Le facteur Glial cell line-Derived Neurotrofic Factor (GDNF) et son récepteur Gfra1

Le GDNF est un facteur de croissance, membre de la superfamille du TGF-β. Chez les souris déficientes en GDNF, aucun effet sur le testicule n’est observé à la naissance suggérant ainsi que ce facteur n’est pas essentiel aux PGC ni aux gonocytes/prospermatogonies. Cependant, dans les testicules de souris âgées hétérozygotes GDNF+/- (à partir de huit semaines), les tubes séminifères se vident des cellules germinales. Le GDNF est capable d’améliorer la survie des SSC cultivées in vitro (Nagano et al., 2003). D’autre part, une

accumulation de spermatogonies indifférenciées de type A (Apr et Aal) est observée dans les

testicules des souris qui surexpriment le GDNF (Meng et al., 2000). Pris ensemble ces travaux démontrent que le Gdnf régule le renouvèlement des SSC uniquement chez l’adulte. Le GDNF a d’abord été présenté comme un facteur exprimé par les cellules de Sertoli sous le contrôle de la FSH (Tadokoro et al., 2002a). Cependant, des études plus récentes ont démontré que ce facteur est exprimé par les cellules péritubulaires sous le contrôle des androgènes (Chen et al., 2014; Spinnler et al., 2010a; Chen et al., 2016a).

L’action du GDNF passe par la liaison au récepteur membranaire GFRA1 qui est associé au co-récepteur transmembranaire RET. Cependant malgré son rôle dans l’autorenouvèlement des SSC chez le mammifère, l’enrichissement des fractions cellulaires en SSC en utilisant le GFRA1 comme critère de sélection n’était pas concluant (Ebata et al., 2005). L’inactivation du récepteur GFRA1 dans des spermatogonies A cultivées in vitro entraine leur différenciation avec une élévation de l’expression de c-Kit (He et al., 2007a).

La recherche des gènes activés suite à l’action du GDNF sur le récepteur GFRA1 a permis l’identification de six gènes importants incluant les gènes bcl6b, etv5, et Id4 (Oatley et al.,

2006a). ID4 fait partie d’une famille de facteurs de transcription qui inhibent la liaison à

l’ADN (ID : Inhibitors of DNA binding). Les membres de cette famille possèdent un domaine de dimérisation protéine-protéine de type hélice-boucle-hélice. Les facteurs ID1, ID2, ID3 et ID4 sont très conservées au cours de l'évolution, de la drosophile à l’Homme. ID4 est exprimé dans les spermatogonies indifférenciées des rongeurs (Sablitzky et al., 1998; Oatley et al.,

23

2011a) et chez l'homme (Sachs et al., 2014). Les souris déficientes en ID4 perdent

progressivement leurs spermatogonies indifférenciées de type A après la naissance (Helsel et

al., 2017). Il a été démontré que ID4 est exprimé dans les sous-populations de spermatogonies

indifférenciées (SSC et progéniteurs) mais son niveau d’expression le plus élevé est corrélé à la capacité des cellules à coloniser les gonades après leur transplantation (Helsel et al., 2017). Ce facteur ID4 est un acteur clé de l'auto-renouvèlement des SSC chez les mammifères

(Oatley et al., 2011b). Aucune information sur cette protéine n’est disponible chez les

poissons téléostéens.

Chez le poulet, le récepteur gfra1 est exprimée à la surface des cellules souches spermatogoniales adultes (Mucksová et al., 2013).

Chez la drosophile, la protéine Nanos a deux fonctions dans les embryons précoces. Tout d'abord, cette protéine qui possède un domaine de dimérisation à doigt de zinc collabore avec la protéine de liaison à l'ARN Pumilio pour réprimer la traduction de nombreux ARN maternels incluant hunchback. Cette fonction est essentielle pour spécifier l’axe antéro-postérieur de l’embryon (Hülskamp et al., 1989). D’autre part, en l'absence de la protéine maternelle Nanos, la migration des PGC dans les gonades et les fonctionnalités des PGC sont altérées (Forbes and Lehmann, 1998; Kobayashi et al., 1996). Chez les mammifères, la famille des protéines Nanos comporte 3 protéines Nanos (Gribouval et al., 2018 pour revue).

Chez la souris, la suppression de l'expression de Nanos3 dans les PGC entraîne la perte

complète des cellules germinales mâles et femelles (Tsuda et al., 2003). Nanos2 est un régulateur clé qui permet le maintien du nombre de SSC lors de la spermatogenèse (Sada et

al., 2009). En inhibant l’expression de stra8, Nanos2 empêche l’entrée en méiose des SSC qui

sinon serait induite par l’acide rétinoïque (Suzuki and Saga, 2008). La surexpression de Nanos2 dans les gonocytes des femelles, non seulement réprime l’expression de gènes impliqués dans la méiose mais aussi induit des gènes nécessaires à la différenciation des gonocytes mâles tels que tudor1 ou Dnmt3L. D’autre part, tout comme les gonocytes mâles, les gonocytes femelles exprimant Nanos2 montrent une diminution drastique de la marque épigénétique H3K9me2 (Suzuki and Saga, 2008) (Suzuki). Il a été montré que l’action du GDNF sur son récepteur GFRA1 est nécessaire pour maintenir l’expression du gène Nanos2. Mieux, la restauration de l’expression du gène Nanos2 dans les SSC de souris déficientes pour le récepteur gfra1 empêche la différenciation précoce des gonocytes et restaure au moins

24 partiellement le renouvèlement des SSC chez les souris adultes. Ainsi, Nanos2 est probablement aussi un acteur clé qui relaye l’action du GDNF.

Chez la roussette, l’addition de Gdnf à des cultures de spermatogonies A indifférenciées cultivées in vitro augmente la survie et le taux de prolifération de ces cellules (Gautier et al., 2014). Cependant, le Gdnf ne semble pas être exprimé dans le testicule de cette espèce. En conséquence, il est possible que le récepteur Gfra1 soit activé par un ligand d’une autre nature. Chez les poissons téléostéens, le récepteur Gfra1 est exprimé dans les spermatogonies indifférenciées de type A, mais son rôle dans le processus d’auto-renouvèlement reste à être démontré (Bellaïche et al., 2014; Lacerda et al., 2014; Nakajima et al., 2014). Il existe peu d’information sur la conservation des protéines susceptibles de relayer l’action du Gdnf à l’exception de Nanos2. L’expression de Nanos2 a été décrite dans des spermatogonies indifférenciées de type A chez le tilapia (Lacerda et al., 2013) et chez la truite (Bellaiche et al., 2014a). Chez la truite, les fractions de spermatogonies purifiées qui expriment les niveaux les plus élevés de transcrits Nanos2 montrent aussi des taux de colonisation des gonades les plus élevés après leur transplantation (Bellaiche et al., 2014a). En conséquence, le niveau d’accumulation des transcrits Nanos2 pourrait être un excellent marqueur des propriétés de cellules souches germinales.

2.6.3 Le facteur de croissance CSF1 (Colony stimulator factor 1) et son récepteur