The role of the hypothalamic kisspeptin/GPR54 system in the control of GnRH neurons

Summary : The hypothalamus represents less than 1 % of the total volume of the brain tissue, yet it plays a crucial role in endocrine regulations. Puberty is defined as a process leading to physical, sexual and psychosocial maturation. The hypothalamus is central to this process, via the activation of GnRH neurons. Pulsatile GnRH secretion, minimal during childhood, increases with the onset of puberty. The primary function of GnRH is to regulate the growth, development and function of testes in boys and ovaries in girls, by stimulating the pituitary gland secretion of luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). Several factors contribute to the timing of puberty, including sex and ethnicity, genetics, dietary intake and energy expenditure. Kisspeptins constitute a family of small peptides arising from the proteolytic cleavage of metastin, a peptide with 54 amino acids initially purified from human placenta. These kisspeptins were the subject of much attention following their discovery because of their antimetastatic properties, but it was more recently that their determining role in the reproductive function was demonstrated. It was shown that kisspeptins are ligands of a receptor, GPR54, whose natural inactivating mutation in humans, or knockout in the mouse, lead to infertility. GnRH neurons play a pivotal role in the central regulation of fertility. Kisspeptin greatly increases GnRH release and GnRH neuron firing activity, but the neurobiological mechanisms for these actions are unknown. Gprotein-coupled receptor 54, the receptor for kisspeptin, is expressed by GnRH neurons as well as other hypothalamic neurons, suggesting that both direct and indirect effects are possible. In the first part of my thesis, we investigated a possible connection between the acceleration of sexual development induced by leptin and hypothalamic metastin neurons. However, the data generated by our preliminary experiments confirmed that the commercially available antibodies are non-specific. This finding constituted a major drawback for our studies, which relied heavily upon the neuroanatomical study of the hypothalamic metastinergic pathways to elucidate their sensitivity to exogenous leptin. Therefore, we decided to postpone any further in vivo experiment until a better antibody becomes available, and focused on in vitro studies to better understand the mechanisms of action of kisspeptins in the modulation of the activity of GnRH neurons. We used two GnRH-expressing neuronal cell lines to investigate the cellular and molecular mechanisms of action of metastin in GnRH neurons. We demonstrated that kisspeptin induces an early activation of the MAP kinase intracellular signaling pathway in both cell lines, whereas the SAP/JNK or the Akt pathways were unaffected. Moreover, we found an increase in GnRH mRNA levels after 6h of metastin stimulation. Thus, we can conclude that kisspeptin regulates GnRH neurons both at the secretion and the gene expression levels. The MAPK pathway is the major pathway activated by metastin in GnRH expressing neurons. Taken together, these data provide the first mechanism of action of kisspeptin on GnRH neurons. Résumé : L'hypothalamus est une zone située au centre du cerveau, dont il représente moins de 1 du volume total. La puberté est la période de transition entre l'enfance et l'age adulte, qui s'accompagne de transformations somatiques, psychologiques, métaboliques et hormonales conduisant à la possibilité de procréer. La fonction principale de la GnRH est la régulation de la croissance, du développement et de la fonction des testicules chez les hommes, et des ovaires chez les femmes en stimulant la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) et de l'hormone folliculostimulante (FSH) par la glande hypophysaire. Plusieurs facteurs contribuent au déclanchement de la puberté, y compris le sexe et l'appartenance ethnique, la génétique, l'apport alimentaire et la dépense énergétique. Les Kisspeptines constituent une famille de peptides résultant de la dissociation proteolytique de la métastine, un peptide de 54 acides aminés initialement purifié à partir de placenta humain. Ces kisspeptines ont fait l'objet de beaucoup d'attention à la suite de leur découverte en raison de leurs propriétés anti-metastatiques, et c'est plus récemment que leur rôle déterminant dans la fonction reproductive a été démontré. Les kisspeptines sont des ligands du récepteur GPR54, dont la mutation inactivatrice chez l'homme, ou le knockout chez la souris, conduisent à l'infertilité par hypogonadisme hypogonadotrope. Les neurones à GnRH jouent un rôle central dans le règlement des fonctions reproductrices et la kisspeptine stimule l'activité des neurones à GnRH et la libération de GnRH par ces neurones. Toutefois, les mécanismes neurobiologiques de ces actions ne sont pas connus. Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le lien potentiel entre l'accélération du développement sexuel induite par la leptine et les neurones hypothalamiques à metastine. Les données générées dans cette première série d'expériences ont malheureusement confirmé que les anticorps anti-metastine disponibles dans le commerce sont aspécifiques. Ceci a constitué un inconvénient majeur pour nos études, qui devaient fortement s'appuyer sur l' étude neuroanatomique des neurones hypothalamiques à metastine pour évaluer leur sensibilité à la leptine exogène. Nous avons donc décidé de focaliser nos travaux sur une étude in vitro des mécanismes d'action de la kisspeptine pour moduler l'activité des neurones à GnRH. Nous avons utilisé deux lignées de cellules neuronales exprimant la GnRH pour étudier les mécanismes d'action cellulaires et moléculaires de la metastine dans des neurones. Nous avons ainsi pu démontrer que la kisspeptine induit une activation précoce de la voie f de signalisation de la MAP kinase dans les deux lignées cellulaires, alors que nous n'avons observé aucune activation de la voie de signalisation de la P13 Kinase et de la SAP/JNK. Nous avons en outre démontré une augmentation de l'expression de la GnRH par la stimulation avec la Kisspeptine. L'ensemble de ces données contribue à élucider le mécanisme d'action avec lequel la kisspeptine agit dans les neurones à GnRH, en démontrant un effet sur l'expression génique de la GnRH. Nous pouvons également conclure que la voie de la MAPK est la voie principale activée par la metastine dans les neurones exprimant la GnRH.

Les transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 contribuent au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire

Le testicule assure la production des spermatozoïdes et la sécrétion de la testostérone. Chaque fonction est assumée par un compartiment cellulaire distinct: l’épithélium séminifère et le tissu interstitiel. Le cholestérol, présent dans les deux compartiments, est un composé indispensable aux membranes cellulaires et un précurseur essentiel de la testostérone. Dans le compartiment interstitiel, environ 40 % du cholestérol utilisé pour la production hormonale est importé du sang à partir des lipoprotéines HDL et/ou LDL. Dans l’épithélium séminifère, la cellule de Sertoli assure le contrôle et le maintien de la spermatogenèse. Elle a la capacité de synthétiser du cholestérol à partir de l’acétate in vitro, néanmoins, il n’y a pas d’évidence qu’elle le fait in vivo. De plus il existe, au niveau des tubules séminifères, une barrière hémato-testiculaire qui empêche le libre passage de plusieurs composés sanguins, y compris le cholestérol. Nous avons testé l’hypothèse qu’il existe des moyens d’importation du cholestérol sanguin, mais aussi l’exportation du cholestérol intra-tissulaire, qui contourneraient cette barrière et qui contribueraient au maintien du taux intratubulaire du cholestérol compatible avec le bon déroulement de la spermatogenèse. Nous avons comparé les taux de variation de l’expression de l’ARNm et de la protéine des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 aux taux de variation du cholestérol libre et estérifié au cours de la spermatogenèse chez les souris normales durant le développement postnatal. Afin de mieux apprécier le niveau d’implication de chacun de ces récepteurs, nous avons examiné comment la suppression du gène d’une enzyme comme la lypase hormono-sensible (HSL) ou de celui d’un transporteur de cholestérol comme SR-BI, CD36 ou NPC1 était compensée et comment cette suppression affectait le taux de cholestérol libre et estérifié dans chacun des deux compartiments cellulaires du testicule. Nous avons dans un premier temps mis au point une nouvelle technique d’isolation des testicules en fraction enrichie en tissu interstitiel (ITf) et en tubules séminifères (STf) qui a l’avantage de mieux préserver l’intégrité des formes phosphorylées et glycosylées des protéines comparée aux techniques préexistantes. Les résultats de nos analyses ont montré que l’expression de SR-BI et CD36 étaient maximales dans les ITf au moment où les souris ont complété leur maturité sexuelle et où le niveau de synthèse de la testostérone était maximal. Dans les tubules séminifères, l’expression maximale de SR-BI et le taux le plus élevé de cholestérol estérifié étaient mesurés de façon concomitante à 35 jours après la naissance, au moment où la première vague de l’activité spermatogénétique était complétée. L’expression de l’ABCA1 était maximale au moment où le taux de cholestérol était élevé et minimale au moment où le taux de cholestérol était le plus bas, alors que le niveau d’expression de CD36 était maximal chez l’adulte au moment où le taux de spermiation était le plus élevé. L’expression de SR-BII variait peu dans les deux compartiments cellulaires durant le développement. La suppression génétique de la HSL et de NPC1, qui cause une infertilité chez les souris mâles, était accompagnée d’une accumulation de cholestérol libre et estérifié dans les tubules séminifères. Par contre, la suppression génétique de SR-BI et CD36, qui ne causent pas d’infertilité chez les souris mâles était sans impact significatif sur le taux de cholestérol intratubulaire. Nous avons montré que l’invalidation génétique d’un transporteur sélectif ou d’une enzyme du métabolisme du cholestérol était accompagnée d’un ensemble de mécanismes de compensation visant à maintenir le taux de cholestérol libre aux niveaux semblables à ceux mesurés dans les fractions tissulaires de souris normales. Ensemble, nos résultats ont montré que l’expression des transporteurs sélectifs de cholestérol SR-BI, SR-BII, CD36 et ABCA1 variait en fonction de la spermatogenèse et du taux intratesticulaire du cholestérol suggérant leur contribution au maintien de l’homéostasie du cholestérol intratesticulaire.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Taxonomic Characters in the Genus Echinococcus (Cestoda: Taenlidae)

Not more than four species of cestodes of the genus Echinococcus Rudolphi, 1801, are recognized as valid. The larval stage of at least three of them is able to develop in man, causing respective types of hydatid disease. Accurate characterization of these cestodes, including both larval and adult stages, is essential for identification, upon which depends development of methods for preventing infection of man and domestic animals. Because morphological characteristics of the larval cestodes may be modified according to the species of host in which they develop, identification should be based upon taxonomic characters of specimens from the respective natural hosts, which can be identified by means of ecological investigations in endemic areas in combination with controlled infection of experimental animals. The morphological and biological characteristics of the known species are discussed, and the two species most important to public health and economically--E. granulosus (Batsch, 1786) and E. multilocularis Leuckart, 1863--are distinguished. French résumé: Trois espèces de cestodes du genre Echinococcus Rudolphi, 1801 ont été identifiées: E. granulosus (Batsch, 1786); E. multilocularis Leuckart, 1863; et E. oligarthrus (Diesing, 1863). On n'a pas encore déterminé avec certitude s'il fallait leur adjoindre E. patagonicus Szidat, 1960. Ce dernier mis à part, tous ces ténias sont connus pour provoquer chez l'homme des formes spécifiques d'échinococcose hydatique; l'infestation par les larves de E. granulosus est également fréquente chez les ongulés domestiques et la répartition de ce cestode est presque cosmopolite. E. multilocularis est très largement répandu dans l'hémisphère nord, tandis que E. oligarthrus ne se trouve que dans le centre et le sud de I'Amérique. Pour définir des critères morphologiques qui permettent de distinguer avec précision les différentes espèces d'Echinococcus, il convient de prendre les spécimens sur leurs hôtes naturels, sinon l'évolution du stade strobilaire se trouve habituellement retardée et le stade larvaire présente une gamme étendue de variations morphologiques. Pour identifier les hôtes naturels, il faut étudier l'écologie dans les zones d'éndemicité, ainsi que les manifestations de l'infection contrôlée chez des animaux d'expérience. Le stade strobilaire des ténias peut présenter plusieurs caractères spécifiques importants qui concernent notamment la taille, le nombre et la répartition des testicules, la position du pore génital dans les segments gravides, la forme de l'utérus gravide et, dans certains cas, la taille et la forme des crochets du rostre. La structure de la larve normalement développée est caractéristique de chacune des trois espèces relativement bien connues. Les caractéristiques biologiques jouent également un rôle important dans la différenciation de ces cestodes. Au stade larvaire, le laps de temps nécessaire au développement des scolex infectants est directement fonction de la durée de vie de l'hôte intermédiaire. La larve de E. multilocularis présente des scolex infectants dès le deuxième ou le troisième mois, alors qu'ils n'apparaissent qu'au bout d'un ou deux ans chez la larve de E. granulosus. Un tableau donne la liste comparative des caractéristiques taxonomiques qui permettent de faire la distinction entre ces deux espèces.

Evaluation des effets de l’extrait aqueux des fleurs de Nymphaea lotus Linn. (Nymphéacées) sur la fonction de reproduction des rats normoglycémique et diabétique de type 1

In traditional medicine of Cameroon, Nymphaea lotus Linn. (Nympheaceae) is used for treatment of male sexual disorders. The aim of this study was to evaluate the effects of the N. lotus flowers aqueous extracts on general mating behavior, fertility and some androgenic parameters of normoglycemic and diabetic adult male rats. Mating behavior assessment was carried out with primiparous and with oestrus female rats. Male rats were divided into 5 groups and subjected once in a day to the following treatment: distilled water (10 mL/kg), Sildenafil citrate (5mg/kg), Testosterone enanthate (5mg/kg) and plant extract (75 mg/kg and 150 mg/kg). Treatment lasted for 8 and 55 days before sacrifice. Organ weight, epididymal sperm counts, motility, viability, histomorphometric analysis, muscular strength, seminal fructose, cholesterol level, epididymal and serum proteins testicular were determined. Results showed a dose- dependant influence of the treatment in sperm count and motility which significantly increases compared to the distilled water-administered control. An increase in some sexual performance parameters (mount and intromission frequencies) was observed in both diabetic and normal rats compared to respective controls. The latencies of mount and intromission were significantly reduced. Computed frequencies of penile licking, index of libido and sexual motivation were higher in normal and diabetic extract-treated animals; which suggest an enhancement of motivational parameters. The treatment also caused significant increases in the weight of the testis, prostate, epididymis, in serum cholesterol and epididymal protein level in normal rats compared to the distilled water-administered control. These results indicate an androgenic pro-sexual potential of N. lotus in male rats and justify the empirical use of N. lotus in the management of erectile dysfunction and fertility disorders in males. Key-words: Nymphaea lotus, prosexual, androgenic, fertility, diabetic, male rat. //Selon les tradipraticiens de l’Ouest-Cameroun, Nymphaea lotus Linn. (N. lotus), de la famille des Nymphéacées, est utilisé pour le traitement des dysfonctionnements sexuels chez les hommes. Dans cette étude, l’effet de l’extrait aqueux des fleurs de N. lotus sur la fonction de reproduction des rats mâles adultes normaux et diabétiques a été évalué. Dans le but d’évaluer les effets de l’extrait aqueux des fleurs de N. lotus sur les paramètres généraux de copulation, d’androgénicité et de fertilité, les rats normoglycémiques et diabétiques ont été divisé en 3 groupes contrôle [Groupe I- recevant de l’eau distillée, Groupe II et III recevant respectivement du citrate de sildénafil (5 mg/kg) et l’énanthate de testostérone (5 mg/kg)] et deux groupes expérimentaux traités à l’extrait aux doses 75 mg/kg (Groupe IV) et 150 mg/kg (Groupe V). L’eau distillée, l’extrait et la substance de référence était administré per os une fois par jour. Pour analyser le comportement sexuel et la fertilité, des femelles primipares et en oestrus étaient utilisées. Le traitement a duré 8 et 55 jours avant le sacrifice. Le poids relatif des organes, le nombre de spermatozoïde, la motilité, les analyses morphométriques, la force musculaire, le taux de cholestérol, le taux de protéines sériques et épididymaires étaient déterminé. Le temps de latence de monte et d’intromission a diminué significativement alors que la fréquence d’éjaculation a augmenté. L’index de libido, la fréquence de monte, d’intromission, d’éjaculation, d’orientation des mâles vis-à-vis d’eux même et l’index de motivation sexuelle a augmenté chez les animaux traités l’extrait comparés à ceux ayant reçu de l’eau distillée aussi bien chez les normaux que chez le diabétiques qui n’enregistrent d’ailleurs aucune éjaculation. Le traitement a augmenté significativement (P < 0,01) le poids des testicules, de la prostate et de l’épididyme. Il est observé une augmentation dose-dépendante du nombre et de la motilité des spermatozoïdes (P < 0,05), ainsi qu’une augmentation significative (P < 0,001) temps-dépendant du taux de cholestérol sérique et de protéines épididymaires. Ces résultats indiquent un potentiel androgénique pro-érectile de N. lotus chez les rats mâles et justifient l’utilisation empirique des fleurs de N. lotus dans le traitement des dysfonctions érectiles et des problèmes de fertilité chez les hommes. Mots-clés: Nymphaea lotus, pro-érectile, androgénique, fertilité, diabétiques, rat male

Étude comparative de gènes impliqués lors de la détermination et de la différenciation du sexe chez les mammifères

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude comparative de gènes impliqués lors de la détermination et de la différenciation du sexe chez les mammifères

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Characterization of cancer/testis antigen MAGE-A11 for immunotherapy of prostate cancer

Les antigènes testiculaires du cancer sont des cibles idéales pour l’immunothérapie du cancer car ce sont des protéines immunogéniques dont l’expression est restreinte aux cellules germinales et au cancer. Le but de cette étude est d’évaluer le potentiel de MAGE-A11, un antigène testiculaire du cancer, comme cible pour développer un vaccin contre le cancer de la prostate. Pour ce faire, l’anticorps monoclonal 5C4 qui a la capacité de reconnaître la présence de MAGE-A11 dans les tissus fixés et inclus en paraffine a été produit. De plus, l’expression de MAGE-A11 a été analysée sur plusieurs lignées de cellules cancéreuses. Il a été démontré que MAGE-A11 est exprimé dans plusieurs types de cancers notamment dans le cancer du côlon et du cerveau. Finalement, nous avons identifié trois épitopes du CMH classe II HLA-DR1 dans la protéine MAGE-A11 confirmant ainsi l’immunogénicité de cet antigène et son potentiel comme cible pour l’immunothérapie du cancer.