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Étude de la voie de signalisation Hedgehog dans l'épididyme et dans le contrôle de la fertilité masculine

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2022

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La voie de signalisation Hedgehog est impliquée dans de nombreux processus nécessaires au bon développement et maintien des organes. Elle a lieu par fixation de ses ligands sur un récepteur qui se trouve soit à la surface membranaire des cellules, soit à la surface des cils. Les cils sont des extensions cellulaires, motiles ou non, se trouvant à la surface des cellules. Chez les mammifères, la voie de signalisation Hedgehog a principalement été identifiée à la surface des cils non motiles, appelés cils primaires. En leur sein, de nombreuses protéines, dont des récepteurs, se concentrent, permettant une amplification des différents signaux reçus. Cela permet aux cils primaires d'avoir une fonction d'antenne de signalisation, captant les signaux et les transmettant à la cellule. Bien que les cils primaires soient le lieu privilégié de la voie de signalisation Hedgehog, il a été montré que d'autres types de cils, des cils motiles, étaient également capables de la transduire. En cas de dysfonctionnement de cette voie de signalisation, ou bien des cils en eux-mêmes, plusieurs pathologies peuvent en découler, regroupées sous le nom de ciliopathies. Parmi la multitude de symptômes, des cas d'infertilité masculine sont décrits. Plusieurs études ont montré que cette voie de signalisation existe dans le système reproducteur mâle et femelle, tel dans l'épididyme ou l'endomètre. Dans cette étude, nous avons tenté d'élucider le rôle de la voie de signalisation Hedgehog dans le contrôle de la fertilité mâle de la maturation des spermatozoïdes. Nous avons tout d'abord étudié la voie Hedgehog au sein de l'épididyme. C'est l'organe en charge de la maturation des spermatozoïdes, ils y acquièrent une motilité primaire et d'autres modifications, nécessaires à la fertilité. Dans cet organe, les cellules susceptibles de répondre à la voie Hedgehog sont les cellules basales, car elles sont les seules cellules de l'épithélium à posséder un cil. La première partie de ce projet a été d'étudier le rôle in vitro de la voie de signalisation Hedgehog dans des cellules épididymaires immortalisées. Nous avons pu montrer grâce à ce modèle que la voie de signalisation Hedgehog dépendait bien de la présence du cil primaire. Après traitement pharmacologique, les cellules épithéliales répondent à la voie Hedgehog contrôlant ainsi l'expression de nombreux gènes, régulant la réponse immunitaire et la prolifération cellulaire. Nous avons dans un deuxième temps voulu comprendre in vivo le rôle de la voie Hedgehog, dépendante des cils primaires, dans les cellules basales de l'épididyme. Pour cela, nous avons créé un modèle murin présentant une délétion d'un facteur nécessaire à la voie Hedgehog spécifiquement dans les cellules basales, et comparé son phénotype à celui des souris contrôles. Nous avons pu montrer que la voie Hedgehog permettait de réguler l'homéostasie du tissu et plus particulièrement les propriétés des cellules basales. Ces dernières auraient de multiples fonctions dont le rôle de cellule souche épithéliale. Dans notre modèle, l'ablation d'une protéine ciliaire a empêché la régénération du tissu après dommages (ligation des canaux efférents). La voie Hedgehog pourrait donc être primordiale dans la réponse immunitaire après blessure ou inflammation, en régulant la prolifération cellulaire et la régénération tissulaire. Ces phénomènes pourraient donc avoir un lien indirect avec la maturation des spermatozoïdes dans l'épididyme, et donc dans le contrôle de la fertilité. Dans un troisième temps, nous avons voulu explorer pour la première fois le rôle direct de la voie Hedgehog sur les spermatozoïdes. En effet, ces cellules possèdent pareillement un cil : le flagelle. Nous avons donc posé l'hypothèse que les spermatozoïdes pourraient également être capable d'y répondre. En travaillant avec des spermatozoïdes de trois espèces mammifères différentes, nous avons pu montrer la présence des facteurs de la voie Hedgehog dans les spermatozoïdes. Les spermatozoïdes étaient également capables de répondre à cette voie, induisant un changement dans leur capacitation (motilité ; réaction acrosomique) et dans leur capacité à féconder un ovocyte. La voie Hedgehog pourrait donc avoir également un effet direct sur la maturation des spermatozoïdes. En conclusion, l'ensemble de ces travaux de thèse contribue à une meilleure compréhension du contrôle de la fertilité mâle par la voie Hedgehog et ouvre la voie à l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques.


The Hedgehog signaling pathway is involved in many processes necessary for the proper development and maintenance of organs. Signalling takes place by binding of ligands to a receptor, which is either on the membrane surface of the cells, or on the surface of a cilium. Cilia are cellular extensions, motile or non-motile, found on the surface of cells. In mammals, the Hedgehog signaling pathway has primarily been identified on the surface of nonmotile cilia, called primary cilia. Within them, many proteins, including receptors, are concentrated, allowing amplification of the various signals received. This allows the primary cilia to act as a signalling antenna, picking up extracellular signals and transmitting them to the cell. Although the primary cilia are the main site of the Hedgehog signaling pathway, it has been shown that other types of cilia, motile cilia, are also able to transduce Hedgehog signalling. In case of dysfunctions of this signaling pathway, or of cilia themselves, several pathologies can result, grouped under the name of ciliopathies. Among the multitude of symptoms, cases of male infertility are described. Several studies have shown that this signaling pathway exists in the male and female reproductive system, such as in the epididymis or the endometrium. In this study, we attempted to elucidate the role of Hedgehog signaling pathway in male fertility and more specifically in the control of sperm maturation. We first studied the Hedgehog pathway within the epididymis. It is the organ in charge of the maturation of spermatozoa, there they acquire primary motility and other changes, necessary for fertility. In this organ, the cells likely to respond to the Hedgehog pathway are the basal cells, because they are the only cells of the epithelium to possess a cilia. The first part of this project was to study the in vitro role of the Hedgehog signaling pathway in immortalized epididymal cells. We were able to show, thanks to this in vitro model, that the Hedgehog signaling pathway did indeed depend on the presence of the primary cilium. After pharmacological treatment, the epithelial cells respond to the Hedgehog pathway thus controlling the expression of many genes, regulating the immune response and cell proliferation. Secondly, we wanted to better understand in vivo the role of the Hedgehog pathway, dependent on primary cilia, in the basal cells of the epididymis. For this, we created a mouse model presenting a deletion of a factor necessary for the Hedgehog pathway specifically in the basal cells and compared it with control mice. We have been able to show that the Hedgehog pathway regulates tissue homeostasis and more particularly the properties of basal cells in the epididymis. Basal cells have multiple functions including the role of epithelial stem cell. In our model, the ablation of a ciliary protein prevented tissue regeneration after efferent duct ligation. The Hedgehog pathway could therefore be essential in the immune response after injury or inflammation, by regulating cell proliferation and tissue regeneration. These phenomena could consequently have an indirect link with the maturation of spermatozoa in the epididymis, and thus in the control of male fertility. Thirdly, we wanted to explore for the first time the direct role of the Hedgehog pathway on spermatozoa. Indeed, these cells also have a cilium, the flagellum, and we therefore hypothesized that they could also be able to respond to it. By working with spermatozoa from three different mammalian species, we were able to show the presence of Hedgehog pathway factors in spermatozoa. Sperm cells were also able to respond to this pathway inducing a change in vitro in their capacitation (motility; acrosomal reaction) and in their ability to fertilize an oocyte. The Hedgehog pathway could therefore also have a direct impact on sperm maturation. In conclusion, this thesis research contributes to a better understanding of the control of male fertility by Hedgehog signalling and could open the way to the identification of new therapeutic targets.

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