Morphological, molecular and genetic aspects of the GnRH neuronal migratory process in mice and humans

par Samuel Andrew Malone

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Paolo Giacobini.

Soutenue le 20-10-2017

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Centre de Recherche Jean-Pierre AUBERT Neurosciences et Cancer (Lille) (laboratoire) et de Centre de Recherche Jean-Pierre AUBERT Neurosciences et Cancer (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Étude anatomique, moléculaire et génétique de migration des neurones à GnRH chez la souris et l'homme


  • Résumé

    Chez les mammifères, le contrôle de la reproduction est médié par un réseau hypothalamique qui intègre divers stimuli pour réguler la sécrétion de la Gonadotropin Releasing Hormone (GnRH). Ces neurones à GnRH naissent dans la placode olfactive et migrent vers le cerveau le long des axones vomeronasaux et terminaux au cours du développement embryonnaire. Bien que ce processus a bien été étudié chez les rongeurs, sa caractérisation complète chez l'homme reste inachevée. Il est largement admis que des perturbations dans le développement ou dans la sécrétion de GnRH sont associées chez l’homme à un hypogonadisme hypogonadotrope congénital (CHH), qui est un trouble caractérisé par un retard ou une absence de la puberté conduisant à l'infertilité.Les systèmes GnRH et olfactif ont des liens complexes au cours du développement, le syndrome de Kallmann (KS) représente un trouble qui associe l'hypogonadisme dû à une déficience en GnRH et l'anosmie. Le CHH et le KS sont des troubles oligogéniques, les mutations génétiques sous-jacentes n’expliquent que 50% des cas cliniques.Dans cette étude, nous avons entrepris une caractérisation complète du processus migratoire des neurones à GnRH au cours du premier trimestre de gestation sur une grande série d'embryons et de fœtus humains, ce qui nous a permis d’élaborer le premier atlas chronologique et quantitatif de la distribution de GnRH. En effet, l'utilisation d’une nouvelle approche de transparisation des tissus embryologiques humains par de solvants organiques, a permis d’établir pour la première fois, une véritable représentation des neurones dans leur contexte natal in vivo.De plus, les résultats de cette étude ont non seulement révélé que le nombre de neurones GnRH chez l'homme était significativement plus élevé que prévu, mais aussi que ces derniers migrent vers plusieurs régions du cerveau extra-hypothalamique, en plus de l'hypothalamus. Leur présence dans ces régions soulève l'hypothèse qu’ils pourraient exercer des rôles non reproductifs, créant de nouvelles pistes pour la recherche sur les fonctions du système GnRH dans les processus cognitifs, comportementaux et physiologiques.Le second objectif de ce travail a visé à caractériser un nouveau gène candidat impliqué dans le développement du système GnRH: L'hormone Anti-Müllerienne (AMH), connue pour son rôle dans la différenciation de la gonade bipotentielle chez les mâles. Néanmoins, une récente étude menée par notre équipe a mis en évidence son rôle extragonadique sur les neurones à GnRH en période post-natale.Le séquençage complet d'une large cohorte de patients européens a révélé plusieurs nouvelles mutations faux-sens dans le gène de l’AMH chez les patients atteints de CHH et KS, non retrouvés dans la cohorte des témoins. L’évaluation de la pertinence fonctionnelle de ces mutations a ensuite été effectuée par diverses analyses biochimiques in vitro de la bioactivité des mutations, ainsi que par la caractérisation d'une lignée de souris transgénique. Ce qui a entraîné une diminution de la sécrétion de l'AMH et une diminution de la bioactivité de la protéine sécrétée dans les études in vitro; Conduisant à une éventuelle réduction de la capacité migratoire. Cela suggère fortement que ces mutations pourraient avoir un effet pathogène.En outre,nous montrons que le récepteur AMHR2 est exprimé le long des fibres olfactives et par les neurones à GnRH pendant le processus migratoire GnRH. L'analyse pathohistologique des souris Amhr2 -/- a révélé une altération de la migration embryonnaire des neurones à GnRH vers le cerveau antérieur basal, entraînant une réduction significative du nombre total de neurones GnRH dans les cerveaux adultes de ces animaux, conduisant à une fertilité réduite. L’ensemble de ces travaux indiquent que l'insuffisance de signalisation AMH contribuerait à la pathogenèse des troubles de CHH chez l’homme, et met en évidence un nouveau rôle de l'AMH dans développement et la fonction des neurones GnRH.


  • Résumé

    The control of mammalian reproduction is mediated by a hypothalamic network that integrates various stimuli to regulate the periodic secretion of gonadotropin-releasing hormone (GnRH). GnRH neurons, originate in the olfactory placode and enter the brain along vomeronasal and terminal axons during embryonic development. This process has been well studied in rodents, however, a full characterisation in humans was lacking. Alterations either in the development of this system or in the secretion of GnRH are associated with congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) in humans, a condition characterized by failure of sexual competence. Due to the inextricable links in the development of the olfactory and GnRH systems, there also exists the developmental condition, Kallmann syndrome (KS), associating hypogonadism due to GnRH deficiency and anosmia. Both CHH and KS are oligogenic disorders, with the underlying genetic mutations only explained in 50% of the clinical cases.At the heart of this study, we have undertaken a full characterisation of the GnRH migratory process during the first trimester of gestation in a large series of human embryos and foetuses and provide the first chronological and quantitative atlas of GnRH distribution. This has been aided by the novel application of organic solvent based tissue clearing techniques to human embryological tissue. This allows, for the first time, a true representation and appreciation of cells in their native, in vivo context. The results of this study have revealed not only that the number of GnRH neurons in humans is significantly higher than previously thought, but that GnRH cells migrate into several extrahypothalamic brain regions in addition to the hypothalamus. Their presence in these areas raises the possibility that GnRH has non-reproductive roles, creating new avenues for research on GnRH functions in cognitive, behavioural and physiological processes.The second aim of this work has been to characterise a novel candidate gene responsible for the development of the GnRH system. Anti-Müllerian hormone (AMH), best known for its role in facilitating the differentiation of the bipotential gonad in males, has recently been shown by our lab to exert significant effects on GnRH neurons postnatally. Here we have undertaken whole exome sequencing of a large cohort of European CHH and KS patients, identifying several novel missense mutations in the Amh gene that are not present in the control cohort. Various in vitro and biochemical analyses of mutations bioactivity as well as analysis of a transgenic mouse line have been used to assess the functional relevance of these mutations.Mutations in Amh resulted in impaired secretion of AMH and reduced bioactivity of the secreted protein in in vitro studies; eventually leading to reduced migratory capacity. This strongly suggests that these mutations could have a pathogenic effect. We also show that its receptor AMHR2 is expressed along the olfactory fibres and by GnRH neurons during the GnRH migratory process. Pathohistological analysis of Amhr2-/- mice revealed defective embryonic migration of GnRH cells to the basal forebrain, leading to a significant reduction in the total number of GnRH neurons in the adult brains of these animals resulting in reduced fertility. We therefore propose that AMH signalling insufficiency contributes to the pathogenesis of human CHH conditions and highlights a novel role for AMH in the correct development and function of GnRH neurons.


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  • Détails : 1 vol. (299 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 269-295

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50.379-2017-31
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