Analyses cellulaire et moléculaire du développement des neurones à GnRH-1: un aperçu de l'hypogonadisme hypogonadotrope. – MUSeS (Migration Under Semaphorins Stimu

Le but de ma recherche est d’acquérir une vision complète des événements moléculaires dirigeant la migration des neurones à GnRH du nez vers le cerveau et son rôle dans l'établissement et le maintien de circuits neuraux menant aux fonctions reproductrices.

Pendant ces dernières années, combinant la génétique murine, avec des manipulations in vivo, ainsi que des techniques de biologie moléculaire, j'ai examiné : i) les voies de signalisation et ii) les gènes contrôlant la différentiation des neurones à GnRH et leur processus migratoire in vivo et in vitro ; et iii) finalement, les voies génétiques menant à la syndrome du KS. Le premier but a été réalisé par des expériences fonctionnelles in vitro utilisant des cultures primaires et immortalisées de neurones à GnRH. Le deuxième but a été mené en isolant les neurones à GnRH pendant des étapes embryonnaires et postnatales différentes en utilisant la technique du tri cellulaire fluorescente (FACS) couplée avec des expériences de PCR quantitative et par l'analyse pathohistologique des souris mutantes pour les sémaphorines et les plexines candidates. Finalement, le troisième but a été abordé en collaboration avec un groupe de génétistes (Prof Hardelin et Docteur Dode, Institut Cochin, Paris).

Ce projet a permit de montrer que les sémaphorines sont impliqués dans la migration cellulaire et la croissance axonale des neurones à GnRH.
Nous avons montré que les souris mutantes pour les sémaphorines ou leurs récepteurs ont un phénotype similaire au syndrome de Kallmann (KS) et/ou des troubles de la reproduction, et nous avons apporté la preuve génétique que l’altération de la signalisation par les sémaphorines peut contribuer au phénotype KS chez l’homme. De plus, nous avons apporté des nouvelles données sur comment la signalisation des sémaphorines contribue à la morphogénèse, la différenciation et la plasticité des systèmes hormonaux fondamentaux régulant des processus physiologiques clés comme la reproduction. Cette régulation peut agir à différents niveaux du développement et de la maturation du système à GnRH-1. Par exemple, certaines sémaphorines modulent la migration correcte des neurones à GnRH-1 du nez vers le cerveau pendant le développement embryonnaire. Les mêmes molécules, en combinaison avec d’autres, régulent dans le cerveau adulte la progression du cycle oestral chez les mammifères, agissant sur la plasticité axonale des neurones à GnRH-1 et donc sur la sécrétion de cette neurohormone. Nous avons généré différents animaux transgéniques portant des mutations sur différents gènes des sémaphorines et apporté les preuves que ces mutations sont responsables d’infertilité ou d’hypofertilité chez ces animaux. De plus, les mêmes mutations ont été retrouvées chez les personnes atteintes par des maladies génétiques connues comme le syndrome de Kallmann.

Le syndrome de Kallmann est un trouble neurodeveloppemental héréditaire défini par l’association d’un hypogonadisme hypogonadotrope, causé par une insuffisance en gonadotropin-releasing hormone (GnRH-1), et un déficience dans l’olfaction (anosmie ou hyposmie), relatif à un développement anormal du système olfactif périphérique (nerfs olfactifs et bulbes olfactifs). Les études histopathologiques de fœtus avec agénésie du bulbe olfactif ont montré que le phénotype reproductif du KS résulte d’une interruption prématurée des fibres nerveuses olfactives, voméronasales et terminales dans la région fronto-nasale interrompant la migration des cellules neuroendocrine à GnRH-1. A peine 30% des patients atteints du KS ont une mutation sur un des huit gènes identifiés, et les efforts actuels se concentrent sur l’identification des autres gènes contribuant à ce trouble.

La production scientifique depuis le début de ce projet a été tout à fait pertinente et a conduit à des progrès importants en ce qui concerne le contrôle de l'axe hypothalamo-hypophysaire-gonadique par les sémaphorines. Grace au soutien financier de l'ANR, nous avons publié six articles, dont la plupart publiés dans des revues à fort facteur d’impact, validant ainsi la qualité de la recherche que nous avons produit. Ces publications ont fortement amélioré ma visibilité internationale comme en témoigne le nombre de conférences / séminaires où j'ai été invité en France comme à l'étranger (voir la liste ci-dessous).

Chez les mammifères, la fonction de reproduction est sous le contrôle du peptide hypothalamique GnRH-1. De façon semblable aux neurones olfactifs, les neurones qui sécrètent la GnRH-1 ont pour origine embryonnaire les placodes olfactives qui sont les structures à l’origine de l’épithélium olfactif. Au cours du développement normal, les neurones olfactifs envoient leurs axones dans le bulbe olfactif, et les neurones à GnRH-1 utilisent ces derniers pour migrer du nez vers le cerveau. Des anomalies dans ce processus migratoire entrainent une perte de la fonction de reproduction comme on peut l’observer chez les patients atteints du syndrome de Kallmann (KS) qui est une maladie génétique causant une anosmie (perception des odeurs réduite ou absente) et un hypogonadisme (absence de développement des gonades). Jusqu’alors, seuls 30% des cas de KS sont associés à des mutations de gènes connus, ce qui suggère que d’autres voies génétiques liées à cette maladie restent à découvrir. Même si de nombreux progrès ont été réalisés ces 15 dernières années dans le domaine de la neuroendocrinologie développementale, l’élaboration de nouvelles stratégies thérapeutiques pour remédier aux troubles de la reproduction requière l’identification des molécules qui orchestrent la migration et la différentiation des neurones à GnRH-1.
L’objectif général de ce projet de recherche est de mieux comprendre la nature des événements moléculaires qui gouvernent la migration des neurones à GnRH-1 du nez au cerveau et leurs rôles dans la construction des réseaux neuraux conduisant aux fonctions de reproduction. Par une combinaison d’approches génétiques, d’expérimentations ex vivo et d’imagerie, je propose de rechercher : i) les mécanismes moléculaires qui contrôlent la spécificité et l’établissement des routes migratoires du neurone GnRH-1 in vivo ; ii) la nature des interactions moléculaires entre le neurone à GnRH et les neurones olfactifs et de déterminer leur rôle dans le ciblage des neurones à GnRH-1 vers leur destination finale. iii) En parallèle, nous allons déterminer si certains facteurs chimiotropes impliqués dans la migration des neurones à GnRH ne pourraient pas aussi constituer des déterminants moléculaires de la plasticité des terminaisons nerveuses à GnRH-1 dans l’éminence médiane adulte. Cette combinaison d’approches permettra de mieux comprendre comment les connexions au sein de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique s’établissent au cours du développement normal et pathologique.