Fabian JEANNE

Évolution des systèmes GnRH et des hormones glycoprotéiques dans les contrôles endocrine et paracrine de la spermatogenèse chez la petite roussette, Scyliorhinus canicula.

Abstract

The main aim of our research was to explore the endocrine and paracrine regulation of spermatogenesis by actors of the hypothalamic-pituitary-gonadic axis in an Elasmobranch, the small-spotted catshark, Scyliorhinus canicula. For the first time in a cartilaginous vertebrate, the testicular proteome was characterized as a function of spermatogenesis stages, and the results obtained were in line with the characterization and study of the molecular evolution of spermatogenesis in vertebrates, as previously studied in primates and amniotes. Furthermore, the HPG axis is the main regulatory system for reproduction in vertebrates. However, despite the multiple interests of studying Elasmobranchs, their HPG axis remains largely unexplored, highlighting the lack of knowledge concerning their specific physiologies and highlighting a gap in the evolutionary history of this axis. Another aim was to characterize gonadotropic hormones and their receptors in Elasmobranchs. This work was extended to the glycoprotein hormones GPA2 and GPB5, which are paracrine hormones whose role in reproductive regulation has yet to be characterized. Finally, in addition to the hypophysiotropic action of GnRH, a paracrine function of GnRHs on spermatogenesis and testicular steroidogenesis has been demonstrated in mammals and teleosts, which raises questions of general interest regarding the evolution of paracrine versus endocrine regulation of testicular function, as well as about the direct role of GnRH in the elasmobranch testis, given the systemic secretion of GnRH in these species. The aim was therefore to demonstrate the direct role of GnRH in the small-spotted catshark. Taken together, these results suggest that catshark spermatogenesis is modulated by a complex, multifactorial system unique to Elasmobranchs, involving endocrine regulation, with the HPG and HPT axes and circulating GnRH, and paracrine and/or autocrine regulation via GPA2 and GPB5. Due to the functional redundancy of certain hormones, the potential compensatory action between endocrine and paracrine signalling pathways, the maintenance of spermatogenesis after partial hypophysectomy and the maintenance of active steroidogenesis in isolated cyst cultures, it has been suggested that catshark spermatogenesis may be relatively independent, suggesting its potential resistance and resilience to physiological and environmental changes.

 

Evolution des systèmes GnRH et de leurs neuropeptides régulateurs dans les contrôles endocrine et paracrine de la spermatogenèse chez la roussette, Scyliorhinus canicula

Main objective

The objective of this project is to identify peptides involved in the regulation of spermatogenesis in a shark, the small dogfish. The program envisaged is the identification of the sequences of peptide precursors regulating the GnRH system (GnRHs, GnIH, Kisspeptin/Neurokinin/Dynorphin) from available genomic data and the study of their biological activities on pituitary and testicular cultures. The study of the testicular paracrine function of these peptides constitutes an emerging theme in the understanding of the influence of environmental factors on reproductive functions.

This project, by targeting a chondrichthyan, will allow us to place the results in an evolutionary scheme of the hypothalamic-pituitary-gonadal system of the Gnathosomes and to improve our knowledge on the reproduction of Elasmobranchs, a group with a high conservation concern.

Matériel d’étude, programme et méthodes

La petite roussette, Scyliorhinus canicula (L.) est un requin abondant de nos côtes (Statut IUCN : least concern). L’approvisionnement en animaux se fera auprès du Lycée Maritime et Aquacole et de la Citée de la Mer de Cherbourg. Leur hébergement se fera au Centre de Recherche en Environnement Côtier de la station marine de l’université de Caen.

Le programme et les méthodes envisagées sont :

A) Analyses in silico. Compléter la recherche des précurseurs peptidiques et de leurs récepteurs par interrogation du génome et du transcriptome de S. canicula et des autres génomes de Chondrichtyens. Analyses phylogénétiques et de synténie pour déterminer les gains et pertes de gènes et proposer une histoire évolutive des gènes étudiés.

B) Analyses d’expressions. Clonages des ADNc et analyse de l’expression par RT-PCR (expressions tissulaires et au cours de la spermatogenèse) et par hybridation in situ des ARNm des précurseurs peptidiques et de leurs récepteurs (i.e. : GnRH1 & GNRHR1b, GnRHR2b, ocytocine, neurphysine, somatostatines 1 et 7, Orexine 1, Kiss1 & KissR3, Leptine & LEPR) ainsi que des hormones protéiques et de leurs récepteurs (i.e. : GCα, LHβ, FSHβ, FSHR, LHR) dont les expressions sont pressenties sur la base des travaux de Hara et al. [5].

C) Analyses in vitro du rôle endocrine. Des cultures d’hypophyses entières et de lobes ventraux (VPD) seront développées en étroite collaboration avec S. Dufour et K. Rousseau (BOREA, MNHN, Paris) afin de tester la capacité des neuropeptides (GnRHs, GnIH, Kiss, Leptine) à contrôler l’expression des hormones hypophysaires (GCα, LHβ, FSHβ, TSHβ2, PRL1, GH) et des GnRHRs.

D) Analyses in vitro du rôle paracrine. Quatre stades de la spermatogenèse (spermatogonies, spermatocytes, jeunes spermatides, spermatides âgées) seront mis en culture sous forme d’explants en présence d’hormones gonadotropes (LH, FSH) afin de déterminer la dynamique cellulaire (prolifération, apoptose) en réponse au traitement. Les hormones gonadotropes homologues, déjà obtenues, sont produites par expression des sous-unités fusionnées [20]. L’expression de gènes codants des acteurs de la stéroïdogenèse sera analysée (protéine STAR, 3bHSD et 17bHSD) ainsi que l’expression de différents récepteurs à des ligands peptidiques ou protéiques (i.e. GNRHR, KissR, LRPR, GHR, LHR, FSHR, ORγ). Dans un second temps, les différentes formes de GnRH seront testées pour leur capacité à moduler les réponses observées précédemment. 

Perspectives 

Ce projet est dans la continuité d’un projet de Master 2 (F. Jeanne, M2 Sciences de la Mer UniCaen sur la caractérisation des hormones gonadotropes et de leurs récepteurs) et d’un projet fédérateur du MNHN (Neuropeptides et régulation de la spermatogenèse chez un Elasmobranche, 2020-2021). En termes de perspectives, Il s’inscrit dans la compréhension des fonctions de reproduction d’un organisme marin, la roussette, d’intérêt phylogénétique et socio-économique (pêcheries) et appartenant aux Elasmobranches dont 40% des espèces sont menacées. Ce travail se fera également au sein d’un réseau de partenaires présentant une complémentarité scientifique (H. Tostivint (UMR 7221) : histoire évolutive des peptides ; S. Dufour & K. Rousseau : évolution du contrôle neuroendocrine de la reproduction des Actinoptérygiens ; P. Sourdaine : physiologie de la reproduction des Elasmobranches) et permettra des avancées significatives dans la connaissance des Chondrichtyens dont la physiologie est trop peu étudiée au niveau international alors qu’ils sont les représentants vivants des premiers Gnathostomes. Ce projet de thèse s’intègre également, par ses aspects d’études comparées et évolutives des neuropeptides dans le préprojet ANR CandyFISH (APG 2021 coordonné par H. Tostivint) sur le système neurosécréteur caudal des poissons afin de comprendre, notamment, l’influence de l’environnement sur le fitness des poissons et avec, par conséquent, des applications en aquaculture.

Ce projet apportera des bases de connaissances sur la physiologie de la reproduction des Elasmobranches, ce qui à plus long terme peut permettre une maîtrise de leur reproduction, l’un des leviers à la préservation de la ressource.