FONCTION LEYDIGIENNE FONCTION LEYDIGIENNE et et

SPERMATOGENESE SPERMATOGENESE

Dr Benkhalifa Moncef PhD. RBMG. MCU-PHDr Benkhalifa Moncef PhD. RBMG. MCU-PH

Laboratoire de Biologie de la Reproduction et de Laboratoire de Biologie de la Reproduction et de Cytogénétique Cytogénétique

CHRU et Faculté de Médecine. AmiensCHRU et Faculté de Médecine. Amiens

Université de Picardie Jules VerneUniversité 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 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

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.

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

Spermatozoïdes formés libérés dans la

lumière du tubule

Cellules en division dans la paroi du tubule (mitose et méiose)

Testicule

Épididyme

Tubule séminifère

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.

Spermatogonies

Spermatozoïdes

Spermatocytes

Spermatides

Noyau d'une cellule de Sertoli (reconnaissable

par son nucléole)

Testostérone intratesticulaire initiation, maintien et réinitiation de la spermatogenèse

FSH nécessaire pour spermatogénèse quantitativement normale

LH/testostérone intratesticulaire & FSH LH/testostérone intratesticulaire & FSH nécessaires pour une spermatogénèse nécessaires pour une spermatogénèse qualitativement et quantitativement qualitativement et quantitativement normalenormale

Passage systémiqu

e

FSH

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.

SPERMATOGENESESPERMATOGENESE MÉIOSE MÉIOSE

Chez les animaux, la méiose est un Chez les animaux, la méiose est un processus se déroulant durant la processus se déroulant durant la gamétogénèse (spermatogenèse ou gamétogénèse (spermatogenèse ou ovogenèse), c'est-à-dire durant ovogenèse), c'est-à-dire durant l'élaboration des gamètes chez les l'élaboration des gamètes chez les espèces dites diploïdes. espèces dites diploïdes.

Ce sont les spermatozoïdes chez le mâle Ce sont les spermatozoïdes chez le mâle et les ovules chez la femelle. et les ovules chez la femelle. 

NB: Chez les végétaux, la méiose produit NB: Chez les végétaux, la méiose produit des spores qui, par mitose, produiront des spores qui, par mitose, produiront une génération haploïde (le pollen, le une génération haploïde (le pollen, le pied feuillé des mousses, etc.). pied feuillé des mousses, etc.).

Dans les 2 cas, elle génère des Dans les 2 cas, elle génère des cellules haploïdes (cellules contenant n cellules haploïdes (cellules contenant n chromosomes) à partir de chromosomes) à partir de cellules diploïdes(cellule contenant 2n cellules diploïdes(cellule contenant 2n chromosomes) suite à un processus chromosomes) suite à un processus comprenant 2 divisions cellulaires comprenant 2 divisions cellulaires successives. successives.

Spermatocytes secondaires

Spermatides

Spermatozoïdes

Spermatogonie

Spermatocyte primaire

Un chromosomeSon homologue

Cellule à deux chromosomes

Les chromosomes se spiralisent

Les homologues (dédoublés) se séparent (première division

méiotique = division réductionnelle)

Méiose I

Méiose II

Chaque chromosome se dédouble

Les copies se séparent (deuxième division méiotique =

division équationnelle)

Maturation et compétence ???

SPERMATOGONIESSPERMATOGONIES46 chromosomes: 2n ADN46 chromosomes: 2n ADN

SPERMATOCYTES ISPERMATOCYTES I

46 chromosomes: 4n ADN46 chromosomes: 4n ADN

SPERMATOCYTES IISPERMATOCYTES II

23 chromosomes : 2n ADN23 chromosomes : 2n ADN

SPERMATIDESSPERMATIDES

23 chromosomes : n ADN23 chromosomes : n ADN

SPERMATOZOÏDESSPERMATOZOÏDES

23 chromosomes : n ADN23 chromosomes : n ADN

MITOSE

SPERMIOGENESE

MEIOSE

Anomalies: Chromosomal , Genes , Epigenetics , Protéines Maturation et Compétency

Abortive Spermatogenesis : Quantitative et/Qualitative

Remarque's: Maturation & Competency When we discuss

sperm parameters & Genome integrityClarify the ambiguity

Between1) First and second genome structure disorders such us DNA

sequence, point mutation and integrity ( ROS and abortive spermatogenesis)

FISH & FRAG, Telomeres size2) Tertiary structure: Genome compaction and proteins replacement

( spermatogenesis and physiological disorders )SDI & P1/P2 ratio

Male Infertility InvestigationMale Infertility Investigation

Gamete QualityGamete Quality

Functional FertilityCompetency

Spermiology

Endocrinology

Serology

Genetics

SpermatogenèseSpermatogenèsew3appli.u-strasbg.frw3appli.u-strasbg.fr

La spermatogenèse se dérouleLa spermatogenèse se déroulechronos.activeweb.frchronos.activeweb.fr

SPERM QUALITY

GENETICPloidy,

NondisjunctionTranslocationsDNA IntegrityDeletions etc

EPIGENETICCentrosome

MitochondrialChromatin Packaging

Cytosolic egg activation

Testicular EnvironmentInternal

Hormonal StatusVaricocele etc.

InfectionsAge

ExternalTemperature, Chemicals, Drugs, Radiation, Physical damage, Stress

Fertile

Subfertile

InfertileDescreptive********

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 • Syndrome de Klinefelter 47, XXY

46, XY/47, XXY

48, XXXY

48, XXYY

49, XXXXY

Mécanique chromosomique et infertilitéRemaniement 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 Azoospermies47,XXY (60% des aneuploïdies)46,XX46,XY/45X045,X046,X,inv(Y)(p11;q11)……

Oligozoospermies47,XXY (0,7% des cas d’oligozoospermie)47,XXY/46,XY (10% des cas d’oligozoospermie)47,XYY

Morphologic abnormalities and sperm FISH testingMorphologic 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

Reciprocal translocation20 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 connusEn 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 decaysRisks 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 spermatogenesisFeig1 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 achevésSi 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