Polluants environnementaux et développement du testicule foetal humain : effets et mécanismes des phtalates

par Vincent Muczynski

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Virginie Rouiller-Fabre.

Soutenue le 11-04-2011

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Signalisations et Réseaux Intégratifs en Biologie (2000-2015 ; Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) , en partenariat avec Cellules Souches et Radiations (laboratoire) et de Cellules Souches et Radiations (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Young.

Le jury était composé de Christelle Delalande, David Volle, Robert Barouki, René Frydman.

Les rapporteurs étaient Christelle Delalande, David Volle.


  • Résumé

    Au cours des dernières décennies, nous avons progressivement vu augmenter un certain nombre d’anomalies de la fonction de reproduction masculine dans les pays industrialisés. Ces constatations ont fait émerger l’hypothèse selon laquelle certains polluants de notre environnement pourraient altérer le développement du testicule fœtal et ainsi être responsables de ces anomalies. Parmi les composants incriminés se trouvent les phtalates, largement répandus dans l’environnement. Ces composés ont été décrits comme reprotoxiques, ils altèrent le développement de la lignée germinale dans différentes espèces et entraînent une diminution de la production de testostérone chez le rat. Toutefois, très peu de données sont disponibles quant à leurs effets chez l’Homme. Dans cette étude, nous avons analysé les effets d’un phtalate, le MEHP, sur le développement du testicule fœtal humain au premier trimestre de la grossesse, dans un modèle de culture organotypique qui permet le maintien des différentes structures de l’organe. Nous avons tout d’abord démontré que le MEHP (10-4M) n’altère pas la production de testostérone du testicule fœtal humain, contrairement aux résultats décrits chez le rat. En revanche, nous avons montré que l’exposition au MEHP entraîne une rapide diminution du nombre de cellules germinales par apoptose. A la suite de ces résultats, nous avons testé l’effet de doses plus faibles de MEHP afin de se placer à des concentrations de phtalates ayant été mesurées dans les liquides biologiques. Nous avons ainsi démontré que les cellules germinales du testicule fœtal humain sont altérées suite à l’exposition à des doses de MEHP de 10-5M. Enfin, dans la 3ème partie de ce travail, nous nous sommes intéressés aux mécanismes d’action des phtalates. Différentes études, notamment dans le foie, démontrent l’implication des récepteurs nucléaires dans les effets de ces composés. Il nous a donc semblé important de rechercher leur implication dans les effets des phtalates sur le testicule fœtal. Nous avons démontré que LXRα est très certainement impliqué ces effets puisque l’expression des ARNm de ce récepteur est augmentée. Par ailleurs, ce récepteur nucléaire contrôle deux voies métaboliques, la synthèse de cholestérol et la synthèse des acides gras qui semblent toutes deux modulées par les phtalates dans le testicule fœtal humain. Enfin, nous avons montré que l’implication de ces voies métaboliques est commune entre la gonade mâle et la gonade femelle, sans pour autant que l’effet sur les cellules germinales mâles ai pu être mis en évidence dans l’ovaire fœtal. En conclusion, cette étude a contribué à caractériser les effets des phtalates sur la mise en place des fonctions de reproduction chez le fœtus humain. Nous avons également pu mettre en évidence un nouveau mécanisme de ces composés, impliquant la superfamille des récepteurs nucléaires ainsi que la synthèse du cholestérol et des acides gras.

  • Titre traduit

    Environmental pollutants and human fetal testis development : phthalates effects and mechanisms of action


  • Résumé

    Since the last decades, an increase in several abnormalities of the male reproductive function has been progressively evidenced in industrialized countries. According to these observations, it was hypothesized that exposure to some environmental pollutants may impair the fetal testis development, and therefore be at the origins of those abnormalities. Among incriminated compounds, phthalates are molecules highly produced worldwide. These compound are classified as reprotoxic molecules, as they disrupt the development of the germ cell lineage in different species and lead to a decrease in testosterone production in rat. Nevertheless, very few data are available concerning their effects in human. In this study we analyzed the effects of one phthalate, the MEHP, on the human fetal testis development during the first trimester of pregnancy. It was performed using an organotypic culture system that allows the preservation of the different testis structures. We first demonstrated that MEHP (10-4M) does not affect testosterone production of the human fetal testis, in opposition to the results described in rat. We also have demonstrated that MEHP exposure triggers apoptosis in the fetal germ cells, leading to a quick decrease in the total number of these cells. Following those results, we tested the effects of lower doses of MEHP that are close to the highest doses measured in human biological fluids. We therefore demonstrated that fetal germ cells are altered by exposure to this dose of MEHP (10-5M). Finally, in the third part of this work, we focused on the mechanisms of action of phthalate toxicity. Different studies, mostly in the liver, report the involvement of the nuclear receptor superfamilly in the effect of those compounds. Thus, it seemed important to investigate their implication in the effect of phthalates on the human fetal testis. We demonstrated that LXRα is certainly implicated in these effects as its transcriptional level is increased. Moreover, this nuclear receptor regulates two metabolic pathways: Cholesterol and fatty acid synthesis pathways, that seemed to by both modulated by phthalate exposure in the human fetal testis. We also showed that the modulation of these two metabolic pathways is a common process to both the male and female gonads. Nevertheless, the germ cell decrease we evidenced in the human fetal testis was never observable in the fetal ovary. In conclusion, this work contributed to improve our knowledge about the effects of phthalate exposure on the establishment and the development of the human fetal reproductive system. We also have evidenced a new mechanism of these compounds that involves members of the nuclear receptors superfamilly, as well as cholesterol and fatty acid synthesis.

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