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DESC Andrologie, 18 janvier 2005

« La cellule de Sertoli »

Brigitte Le Magueresse-Battistoni

DR2 Inserm, Hôpital Debrousse, Lyon

Cellule de Sertoli: Introduction

Découverte en 1865...par E. Sertoli« Dell’ esistenza di particolari cellule ramificate nei canalicoliseminiferi del testicoloumano »in Morgagni 7:31-39, 1865

Quelques évidences...

la formation d’un testicule repose sur la différenciation des cellules de Sertolile nombre de cellules germinales est proportionnelle au nombre de cellules de SertoliFSH et testostérone agissent sur les cellules de Sertoli et non sur les cellules germinales

Plan de l’exposé

définition puis maintien de l’architecture du testiculedéfinition du nombre de cellules germinalescréation d’un microenvironnement et barrière hémato-testiculaireactivité nourricière et relai hormonalactivité de régulation, d’intégration et de coordination de la spermatogenèse

Cellule de SertoliRôle dans l’organisation architecturale du testicule

C. périt.

Mb basale

Epithél. Sém.

Cellule de Sertoli foetale

la période fœtale et la formation des cordons

x20 x63

Cellule de Sertoli fœtale et SRY

SRY, gène du déterminisme sexuel a une expression restreinte au niveau des cellules de Sertoli et des cellules germinalesévènements morphogénétiques induits par SRY) évènements géniques (SOX9, SF1, GATAs, …)

La période foetale

formation des cordons séminifères (souris)• aggrégation des cellules de Sertoli• migration de certaines cellules du mésonéphros• synthèse conjointe d ’une lame basale

Mésonéphros

Gonade =agrégats de cellules

11,5 jours p.c. : 12,5 jours p.c. :

Mésonéphros

Gonade XX = pasde tissu organisé

Mésonéphros

Gonade XY =cordons séminifères

migration

Pas de migration

Expériences de B. Capel(Duke University, Durham, NC)

utilisation de souris sauvages (blanches) et de souris ROSA 26 (bleu)réassemblage (1 gonade + 1 mésonéphros) (11,5 jpc) (génotype XX ou XY) (phénotype bleu ou blanc)conclusions: – le mésonéphros n’a pas de sexe– la seule migration suffit à la différenciation en cordons– SRY induit la synthèse d’un facteur chémotactique

Cellule de Sertoli fœtale et FGF9

Colvin et al., Cell 2001, 104- 875-889

Effet morphogène des FGFs 2 et 9, in vitro

FGF9 50 ng/ml FGF2 50 ng/mlcontrolC

K8

AM

H/M

ISFN

Cellule de Sertoli fœtale et FGF9

Colvin et al., Cell 2001assemblage (gonade XX blanche + mésonéphros bleu) + FGF9migration du mésonéphros vers la gonade et formation de cordons

Cellule de Sertoli fœtale et Dhh

Synthèse de Dhh (desert hedgehog) et récepteur sur cellules péritubulaires et cellules de LeydigDhh -/- : réversion sexuelle, absence de membrane basale, des cellules de Leydig et délocalisation des cellules germinales (Clark et al., Biol Reprod, 2000)chez l’homme, mutation du gène (chr 12) induit une dysgénésie gonadique et une neuropathie minifasciculaire (Umehara et al., Am J Hum Genet, 2000)

Cellule de Sertoli fœtale et TIMPs

Formation des cordons, quid de la balance protéolytique?

Les MMPs et Les TIMPs

Zinc

Pré Pro Catalytique Hinge Haemopexine

Furine Fibronectine Tansmembranaire

N-terminale C-terminale

Autres: MMPs – 7, 12, 19-23, 26-28

Membranaires: MMPs – 14, 15, 16, 17, 24, 25

Stromélysines: MMPs – 3, 10, 11, 27

Gélatinases: MMPs – 2, 9

Collagénases: MMPs – 1, 8, 13, 18

MMPs

Non Matriciels:Molécules d’adhésion cellulaires,

récepteurs membranaires, facteurs de croissance, chémochines...

Matriciels:collagènes, laminine,

Fibronectine...

Substrats

MembranairesTIMP 3

Sécrétés:TIMPs 1, 2, 4

TIMPs

Cellule de Sertoli fœtale et TIMPs

Western blotsA. TIMP-1

C. TIMP-3

M F M F M F M F

11.5 12.5 14.513.5 14.5 15.5 1 dpp

M F M F M

243050

(kDa)

(dpc)

B. TIMP-2

M F M F M F M F

11.5 12.5 13.5 14.5 14.5 15.5 17.5

M F M F M F

21(kDa)

(dpc)

13.511.5 12.5 11.5 12.5 13.5

Male Female

29

14.5 15.5 17.5 1 dpp

M F M F M F M F

(kDa)

(dpc)

Guyot et al., Dev Dyn 2003

Cellule de Sertoli fœtale et TIMPs

immunohistochimie

Guyot et al., Dev Dyn 2003

M

G

13.5 dpc Female

M

G

13.5 dpc Male

160 µm 160 µm

Cellule de Sertoli périnatale

la période périnatale et pré-pubère

5 jours pn 19 jours pn

Cellule de Sertoli périnatale

et devenir de la lignée germinale...– prolifération des cellules de Sertoli et

régulation du nombre de cellules germinales– migration des goncytes à la base du cordon et

différenciation en spermatogonies– reprise de l ’activité mitotique des cellules

germinales– dichotomie des divisions spermatogoniales et

notion de spermatogonies souches

Prolifération des cellules de Sertoli

et régulation du nombre de cellules germinales

Sharpe RM, 1994

Cellule de Sertoli périnataleMeehan et al., Dev Biol 2000, 220: 225-237

Cellule de Sertoli périnataleMeng et al., Science 2000, 297: 392-395

Cellule de Sertoli périnataleYan et al., J Cell Sci 2000, 113:161-168 Feng et al., Science 2002, 297:392-395

Cellule de Sertoli prépubère

Développement du cytosquelette:A: 5 jours B: 16 jours C: 26 jours

Gondos et Bernston, 1993

Récapitulatif des évènements

Cellule de Sertoli adulte

description du cycle de l’épithélium séminifèrela barrière hémato-testiculaireactivité nourricière régulation hormonale et paracrine de la spermatogenèsedynamisme de la spermatogenèse et maintien de l’architecture

Cycle de l’épithélium séminifère

Onde spermatogénétique

Sharpe RM, 1994

Cellule de Sertoli adulte

et le cytosquelette

Cellule de Sertoli adulte et BHT

compartimentbasal

C.Résiduel

SPGonie

SPCyte

SPTide

compartimentapical

cellule de Sertoli

jonctions serrées

Cellule de Sertoli et BHT

3 niveaux de perméabilité– endothélium vasculaire– cellules péritubulaires– barrière sertolienne

complexe jonctionnel– jonctions étanches– jonctions lacunaires et

adhérentes (Ecto. Spec. et desmosomes-like)

Classification des jonctions cS-CG

Jonctions étanches– protéines intégrées: occludin, claudins, JAM– protéines associées: Zonula Occludens

Jonctions adhérentes

– spécialisations ectoplasmiques et complexes tubulo-bulbaires entre 2 cellules (cadhérines, vinculin, paxillin…); sites focaux d ’adhésion entre cellules et matrice (intégrines)

– desmosomes entre 2 cellules (desmo-collins, gléins, plakin) et hémidesmosomes entre cellule et matrice (intégrines)

Jonctions communicantes (connexines)

Rôles de la BHTtransport sélectif des substances et ions qui peuvent pénétrer en profondeur l’épithélium séminifèremaintien de la polarité sertolienne et de la cytoarchitecture du tube séminifèrecréation d’un microenvironnement favorable au développement optimal de la spermatogenèsebarrière immunitaire et activité de protection contre l’infection virale et détoxification

Cellule de Sertoli adulte

Facteurs impliqués dans la prolifération, la différenciation et le métabolisme germinal (ex: facteurs de croissance, cytokines…)protéines de liaison et de transport (ex: ABP, transferrine, céruloplasmine…)protéines des complexes jonctionnels (occludin, claudins, intégrines et autres molécules d ’adhésion)composants de la lame basale (laminine, collagène IV…)protéases et antiprotéasesetc...

Régulation hormonale et paracrine

La plupart des sécrétions sertoliennes sont sous double régulation,– hormonale: FSH et testostérone– paracrine et/ou autocrine: multiples facteurs de

croissance dont les récepteurs sont classés en récepteurs

• à activité tyrosine-kinase (EGF/TGFa; IGFs, FGFs)• à activité sérine thréonine kinase (TGF-betas)• sans domaine kinase intrinsèque (interleukines,

TNFs)

Transillumination: mise en évidence

M. Parvinen et collaborateurs (Turku, Finlande)

Transillumination: la technique

Parvinen et collaborateurs

Transillumination: les résultats

Autres techniques d’investigation

approches in vivo de destruction sélective d’une catégorie de cellulesobservations de cas pathologiques (cryptorchidie…)Cultures et cocultures cellulaires – sur plastique – sur substrats matriciels (polarité

sertolienne)– en chambre bicamérale (directionnalité

des sécrétions)

Interactions cellulaires

Rôle central de la cellule de Sertoli

Dynamisme de la spermatogenèse

Question:

Comment les cellules germinales peuvent-elles progresser depuis la base vers l’apex, traverser la BHT puis être extrudées dans la lumière, et une nouvelle vague spermatogénétique être initiée, sans qu’il y ait rupture dans l’intégrité du tissu ?

Dynamisme de la spermatogenèsela période adulte – translocation

– déplacement des spermatides– spermiation

Regaud, 1901

spermatides

Théories développées

la théorie de la «fermeture éclair»suppose une baisse de l ’étanchéité de la BHT aux stades VII-VIII; jamais MEEla théorie du «compartiment intermédiaire»jamais MEE en TEMla théorie du «stress» suppose que les jcts se forment et se défont en même tps que les CG migrent càd glissement des jctset modif de la nature des jcts le long de la mb pl des CS en même tps que les CG se déplacentla théorie sur les microtubules suppose que mvts et dplctss ’effectuent en présence d ’ATP sous l ’influence de protéines motrices tk kinésines et autres prot associées aux microtubules

Migrations et microtubulesVogl WA et al., Arch Histol Cytol 2000, 63:1-15

Régulation et Spécial. Ectopl.

Nécessité d’identifier les protéines des Spécial. Ectopl. et analyser les mécanismes de régulation de l’expression des protéinesMise en évidence d’une régulation par FSH de l’expression de l’intégrine alpha6beta1 au site des Spécial. Ectopl.Mise en évidence du rôle de la testostérone via la N-cadhérine dans l’adhésion des spermatides aux cellules de Sertoli au site des Spécial. Ectopl.

Protéases et dynamique de la spg.

Quelques évidences…– sécrétion des Act. du Plg maximale aux

stades VV-VIII – souris invalidées pour PCI sont stériles et

perturbation de la BHT– souris invalidées pour l ’EMMPRIN stériles

et blocage de la méïose– nos propres études

le système des métalloprotéasesLongin et al., J Cell Sci 2001Longin et Le Magueresse, Mol Cell Endocrinol 2002

le système des Act. du Plg

Sigillo et al., Biochem Biophys Res Commun 1998

protéases et synchronisation

Cellule de SertoliCR

SPT

APsMMP-2

stimulation

migration

SPC

Régulation Neuro-Endo-Immuno-Génétique

La fonction sertolienne au carrefour des différentes régulations

La cellule de Sertoli… ...dans tous ses états

A-B Sc only syndromeC-D cryptorchidismE hypoplastic zonesF after long-termestrogen treatmentG seminoma cellsH terminal segmentsI-l hypospermatogenesisM aging testis

Le mot de la faim...

« …Meanwhile, the function of these branchedcells is still obscure to me. Therefore, I intend to continue my studies on these cells, concerning their anatomy, chemicalproperties, and development in such a waythat it will be possible to come to know something about their physiologicalsignificance.» E. Sertoli, 1865 (traduction Brian Setchell)