radiation, Physical damage, Stress Fertile SPERM QUALITY Infertile Descreptive ******** Subfertile GENETIC Ploidy, Nondisjunction Translocations DNA Integrity Deletions etc EPIGENETIC Centrosome Mitochondrial Chromatin Packaging Cytosolic egg activation 38

Infertilité masculine. 1 homme/500 est infertile à cause d’un défaut génétique touchant la spermatogenèse (cas dits idiopathiques sécrétoires) Deux causes génétiques fréquentes connues: 47,XXY et microdélétion de Y (supprimant un des 3 facteurs AZF). Un seul des gènes critiques pour la spermatogenèse est aujourd’hui identifié dans cette zone : USP9Y ( SUN C, et al. Nat. Genet., 1999). Chacune de ces 2 anomalies se retrouvent chez 10% des hommes avec oligozoospermie (<5M/ml). Restent 90% des cas sans explication.

Karyotype analysis: Normal male 46, XY Idiogram

Sex chromosomes abnormalities Syndrome de Klinefelter 47, XXY 46, XY/47, XXY 48, XXXY 48, XXYY 49, XXXXY One of the most common sex chromosome abnormalities is Klinefelter’s Syndrome. Although it most frequently occurs as XXY, rarely patients may present XXXY, XXXXY. The phenotype may vary, but patients are usually azoospermic with small atrophic testes. The presence of two X chromosomes is incompatible with the completion of meiosis in the male resulting in azoospermia.

Mécanique chromosomique et infertilité Remaniement chromosomique peut : Supprimer ou modifier la structure d’un gène impliqué dans la fertilité (gamétogénèse, développement gonadique, fécondation, implantation…) Empêcher l’appariement des chromosomes homologues, les recombinaisons chromosomiques indispensables à la méiose et déclencher un arrêt de la gamétogenèse.

Anomalies des chromosomes sexuels chez l’homme Azoospermies 47,XXY (60% des aneuploïdies) 46,XX 46,XY/45X0 45,X0 46,X,inv(Y)(p11;q11)…… Oligozoospermies 47,XXY (0,7% des cas d’oligozoospermie) 47,XXY/46,XY (10% des cas d’oligozoospermie) 47,XYY

Morphologic abnormalities and sperm FISH testing No association exists between chromosomal status and phenotype Globozoospermia Shortened flagella syndrome Abnormal acrosomal spermatozoa Increased incidence of chromosomal abnormalities Megalohead spermatozoa Three colour FISH analysis demonstrates an increased incidence of chromosomal abnormalities in association with megalohead spermatozoa. }

Rate of unbalanced Gametes Reciprocal translocation 20 to 80 % Robertsonian translocation 3 to 27 % Rate of unbalanced Gametes in translocations & Genetics Counseling

Gènes et infertilité. Identification des causes génétiques d’infertilité : encore limité. Certains gènes sont montrés porteurs de mutations: classés en fonction de l’organe affecté. En pratique diagnostic, recherche de mutations uniquement de certains gènes.

Gène du récepteur aux androgènes La recherche de la mutation est recommandée chez l’homme avec une azoospermie ou une oligozoospermie sévère, et une insensibilité aux androgènes. Des données contradictoires ont été rapportées sur le rôle de l’expansion de répétition des triplets CAG dans l’infertilité masculine.

Gènes mutés connus En fonction de l’organe affecté Hypothalamus: KAL1, LEP, LEPH, AHC… Hypophyse: GNRHR, FSHb, LHb, PROP1, HESX1, AHC… Gonade: FSHR, LHCGR, GALT, AIRE, CYP19, CYP17, HSD17B3, NR5A1, SRD5A2, SOX9, WT1, 45 X, delXp/Xq, FMR1, DIAPH2, POF1, FOXL2, SRY, DAZ, YRBM, USP9Y, DBY… Ceux n’appartenant pas à ces 3 catégories : AR, CFTR, HOXA13.

Risks related to sperm DNA decays Modified from: Aitken RJ, Krausz C.

Miller et al 2008

A new paradigm for profiling testicular gene expression during normal and disturbed human spermatogenesis Feig1 C et al. MHR 2007

Spermatogénèse et checkpoints La longueur du processus de spermatogenèse est due à l’existence de mécanisme de contrôle agissant à plusieurs niveaux Marche en avant sauf si les étapes antérieures ont été complètement achevés Si non apoptose Principal point de checkpoint: première métaphase méiotique au stade pachytène de la première prophase ( spermatocyte primaire ) contrôle du processus de recombinaison et la formation de synapses sur les chromosomes et la transcription de MPF