Implication de l'homéostasie lipidique dans la maturation post-testiculaire des spermatozoïdes : apports des modèles murins KO LXR

L’épididyme est un organe accolé au testicule, formé d’un long tubule dont l’épithélium est constitué de 6 types cellulaires différents aux fonctions partiellement connues. Le tubule épididymaire est entouré de muscles lisses participant, par leurs contractions, à l’avancée des spermatozoïdes. Au centre du canal se retrouve le fluide épididymaire dont la composition est régulée par les absorptions et sécrétions de l’épithélium épididymaire. Les gamètes arrivant du testicule sont inaptes à assurer la fécondation. La maturation post-testiculaire des spermatozoïdes, durant leur descente dans le tubule épididymaire, va leur permettre d’acquérir la mobilité et la capacité à reconnaître et féconder un ovule (qualités regroupées sous le terme de “pouvoir fécondant”). Cette maturation se fait grâce aux interactions permanentes des spermatozoïdes avec le fluide. Les LXRs sont des régulateurs majeurs de l’homéostasie du cholestérol, un élément fondamental dans la physiologie de la reproduction puisqu’il est le précurseur des hormones stéroïdes (androgènes) et un régulateur du pouvoir fécondant des spermatozoïdes. Les souris mâles invalidées pour les 2 isoformes de ces récepteurs (lxrα;β-/-) ont une fertilité perturbée en association avec des altérations testiculaires et épididymaires. Ces mâles présentent une infertilité dès 6 mois conduisant à une stérilité complète à 9 mois. Le but de ce travail est de comprendre la relation entre la régulation de l’homéostasie du cholestérol et le phénotype épididymaire de ces souris. A l’âge de 4 mois, alors que les souris mâles lxrα;β-/- sont fertiles, le phénotype est caractérisé par une accumulation de lipides dans certains types cellulaires de l’épithélium et dans les muscles lisses entourant le tubule. Chez les mâles lxrα;β-/- âgés de 9 mois, lorsque le phénotype d’infertilité complète est installé, on observe une destructuration de la partie proximale de l’épididyme comprenant une diminution de la hauteur de l’épithélium, une perte des muscles lisses péritubulaires et la présence de spermatozoïdes non mobiles et malformés dans la lumière du tubule. Mes travaux ont permis de mettre en évidence différents phénomènes : 1/ Une nouvelle fonction d’un type cellulaire particulier, les cellules “apicales”, dans la régulation de l’homéostasie du cholestérol épididymaire. En effet, ces cellules accumulent du cholestérol en association avec la perte de “ABCA1” (ATP Binding Cassette A1), codée par un gène cible de LXR, impliquée dans l’export de l’excédent de cholestérol cellulaire. Suite à cela, ces cellules apicales entrent en apoptose et contribuent à la perte de fonction de l’épithélium. 2/ Une altération des cellules musculaires lisses péritubulaires associée au vieillissement des souris lxrα;β-/-. Ces cellules accumulent elles aussi du cholestérol et se transforment en cellules invasives, les cellules “spumeuses” migrant à travers l’épithélium. Ce phénomène est très proche des phases de développement de la pathologie artérielle liée au cholestérol et au vieillissement, l’athérosclérose. La perte des muscles lisses va limiter la progression des spermatozoïdes et accompagner la perte de fonction des cellules épithéliales qui ne seront plus aptes à effectuer des échanges avec le fluide, empêchant ainsi l’acquisition du pouvoir fécondant des spermatozoïdes. (...)The epididymis is a long tubule which epithelium is made of 6 different cellular types with partially unknown functions. The epididymal tubule is surrounded by smooth muscles participating, by their contractions, to the sperm progression. At the center of the tubule is present the epididymal fluid which composition is regulated by the absorptions and secretions of the epithelium. The spermatozoa coming from the testis are unable to fertilize an oocyte. Post-testicular maturation of spermatozoa, during their transit through the epididymis, allows them to become motile, to recognize and to fertilize an oocyte. This maturation is due to the constant interaction of the spermatozoon with the epididymal fluid. LXR are the major sensors of cholesterol homeostasis, a fundamental element in reproductive physiology because it is the steroid hormones precursor and a regulator of the sperm fertilizing capacities. LXR deficient mice (lxrα;β-/-) have fertility disorder associated with testicular and epididymal alterations. These males present an infertility since 6 months of age leading to a complete infertility at 9 months of age. The purpose of this work is to understand the relation between cholesterol homeostasis regulation and epididymal sperm maturation. At 4 months of age, the lxrα;β-/- males are fertile but present an epididymal phenotype characterized by neutral lipid accumulations in some epithelial cell types and in the smooth muscle cells surrounding the tubule. At 9 months of age, the totally infertile lxrα;β-/- male, present a complete destructuration of the proximal epididymis associated with a complete shrinking of the epithelium height, the loss of the peritubular smooth muscle cells and the presence of immotile and abnormal spermatozoa in the cauda epididymis. My works put in light : 1/ A novel function of a particular cell type, the “apical cells”, in the regulation of the epididymal cholesterol homeostasis. These cells accumulate cholesteryl esters in association with the loss of the ATP Binding Cassette A1 “ABCA1”, a transporter implicated in the cholesterol efflux. Following this, apical cells become apoptotic participating to the epithelial function loss. 2/ An alteration of peritubular smooth muscle cells associated with the mice aging. These cells also accumulate cholesteryl esters and transdifferentiate into invasive foam cells migrating through the epithelium. This phenomenon is very similar to what is observed in the arterial pathology related to cholesterol and aging, the atherosclerosis. The loss of smooth muscle cells limit the progression of the spermatozoa in the lumen and lead to the loss of function of the epithelial cells which become unable to make any exchange with the fluid, hence disturbing spermatozoa maturation. 3/ A deleterious effect of a cholesterol enriched diet on the fertility in 3-month-old lxrα;β-/- male, which are normally fertile and without epididymal phenotype. When submitted to the diet during 4 weeks, these mice become completely infertile, showing the epididymal phenotype of the 9-month-old lxrα;β-/- male mice. The infertility of these mice is characterized by defects in spermatozoa motility, viability and functional parameters. Our results show, on the one hand, the importance of LXR in the post testicular maturation of spermatozoa and in the maintenance of the integrity and functionality of the epididymis. On the other hand, the data that we collected put in evidence the impact of the alimentation and in particular cholesterol enriched diet on the post-testicular maturation