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THESE présentée à L'Université de Strasbourg Faculté des Sciences de la Vie - Strasbourg - En vue de l'obtention du titre de DOCTEUR D'UNIVERSITE NEUROSCIENCES par Laura Ansel Un Kiss pour le contrôle saisonnier de la reproduction A Kiss for the seasonal control of reproduction Soutenance: le 4 juin 2010 à Strasbourg Commission d'examen: Directeur de thèse: Dr Valérie Simonneaux Co-directeur de thèse: Pr Jens D. Mikkelsen Rapporteur externe: Dr Laurence Dufourny Rapporteur externe: Dr Vincent Prévot Examinateur interne: Pr Vincent Lelièvre Examinateur externe: Pr Manuel Tena-Sempere

  • univers de la vulgarisation scientifique avec la nuit

  • soutien constant

  • moments de stress et de découragement

  • sciences médicales

  • kiss pour le contrôle saisonnier de la reproduction

  • manips en temps et en heure


Publié le : mardi 1 juin 2010
Lecture(s) : 129
Source : scd-theses.u-strasbg.fr
Nombre de pages : 202
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THESE
présentée à
L'Université de Strasbourg
Faculté des Sciences de la Vie
- Strasbourg -
En vue de l'obtention du titre de
DOCTEUR D'UNIVERSITE
NEUROSCIENCES
par
Laura Ansel
Un Kiss pour le contrôle saisonnier de la reproduction
A Kiss for the seasonal control of reproduction
Commission d'examen:
Directeur de thèse: Dr Valérie Simonneaux
Co-directeur de thèse: Pr Jens D. Mikkelsen
Rapporteur externe: Dr Laurence Dufournyne: Dr Vincent Prévot
Examinateur interne: Pr Vincent Lelièvre
Soutenance: le 4 juin 2010 à StrasbourgExaminateur externe: Pr Manuel Tena-Sempere" Ce n'est pas parce que les choses sont difficiles que nous n'osons pas,
c'est parce que nous n'osons pas qu'elles sont difficiles. "
SénèqueAcknowledgements - Remerciements
Remerciements
! First of all, I would like to thank all the members of this thesis commission for
having kindly accepted to evaluate and comment this PhD work. Je remercie donc le Dr
Laurence Dufourny pour sa vaste connaissance des mécanismes saisonniers et des
kisspeptines ainsi que le Dr Vincent Prévot, spécialiste des tanycytes, pour ses
commentaires constructifs, non seulement lors de la révision de ce manuscrit, mais
également lors de congrès passés. Je souhaite également remercier le Pr Vincent
Lelièvre, spécialiste des neuropeptides, pour avoir accepté de se plonger dans le monde
des kisspeptines et de la saisonnalité. Por fin, me gustaría expresar mi gratitud al Pr
Manuel Tena-Sempere, especialista mundial de las Kisspeptinas, para venir de muy
lejos. Es un honor que acepta usted participar en mi PhD defensa.
! Mes remerciements vont ensuite à mes deux directeurs de thèse Dr Valérie
Simonneaux et Pr Jens Mikkelsen. Merci Valérie pour votre soutien constant, dans les
moments joyeux comme dans les moments de stress et de découragement, en particulier
durant les corrections de ce manuscrit. Votre enthousiasme et votre dynamisme ont été
très appréciés durant cette thèse. Merci de m'avoir guidé dans mes premiers pas de
chercheur et de m'avoir appris une bonne partie de ce que je sais aujourd'hui. Ces près
de cinq années passées sous votre supervision auront été non seulement formatrices
mais aussi agréables.
Jens, mange tak ! I switch to english because I am afraid I would still be trying to write in
Danish on June 4th ! I owe you so much. Indeed I am sure I would not have been able to
work on this project without your active support. I enjoyed very much being under your
co-supervision during my three and a half PhD years.
! Je tiens ensuite à remercier Mireille et Paul Pévet pour leur accueil au sein du
département de Neurobiologie des Rythmes de l'Institut des Neurosciences Cellulaires et
Intégratives. Je garderai toujours un souvenir amusé de Paul bataillant avec les Cricetus
et Mireille avec leur cerveau à 4 heures du matin !
A Kiss for the seasonal control of reproduction by Laura Ansel! 1Acknowledgements - Remerciements
! J'exprime ma reconnaissance au Dr Paul Klosen, maître suprême de l'histologie,
pour ses vastes connaissances qu'il aura généreusement partagées. Merci de m'avoir
appris une bonne partie des techniques que je maîtrise. Cependant, je resterai en
désaccord avec toi sur un point: le hamster doré est tout ce qu'il y a de plus sympathique
et charmant comme modèle, même s'il est certes dépourvu de vasopressine dans le
BNST!
! Je souhaite ensuite adresser mes remerciements aux Drs Alain Caraty et Etienne
Challet pour avoir volontiers accepté de faire partie de mon comité de thèse et d'avoir
porté un regard neuf sur mon travail de thèse.
! Je suis également redevable à tous les stagiaires qui ont travaillé avec moi aussi
bien pour leur sympathie que pour l'aide qu'ils m'ont apportées. Merci donc à Julien
Bartzen, Quentin Vogel, Elsa Batot, Johann Bourgeois, Florian Voinot et Carine Biot.
! Je souhaite maintenant remercier le Dr Matei Bolborea. Premièrement, parce que
tu m'as sacrément aidé plus d'une fois dans mes manips (petite pensée émue pour
Rocco 1 et 2 et toutes leurs copines). Deuxièmement, parce que tu m'as remonté le moral
un paquet de fois au cours de cette thèse. Troisièmement, pour toutes les discussions
plus ou moins scientifiques que l'on a pu avoir. Je te dois une partie de la réussite de
cette thèse et je n'oublie pas notre petit projet de mise au point de la culture du lambi
perlier dans les petites Antilles !
! Merci aussi à toi Caro. Ca fait du bien d'avoir une autre Ans/cel au labo. J'ai
apprécié tous ces petits moments où nous étions exactement sur la même longueur
d'onde (notamment sur l'absence totale de vertus du fromage). J'ai aussi beaucoup
apprécié les nombreux moments de franche rigolade "trans-cloisonnaires". Comme
promis, je t'offrirai un poste dans ma future exploitation de noix de coco en Nouvelle-
Calédonie, alors prépare la crème solaire !
! Je voulais également remercier Ouafa (ta gentillesse, ta bonne humeur perpétuelle
et ton caractère bien trempé auront été très appréciés), Catherine (pour toujours être là
en cas de besoin), Ibtissam, Marie-Audrey (pour tous les souvenirs antillais partagés),
Jeff, Madah et Marlène. Bonne chance à vous tous !
2Acknowledgements - Remerciements
! Merci aux "anciens" du labo qui se sont éparpillés un peu partout dans le monde,
en particulier aux Drs Anthony Salingre et Florent Revel de m'avoir accueillie puis
formée à mon arrivée. Petite mention spéciale pour le Dr Corina Bobu. Merci d'avoir joué
les guides touristiques et je suis très heureuse à l'idée de nous retrouver à l'Institut des
Sciences Médicales. Merci également au Dr Natalia Sinitskaya de m'avoir hébergée
dans son bureau et de m'avoir tellement bien expliqué la technique du Western Blot en
maîtrise que je suis restée pour en apprendre un peu plus en master puis en thèse !
! Je souhaite maintenant remercier Christiane Tavernier. Qu'aurais-je fait sans toi ?
Les cinq années passés à Strasbourg auront été agréables en bonne partie grâce à ta
bonne humeur, ton écoute, ta simplicité et ta générosité (et aussi tes dons culinaires... j'ai
encore la recette du sorbet au piment à tester !).
! Je remercie également "l'équipe du midi": Dominique Streicher, Claudine
Boissier, Sylviane Gourmelen, Béatrice Bothorel, Virginie Laurent-Gydé et d'autres
que j'ai déjà mentionnés plus haut. Que de bons moments passés! C'est aussi grâce à
vous que j'ai apprécié mon expérience au labo rythme. Mention spéciale pour les
mercredis de Sylviane !! Plus sérieusement, merci Dominique pour l'aide précieuse que tu
m'as apportée ces derniers mois pour finir les manips en temps et en heure ! Je souhaite
associer Daniel Bonn à l'équipe du midi pour sa bonne humeur et ses nombreuses
blagues lors du café post-prandial. Je garderai un très bon souvenir des après-midis
passés à peser les hamsters (très bien portants...) du 5e.
! Je souhaite également pleins de papiers, de manips qui marchent et de bonnes
choses perso au Dr Marie-Emilie Sébert et au Dr Isabelle Bur. Merci à toutes les deux
pour votre soutien actif (et les ondes positives) lors de la rédaction de ce manuscrit ainsi
que pour tous vos petits conseils. Je remercie également les Drs Jorge Mendoza et
Cristina Sandu ainsi que le Dr Domitille Boudard: merci de m'avoir embarqué dans
l'univers de la vulgarisation scientifique avec la nuit des chercheurs, la semaine du
cerveau et autres fêtes de la science.
A Kiss for the seasonal control of reproduction by Laura Ansel! 3Acknowledgements - Remerciements
! Je remercie, enfin les maîtres de conf du labo: Virginie Laurent-Gydé, Patrick
Vuillez et Sylvie Raison. Vous m'avez donné l'opportunité et le goût d'enseigner. Merci
infiniment pour ceci.
! Je ne dois pas oublier le Dr Michel Saboureau qui m'a tout appris en matière de
chirurgie. Sans vous, la plupart de mes résultats auraient été bien difficiles à obtenir.
! Finalement, j'exprime ma gratitude à l'ensemble des membres du département que
je n'ai pas encore cité jusqu'à présent: Fafa, Laurent, Stéphanie D., Stefanie M., VJ,
Marie-Pierre, François, André, Julien, Jean-Georges, Marie-Paule, Daniel, et Guy.
Vous m'avez soutenu par des encouragements, des discussions scientifiques, des
questions épineuses lors de présentations, un bonjour ou un sourire jovial. Merci à vous
tous.
! Venue à Strasbourg pour apprendre, j'ai eu droit à un petit bonus, puisqu'en
quittant cette ville, j'y laisse des amis.
! Enfin, j'exprime toute ma gratitude à ma famille. Tout d'abord à mes parents
Annick et Jean-Marc. Vous m'aurez soutenu, encouragé, supporté, félicité, motivé au
gré des hauts et des bas non seulement de cette thèse mais aussi au cours de toute ma
scolarité, et ceux qui me connaissent savent que ce n'est pas peu dire ! Je tiens
également à remercier mes frères Sébastien, Dan et Ludovic pour m'avoir changé les
idées lors des week-ends passés au vert et mis la musique à fond pendant la rédaction
de ce manuscrit (je connais désormais l'intégrale de Metallica sur le bout des doigts !).
4Abstract - English
Abstract - English
A Kiss for the seasonal control of reproduction by Laura Ansel! 5Abstract - English
" To ensure the birth of the offspring at the most favourable time of year, photoperiod
(or day-length) is "read" by most seasonal breeders to restrict their fertility to a particular
season. Annual variations of the photoperiod are translated into the release of the pineal
hormone melatonin, the nocturnal production of which relies on night-length. Previous
experiments have demonstrated that the annual variations of melatonin secretion
synchronise reproductive activity with seasons. For instance, exposure to a long
nocturnal peak of melatonin for 8 to 10 weeks (like in short days conditions, SD) induces
a marked gonadal atrophy in male Syrian hamsters (Mesocricetus auratus). Conversely,
when transferred back to long days (LD), a condition in which the nocturnal peak of
melatonin is short, hamsters become sexually active within 6 weeks. Despite its strong
action on the reproductive axis, the precise sites and mechanisms of action of melatonin
are still unclear. We recently reported that in the Syrian hamster, melatonin inhibits the
expression of several hypothalamic genes, including Kiss1, which might mediate the
photoperiodic message to the reproductive axis. Kiss1 encodes a family of peptides, the
kisspeptins (Kp), that all bind to the same receptor, Kiss1r. Kp play a crucial role in the
activation of the gonadotropic since a loss-of-function mutation in Kiss1r prevents
puberty humans and rodents.
" My thesis work consisted in studying the implication of Kiss1-encoded peptides
(kisspeptins, Kp) in the seasonal cycles of the reproductive activity. In a first part, the
anatomy of the kisspeptinergic system was characterised in the Syrian hamster's brain in
both LD sexually active and SD sexually inactive individuals. In a second part, I
investigated how photoperiod affects Kiss1 expression and finally, in a third part, I
analysed the effects of exogenous administration of Kp and its site of action on the
reproductive axis
" First of all, the distribution of Kp fibres and cell bodies was characterised in the
Syrian hamster's by immunohistochemistry and non-radioactive in situ hybridisation. Two
populations of Kiss1 neurones were identified in the Arcuate nucleus (ARC) and in the
Anteroventral periventricular nucleus (AVPV). Kp immunoreactive fibres were observed in
both nucleus and in other hypothalamic (preoptic median nucleus, preoptic median area,
anterior hypothalamic area, paraventricular nucleus, dorsomedial hypothalamus) and
extra structures (Bed nucleus of stria terminalis, paraventricular nucleus of
the thalamus, central amygdala). Since Kiss1 expression is highly dependent on
photoperiod, the distribution of Kp immunoreactive fibres was also analysed in SD-
adapted hamsters. The number of Kiss1 and Kp neurones is strongly decreased in SD
6Abstract - English
sexually inactive hamsters. Fibres distribution is identical as in LD but fibres density is
higher in SD, probably because of an accumulation of Kp into the fibres. To determine
wether these fibres innervate fibres-containing structures or just go through them, we
analysed the expression of cFos (a marker of cellular activity) after an
intracerebroventricular (ICV) injection of Kp and we found that cFos expression is
increased in the preoptic median nucleus, the preoptic medial area, the paraventricular
nucleus, the dorsomedial hypothalamus, the bed nucleus of stria terminalis and the
paraventricular nucleus of the thalamus. This indicates that these brain structures are
innervated by Kp fibres and activated upon Kp release. The phenotype of the target
neurones however remains to be determined.
" In a second part, I analysed how photoperiod affects Kiss1 expression in the Syrian
hamster. First of all, we demonstrated that Kiss1 mRNA is highly expressed in the ARC
and AVPV in LD-adapted male or female hamsters, while exposition to SD condition
drastically reduces the number of Kiss1 neurones in both structure and sex. Daily
melatonin injections mimicking SD-like melatonin levels reduces Kiss1 expression in ARC
and AVPV. By contrast pinealectomy in SD-adapted hamsters increases the number of
Kiss1 neurones in both nuclei, showing that melatonin mediates the effect of photoperiod
on Kiss1 neurones. The kinetic of melatonin effect on Kiss1 neurones was also analysed
and one or three weeks of daily injections do not affect Kiss1 expression
whereas after eight weeks of treatment, Kiss1 expression reaches its minimal level.
Noteworthy, SD exposure induces gonadal regression as well as a massive reduction in
testosterone levels. In rats and mice, testosterone strongly regulates Kiss1 expression in
both ARC and AVPV and the SD- or melatonin-induced reduction in the number of Kiss1
neurones could be secondary to variations in testosterone plasmatic concentration. As a
consequence, I also analysed the effect of gonadal hormones on Kiss1 expression in the
Syrian hamster and I observed that testosterone up-regulates Kiss1 expression in the
AVPV and down-regulates the number of ARC Kiss1 neurones. Thus, the SD- or
melatonin-induced reduction in the number of ARC Kiss1 neurones is not secondary to a
reduction in testosterone level. By contrast, in the AVPV where testosterone is stimulatory,
the SD- or melatonin-induced down-regulation of Kiss1 expression was found to be
mediated by the SD- or melatonin-induced decrease in gonadal hormones levels. All
together these data indicate that the SD-induced reduction in the number of ARC Kiss1
neurones is due to a direct effect of melatonin on the hypothalamus whereas the
decrease in the number of AVPV Kiss1 neurones is secondary to a reduction of
A Kiss for the seasonal control of reproduction by Laura Ansel! 7Abstract - English
testosterone levels. The AVPV is a sexually dimorphic brain nucleus with Kiss1 expression
being higher in females. Thus, the effects of melatonin and oestradiol were analysed in
females hamsters as well and similar results were observed.
" Finally, in a third part, I analysed peripheral Kp sites of action. In the lab, we
demonstrated that Kp chronic intracerebroventricular treatment for 4 weeks re-activates
gonadal activity in SD-adapted male hamsters. This indicates that Kp overpass
melatonin inhibitory effect on the reproductive axis. Previous studies showed that Kp
trigger LH, FSH and sex steroids release when given centrally or peripherally. I thus
studied the effect of several protocols of peripheral Kp long-term administration to SD-
acclimated sexually inactive Syrian hamsters. We demonstrated that 2 daily IP injections
of Kp during 5 weeks restore gonadal activity. To identify the structure(s) involved in the
peripheral effect of Kp, we studied the expression of cFos after IP injection of Kp. The
anterior pituitary was found to strongly express cFos and this Kp-induced activation is
GnRH-dependent since a GnRH antagonist prevented it.
" To conclude, this PhD work not only proved that the Kp system is strongly
regulated by photoperiod and melatonin (via distinct mechanisms involving both direct
effects and seasonal variations in gonadal hormones levels), but also that Kiss1 neurones
impacts the photoperiodic message on the reproductive axis, probably at the level of
GnRH nerve terminals of the median eminence.
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