La fonction de reproduction chez la femelle

La fonction de la reproduction chez la femelle fait appel à des régulations complexes à la fois nerveuses et endocriniennes. Nous détaillerons ici le fonctionnement de deux organes clés dans la physiologie de la reproduction : l’ovaire et l’utérus.

A. L’ovaire

1. Structure de l’ovaire

Les ovaires sont des organes doubles situés dans la partie supérieure de la cavité pelvienne. Chez la femme, ils sont maintenus par différents ligaments : ils sont attachés à l’utérus par le ligament utéro-ovarien et à la paroi pelvienne par le ligament suspenseur (pour une revue, Tortora et Grabowski, 1993). D’un point de vue histologique, c’est un organe hétérogène revêtu d’un épithélium simple appelé épithélium germinatif (qui n’est toutefois pas à l’origine des cellules germinales), qui constitue la continuité du mésothélium, l’enveloppe du mésovarium, au niveau du hile de l’ovaire.

Cumulus

oophorus ^{Tissu interstitiel}

Corps blanc Follicule atrétique Corona radiata Follicule de de Graaf Albuginée Follicule pré-antral Thèque ovarienne Follicule secondaire Follicules primaires Hile Follicule rompu Medulla Epithélium ovarien Corps jaune Corps jaune en involution Cellules lutéales

Figure 32 : Représentation schématique d’un ovaire de rate

Les follicules engagent une folliculogenèse basale ; certains entrent en folliculogenèse terminale, ovulent et se différencient en corps jaune. Les corps jaunes non maintenus involuent en corps blancs. Noter la présence d’un follicule en atrésie. D’après Freeman, 1994

62 Directement sous l’épithélium germinatif, on trouve une capsule de tissu conjonctif, la tunique albuginée. Sous l’albuginée, le stroma est composé d’une médulla, zone de pénétration de l’innervation et de la vascularisation sanguine et lymphatique en provenance du hile et d’un cortex, tissu conjonctif à l’intérieur duquel sont présents les follicules à tous les stades de leur maturation (Fig 32 ; Tortora et Grabowski, 1993 ; Driancourt, et al., 1991a ; Freeman, 1994).

2. Le fonctionnement de l’ovaire

a) Le cycle ovarien

L’ovaire possède à la fois une fonction exocrine (maturation des follicules, ovulation et involution des structures folliculaires) et une fonction endocrine (production cyclique des hormones sexuelles). Chez les femelles mammifères, l’ovaire fonctionne de manière cyclique. Cependant, il existe une très grande diversité dans le mode de fonctionnement des différents cycles en fonction des espèces. Nous ne détaillerons ici que les données concernant le cycle de la rate et de la souris, très proches sur un plan fonctionnel, car nos travaux ont été centrés sur l’animal in vivo.

(1) L’ovaire exocrine

Au cours de la vie fœtale, les ovocytes s’engagent dans le processus de division méiotique jusqu’à la prophase de première division (Freeman, 1994). C’est pendant cette période de la vie que les ovocytes s’arrangent en follicules. Le follicule est défini par l’ovocyte, entouré de cellules épithéliales dites cellules folliculaires ou cellules péri-ovocytaires arrangées en une ou plusieurs couches définissant une structure de type capsule uniforme. Ces cellules proviennent du stroma ovarien embryonnaire. Lorsque la méiose a atteint le stade de prophase I, le processus se bloque jusqu’à la phase de recrutement lors de la vie adulte. On assiste lors de cette phase à l’étape dite de « reprise de la méiose ».

Figure 33 : Histologie des follicules ovariens

a : Le follicule primordial est composé d’un ovocyte (o) entouré de cellules épithéliales aplaties (flèche). Le follicule entouré majoritairement de cellules de la granulosa cuboïdales (pointe de flèche) est considéré comme primaire. Barre : 20µm. b : le follicule primaire possède une couche unique de cellules péri-ovocytaires cuboïdales (flèche). Barre : 20 µm. c : dès que le follicule possède plus d’une couche de cellules de la granulosa, il est considéré comme secondaire. Barre : 50 µm. d : follicule à début d’antrum (flèche). Barre : 100 µm. e : follicule antral. Flèche : antrum. Barre : 100 µm. f : follicule pré-ovulatoire. Pointe de flèche : cumulus oophorus. Barre : 200 µm. Adapté d’après Myers et al., 2004.

63 (a) La maturation des follicules

La folliculogenèse, qui englobe la maturation de l’ovocyte et des cellules péri-ovocytaires, débute à la différenciation des follicules primordiaux jusqu’à l’ovulation ou l’involution des follicules. On peut distinguer deux périodes dans la maturation de ces structures.

(i) La folliculogenèse basale

Cette étape débute dès de quatrième jour après la naissance chez la souris. A ce moment, la réserve de follicules qui sera utilisée durant la vie adulte est complètement formée. Chez la rate hypophysectomisée, les follicules se développent jusqu’à la formation de l’antrum, montrant que cette phase est indépendante des contrôles hormonaux (Driancourt, et al., 1991a). Cette étape se produit de manière continue tout au long de la vie, jusqu’à épuisement du stock de follicules. Le follicule le plus petit est le follicule primordial (Fig 33). Il est constitué d’un ovocyte entouré d’une seule couche de cellules épithéliales folliculaires. Certains follicules primordiaux entrent en maturation et s’engagent dans une différenciation basale. Ils deviennent follicules intermédiaires puis primaires lorsqu’ils possèdent une couche de cellules péri-ovocytaires cuboïdales. Les mécanismes moléculaires contrôlant cette étape de « sortie de la réserve », qui détermine les follicules qui s’engagent dans la folliculogenèse basale sont peu connus. L’évènement initiateur conduisant au départ de la croissance ovocytaire n’est pas connu à ce jour. Il semble toutefois que cette étape soit sous le contrôle de signaux paracrines intra-ovariens en provenance de l’ovocyte lui-même ou des cellules péri-ovocytaires (pour une revue, lire Smitz et Cortvrindt, 2002). Plusieurs facteurs de la superfamille du TGF-β semblent impliqués (pour une revue, lire Knight et Glister, 2006). En effet, le ligand Kit, ou le facteur LIF (leukemia inhibitory factor) produits par les cellules péri-ovocytaires peuvent initier in vitro la transition follicule primordial / follicule primaire. Des protéines de la famille des BMP (bone morphogenic protein) produites par les cellules folliculaires et/ou les cellules stromales ovariennes seraient également impliquées. L’administration in vivo de BMP-4 ou de BMP-7 provoque une diminution du nombre de follicules primordiaux et une augmentation du nombre de follicules primaires en développement. Le même type de traitement par GDF-9 (growth differentiation factor-9), BMP-15 et BMP-6 d’origine ovocytaire semblent également avoir un effet similaire. A l’inverse, l’AMH (Anti-Müllerian hormone) exerce un effet inhibiteur sur le recrutement (pour une revue, voir Durlinger, et al., 2002).

Les cellules folliculaires se multiplient pour former un épithélium double, puis stratifié. A ce stade, les follicules sont qualifiés de secondaires et les cellules épithéliales correspondent aux cellules

64 de la granulosa. Puis, dans les follicules pré-antraux, on observe une ébauche de thèque interne, composée de cellules endocriniennes, tandis que l’ovocyte commence à sécréter les protéines constituant la zone pellucide qui l’enferme. Plusieurs espaces remplis de fluides se différencient, puis fusionnent en une large cavité unique, l’antrum. La formation de l’antrum définit chez la souris la fin de la folliculogenèse basale.

(ii) La folliculogenèse terminale

Plusieurs étapes caractérisent la folliculogenèse terminale (Fig 33).

Le recrutement. La folliculogenèse terminale débute dès la puberté (entre la 5ème et la 7ème

semaine post partum chez la souris) ; elle est dépendante de la production cyclique des hormones sexuelles. Tandis que la plupart des follicules basaux dégénèrent par atrésie, certains follicules à antrum s’engagent, sous le contrôle de la FSH, en maturation terminale. Cette étape est appelée la phase de recrutement. Chez la rate, le recrutement se produit quatre jours avant l’ovulation.

La sélection. Alors que tous les follicules recrutés sont potentiellement aptes à ovuler, seulement une proportion comprise entre le tiers et moitié d’entre eux termineront la folliculogenèse. En effet, leur croissance s’accompagne d’une élévation des taux plasmatiques d’œstradiol et d’inhibines (hormones peptidiques appartenant à la superfamille du TGF-β produites par les cellules de la granulosa), induisant une diminution de la FSH plasmatique. A ce stade, seuls les follicules capables de croître malgré la diminution de FSH plasmatique peuvent poursuivre leur développement jusqu’au follicule de de Graaf. Cette étape est la phase dite de sélection. Le follicule de de Graaf, également appelé follicule pré-ovulatoire, est le plus gros follicule de l’ovaire. Il est composé de l’ovocyte, entouré de la zone pellucide, rattaché aux cellules de la granulosa dites « murales » par un massif de cellules, le cumulus oophorus (Fig 33). Bien qu’étant proches sur un plan histologique, les deux types de cellules de la granulosa (murales et du cumulus) sont à distinguer d’un point de vue moléculaire et fonctionnel. Puis, derrière une lame basale, on trouve la thèque interne et la thèque externe, couche conjonctive fibreuse élastique. Ce follicule est caractérisé par un large antrum. Il est à noter que la maturation de l’ovocyte est conjointe à celle du follicule. Chez la rate, la sélection se produit vers la fin du diœstrus. Tandis que chez la femme un seul follicule est sélectionné à chaque cycle en conditions normales, chez la rate et la souris, 8 à 10 follicules sont sélectionnés par cycle.

65 La dominance. La phase de sélection est immédiatement suivie du phénomène de dominance, caractérisée par la régression des follicules recrutés non sélectionnés et le blocage du recrutement de nouveaux follicules. Les follicules non sélectionnés dégénèreront par atrésie. Les mécanismes moléculaires contrôlant la dominance folliculaire ne sont pas encore complètement compris. Il semble que les mécanismes conduisant à la dominance soient contrôlés à deux niveaux : endocrinien et via des régulations intra-ovariennes. Au niveau endocrinien, plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer la persistance des follicules dominants malgré une diminution en FSH plasmatique. (1) Les follicules dominants seraient capables de compenser la diminution de la FSH par une réceptivité accrue à la LH, induite par l’augmentation de son récepteur. (2) Au niveau des follicules dominants, on assiste à une augmentation de la vascularisation. Cette augmentation pourrait permettre d’augmenter la quantité de gonadotrophines arrivant aux follicules. (3) Une étude récente a montré que la production d’œstradiol par les follicules dominants permet une augmentation des récepteurs de la FSH au niveau des cellules de la granulosa, amplifiant ainsi le signal gonadotrophique diminuant (Otsuka, et al., 2005). Les auteurs montrent que la présence de l’ovocyte est indispensable pour l’amplification du signal, suggérant l’existence de coopérations primordiales entre l’ovocyte et les cellules de la granulosa qui l’entoure pour le maintien de la dominance. Par ailleurs, d’autres types de régulations intra-ovariennes sont envisageables. Ainsi, les follicules dominants pourraient sécréter des facteurs qui bloqueraient la croissance des autres follicules (pour une revue, voir Baker et Spears, 1999). Ainsi, en conditions de restriction en FSH, la co-culture de follicules de taille différente montre que la présence du follicule le plus grand provoque une apoptose des cellules de la granulosa du follicule le plus petit, suggérant l’existence de facteurs paracrines entre les deux structures (Baker, et al., 2001).

L’ovulation. A la fin de sa croissance, le follicule de de Graaf devient sensible à une élévation brutale de LH et de FSH. Cette élévation provoque une série de réactions locales nombreuses dans ces follicules. Nous ne détaillerons pas ici la totalité des facteurs exprimés en réponse à la décharge ovulant de gonadotrophines, déjà exposés par ailleurs (pour une revue, voir Russell et Robker, 2007). Schématiquement, La liaison de la FSH sur les cellules murales de la granulosa et de la LH sur les cellules de la thèque provoque une augmentation d’AMPc intracellulaire responsable de l’initiation de la transcription de nombreux gènes codant des facteurs pro-inflammatoires. Ces facteurs sont libérés dans le fluide folliculaire et viennent agir sur les cellules du cumulus. Il est à noter que la FSH agit également directement sur les cellules du cumulus. Ces cellules répondent par l’expression de plusieurs gènes responsables de la production de matrices extra-cellulaires qui enveloppent le complexe cumulus-ovocyte. Cette étape est connue sous le nom de mucification ou d’expansion du cumulus. Au niveau des cellules du cumulus, l’expression du gène Cox-2, responsable de la

66 production de prostaglandine PGE₂ est stimulée. Au total, la production de facteurs pro-inflammatoires va entraîner d’importants remaniements au niveau du follicule :

- Une hyperhémie provoquée par l’élévation de PGE2.

- Un œdème de la thèque externe provoqué par une diffusion du plasma sanguin. Ce flux liquidien est provoqué par une augmentation du facteur VEGF au moment de l’ovulation (Kamat, et al., 1995 ; Koos, 1995).

- L’apparition d’activités protéolytiques dissociant les matrices extracellulaires.

Le complexe cumulus-ovocyte se détache alors de la granulosa, le follicule se rompt suite à la désintégration de l’apex du follicule et de l’épithélium ovarien et l’ovocyte, entouré d’une couronne de cellules du cumulus formant la corona radiata est expulsé hors du follicule et de l’ovaire sous l’effet d’une chute de la pression hydrostatique, responsable de la contraction du follicule. C’est également au moment de l’ovulation que se produit la reprise temporaire de la méiose par l’ovocyte qui s’interrompt à nouveau en métaphase II (Szöllösi, 1991). Au total, il est maintenant clair que plusieurs médiateurs de l’inflammation sont des acteurs clés du processus d’ovulation (Barnett, et al., 2006). Ainsi peut-on assimiler le processus d’ovulation à une réaction inflammatoire localisée.

La formation du corps jaune. Immédiatement après l’ovulation, d’importants remaniements morphologiques se produisent dans le follicule (Leymarie et Martal, 1991 ; Freeman, 1994). Les cellules de la thèque interne et de la granulosa se dédifférencient puis se redifférencient en petites et grandes cellules lutéales respectivement, formant le corps jaune (corpus luteum ; pour une revue, voir Stocco, et al., 2007). Cet organite ovarien est un tissu d’aspect histologique homogène. La formation du corps jaune, ou lutéinisation, est chez la souris sous le contrôle de la LH et de la prolactine qui présentent un pic de concentration plasmatique important au moment de l’ovulation. Cette dernière hormone, produite par les cellules lactotropes (cellules L) de l’adénohypophyse, est le facteur lutéotrope murin principal. Pendant cette période, on assiste à une importante augmentation de l’expression du gène vegf, responsable d’une néovascularisation essentielle à la fonction endocrine du corps jaune (Dissen, et al., 1994). En parallèle, le caillot sanguin formé lors de l’ovulation régresse.

La lutéolyse. En l’absence d’accouplement, le corps jaune cyclique, qui n’est pas fonctionnel, commence à involuer en corps blanc (corpus albicans) 24 heures après sa mise en place. Chez les rongeurs, cette phase se produit en deux temps : (1) la régression fonctionnelle est associée à une diminution de la production de progestérone et (2) la régression structurale est caractérisée par la mort programmée des cellules lutéales (Stocco, et al., 2007). Il est aujourd’hui clair que le facteur lutéolytique principal est la prostaglandine PGF2α (McCracken, et al., 1999). Cependant, le contrôle

Figure 34 : Profils hormonaux au cours d’un cycle œstrien de 4 jours chez la souris

Noter les augmentations de progestérone et de prolactine en fin de pro-œstrus et le caractère biphasique du pic préovulatoire de FSH. Le corps jaune cyclique n’étant pas totalement fonctionnel, l’élévation de progestérone en fin de méta-œstrus et début de di-œstrus est modérée, de l’ordre de 20 à 25 ng/ml. D’après Freeman, 1994.

20 60 40 80 Progestérone (ng/ml) Prolactine (ng/ml) Œstradiol (pg/ml)

Œstrus Méta-œstrus Di-œstrus Pro-œstrus LH (ng/ml x 10) FSH (ng/ml) 100 300 500 13 17 21 01 05 09 13 17 21 01 05 09 13 17 21 01 05 09 13 17 21 01 05 09 13 Œstrus Ovulation (h)

67 de l’augmentation des taux de PGF2α qui atteint l’ovaire au cours du cycle n’est pas totalement élucidé. Cette prostaglandine possède une origine utérine majoritaire. Un modèle du contrôle central de sa production a été proposé (McCracken, et al., 1999) : la production neurohypophysaire d’ocytocine provoquerait une élévation de la synthèse de PGF2α au niveau endométrial. Il est intéressant de constater que chez la rate, le processus de lutéolyse est relativement long, permettant au corps jaune de persister pendant 12 à 14 jours. Ainsi l’analyse histologique des ovaires montre-t-elle la présence de corps jaunes des cycles précédents.

L’atrésie folliculaire. L’involution folliculaire ou atrésie représente l’issue de la majorité des follicules ovariens (Driancourt, et al., 1991a). A partir du stade de follicule primaire, l’atrésie se manifeste par une pycnose des cellules de la granulosa, puis leur mort par apoptose (Hussein, 2005). Cette dégénérescence concerne toutes les étapes du développement des follicules et touche les follicules non recrutés, non sélectionnés et qui subissent l’influence des follicules dominants.

(2) L’ovaire endocrine

(a) Le cycle œstrien

Le cycle ovarien chez les mammifères est défini par rapport à des observations simples. Ainsi, chez la femme, le premier jour des règles définit-il le cycle menstruel. En revanche, chez la souris, c’est le comportement sexuel qui définit le cycle œstrien (Driancourt, et al., 1991b ; Freeman, 1994). Il dure de 4 à 5 jours chez la rate et la souris et quatre phases successives le composent (Fig 34) :

- L’œstrus marque le début du cycle. Il est défini par le comportement d’acceptation du mâle, indiqué par un réflexe de lordose de la femelle en présence du mâle. De manière logique, il suit l’ovulation.

- Le méta-œstrus est marqué par les changements post-ovulatoires des voies génitales. Il correspond à la phase lutéale.

- Le di-œstrus est une phase pendant laquelle les sécrétions hormonales ovariennes préparent l’utérus à l’implantation.

- Le pro-œstrus est une période marquée par des élévations plasmatiques d’œstradiol, de gonadotrophines et de prolactine qui déclenchent les processus ovulatoires.

cholestérol