Soutenance de thèse de Fabian Jeanne : Évolution des systèmes GnRH et des hormones glycoprotéiques dans les contrôles endocrine et paracrine de la spermatogenèse chez la roussette, Scyliorhinus canicula, mardi 12 novembre 2024

La spermatogenèse est un processus hautement spécialisé de prolifération et de différenciation cellulaire conduisant à la production de spermatozoïdes haploïdes à partir de cellules souches spermatogoniales diploïdes. Chez les Gnathostomes, les fonctions testiculaires sont principalement contrôlées de façon endocrine par l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique (HHG) impliquant notamment les GnRHs hypothalamiques et les hormones gonadotropes, FSH et LH, dont l’émergence s’est produite à la racine des Vertébrés cartilagineux. De plus, des fonctions paracrines des GnRHs et de la thyrostimuline ont été explorées au niveau gonadique chez des Vertébrés osseux. L’objet de cette thèse était de caractériser les régulations endocrines et paracrines de la spermatogenèse médiées par les GnRHs et les hormones gonadotropes chez un modèle Élasmobranche, la roussette Scyliorhinus canicula. Ce travail a été étendu à la caractérisation de GPA2 et GPB5, constituant la thyrostimuline, qui correspondent aux orthologues des ancêtres moléculaires des sous-unités des hormones glycoprotéiques. Dans ce travail, l’évolution du protéome testiculaire au cours de la spermatogenèse de S. canicula a été décrite, les neuropeptides GnRHs, les hormones glycoprotéiques FSH, LH, TSH, GPA2 et GPB5, et leurs récepteurs associés ont fait l’objet d’analyses in silico et d’expressions dans différents tissus avec un focus au cours de la spermatogenèse. Il a été observé une expression à tous les stades de la spermatogenèse de fshr, lhr et des récepteurs aux GnRHs au niveau germinale et sertolien, de tshr et gpb5 au niveau sertolien et de gpa2 au niveau germinal, avec des abondances plus importantes associées aux stades spermatides. Ce travail a été complété par des tests fonctionnels in vitro qui ont montré que FSHR pouvait être activé par FSH et LH, LHR uniquement par LH, et que GPB5-GPA2 pouvait activer les trois récepteurs FSHR, LHR et TSHR, suggérant ainsi un rôle paracrine de la thyrostimuline au niveau testiculaire. L’ensemble de ce travail permet de proposer un modèle de régulation de la spermatogenèse chez les Élasmobranches qui associe des hormones endocrines, avec les GnRHs et gonadotropines circulantes, et des hormones paracrines, avec GPA2, GPB5 et les stéroïdes. Ce modèle apparaît cohérent et intermédiaire dans l’évolution des systèmes régulateurs de la spermatogenèse qui seraient passés d’une régulation paracrine prépondérante chez les Bilatériens non-Vertébrés à une régulation endocrine prépondérante chez les Vertébrés osseux avec la mise en place de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique.

Mots-clefs : Spermatogenèse, Stéroïdogenèse, Scyliorhinus canicula, Régulations endocrine et paracrine, Hormones glycoprotéiques, Gonadolibérines, Évolution 

Evolution of GnRH and glycoprotein hormone systems in endocrine and paracrine controls of spermatogenesis in the catshark, Scyliorhinus canicula

Abstract

Spermatogenesis is a highly specialized process of cell proliferation and differentiation leading to the production of haploid spermatozoa from diploid spermatogonial stem cells. In Gnathostomes, testicular functions are mainly controlled by the endocrine hypothalamic-pituitary-gonadal (HHG) axis, involving hypothalamic GnRHs and the gonadotropic hormones FSH and LH, which emerged at the root of cartilaginous vertebrates. In addition, paracrine functions of GnRHs and thyrostimulin have been explored at the gonadic level in bony vertebrates. The aim of this thesis was to characterize the endocrine and paracrine regulation of spermatogenesis exerted by GnRHs and gonadotropic hormones in an Elasmobranch model, the catshark Scyliorhinus canicula. This work has been extended to the characterization of GPA2 and GPB5, constituting thyrostimulin, which correspond to orthologs of the molecular ancestors of glycoprotein hormone subunits. In this work, the evolution of the testicular proteome during spermatogenesis in S. canicula was described, and the neuropeptides GnRHs, the glycoprotein hormones FSH, LH, TSH, GPA2 and GPB5, as well as their associated receptors were studied by in silico and expression analyses in different tissues, with a focus on spermatogenesis. Expressions were observed at all stages of spermatogenesis for fshr, lhr and GnRH receptors associated at germinal and sertolian levels, for tshr and gpb5 at sertolian level and for gpa2 at germinal level, with higher abundances associated with spermatid stages. This work was complemented by in vitro functional tests which showed that FSHR could be activated by FSH and LH, LHR only by LH, and that GPB5-GPA2 could activate all three receptors FSHR, LHR and TSHR, suggesting a paracrine role for thyrostimulin at the testicular level. Taken together, this work proposes a model for the regulation of spermatogenesis in Elasmobranchs that combines endocrine hormones, with circulating GnRHs and gonadotropins, and paracrine hormones, with GPA2, GPB5 and steroids. This model appears consistent and intermediate in the evolution of spermatogenesis regulating systems, which has shift from predominantly paracrine regulation in non-vertebrate bilaterians to predominantly endocrine regulation in bony vertebrates, with the establishment of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis.

Keywords: Spermatogenesis, Steroidogenesis, Scyliorhinus canicula, Endocrine and paracrine regulations, Glycoprotein hormones, Gonadotropin-releasing hormones, Evolution