Étude des cellules souches germinales : caractérisation des cellules souches germinales humaines et effets de l'hypoxie
Study of germinal stem cells : characterization of human germinal stem cells and effects of hypoxia
par Maëlle GIVELET sous la direction de Jean-Philippe WOLF et de Pierre FOUCHET
Thèse de doctorat en Reproduction - développement
ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le Wednesday 29 August 2018 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Cellules germinales
  • Spermatogenèse
  • Stérilité masculine
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Mots clés
Cellule souche germinale, Transciptome, Hes1, Hypoxie
Resumé
Tout au long de la vie, les spermatozoïdes sont produits dans le testicule à partir des cellules souches germinales (CSGs), au cours du processus de spermatogenèse. Les CSGs ont la capacité de s'auto-renouveler pour maintenir le stock de cellules souches et d'entrer en différenciation. L'infertilité masculine est responsable dans un cas sur deux des difficultés à enfanter au sein du couple. Chez les patients traités par radiothérapie et/ou chimiothérapie (plus particulièrement chez les enfants atteints de cancer), un des effets secondaires majeurs qui altèrent la qualité de vie après guérison est l'atteinte du stock de CSGs et les problèmes d'infertilité qui en découlent. Des solutions thérapeutiques telles que la transplantation de CSGs provenant de biopsies testiculaires réalisées avant les traitements anticancéreux sont actuellement étudiées. Des travaux récents de transplantation testiculaire de CSGs chez le primate non humain ont permis de restaurer, chez l'animal stérilisé, une spermatogénèse permettant la fécondation in vitro d'ovocytes à partir de spermatozoïdes issus des CSGs transplantées. Ces résultats très encourageants font entrer pour la première fois la transplantation des CSGs dans le champ de l'application préclinique. Cependant, l'identité du pool de CSGs humaines et les mécanismes moléculaires gouvernant leur auto-renouvellement restent peu connus. Mon travail de thèse a porté sur la caractérisation des CSGs chez l'Homme. Au cours de ce projet j'ai également utilisé le modèle murin afin de mieux appréhender certains mécanismes de régulation physiologique des CSGs. Dans un premier temps, ce travail de thèse a contribué à définir, à l'aide d'une combinaison de marqueurs cellulaires et d'un test fonctionnel, la transplantation testiculaire, une population de spermatogonies immatures enrichie en CSGs. Le profil d'expression de cette population a été réalisé par une analyse transcriptomique, et nous a permis de définir un réseau de régulateurs de la transcription préférentiellement exprimé dans cette population. Parmi ces régulateurs, nous nous sommes focalisés sur l'étude du répresseur de transcription bHLH Hes1 dans le modèle murin. Dans des conditions de culture de privation de sérum et de facteurs de croissance, induisant un arrêt prolifératif et la quiescence, notre étude tend à montrer un rôle protecteur de Hes1 contre la mort cellulaire. Nous avons également observé une diminution du nombre de cellules ayant le potentiel à régénérer une spermatogenèse dans les cultures de CSGs lorsque l'expression de Hes1 est diminuée à l'aide de siRNA. Dans un second temps, nous avons étudié l'effet de l'hypoxie sur l'auto-renouvellement et la différenciation des CSGs murines en culture. En effet, l'hypoxie est une composante importante de la niche des cellules souches qui régule leur destin cellulaire. Nous avons observé qu'une forte hypoxie (1% et 0,1% d'oxygène) a un effet délétère sur la capacité des CSGs murines à former des colonies, et qu'elle induit modérément la quiescence et un début de différenciation. Un effet positif sur la fonctionnalité des CSGs adultes murines a été observé à 3,5% d'oxygène, mais ces conditions n'ont pas d'effets bénéfiques sur la prolifération et le maintien des CSGs humaines à long terme. Enfin, mon travail de thèse a contribué à une meilleure compréhension des mécanismes responsables de la reprogrammation spontanée vers la pluripotence des CSGs in vitro. Si les facteurs de Yamanaka sont efficaces pour la reprogrammation des cellules somatiques testiculaires, ils ne permettent pas celle des CSGs adultes. Ces résultats suggèrent donc l'existence d'un mécanisme spécifique empêchant la reprogrammation par les facteurs de Yamanaka des cellules germinales adultes en un état pluripotent.