Hormones impliquées dans la reproduction

Les hormones sont les substances véhiculées par la circulation sanguine et elles permettent à différents organes de communiquer entre eux. Quelques hormones (glycoprotéines) sécrétées par le système hypothalamo-hypophysaire contrôlent le fonctionnement des gonades (ovaires et testicules). En réponse, ceux ci produisent les gamètes, mais aussi d'autres hormones (stéroïdes et protéines) qui, par un mécanisme de rétroaction négative, régulent le fonctionnement de l'hypophyse et de l'hypothalamus. Sécrétée par la glande pinéale, la mélatonine est le médiateur utilisé par les races photopériodiques pour "traduire" les effets de la lumière sur la reproduction. Un tel équilibre démontre la complexité des différents mécanismes impliqués dans la fonction de reproduction et donne une idée de la difficulté qu'il y a à vouloir les maîtriser.

Hormones gonadotropes et activité de l'axe hypothalamo hypophysaire

Le système hypothalamo hypophysaire commande l'activité des gonades. L'hypophyse antérieure, sous le contrôle des neurones hypothalamiques, synthétise et sécrète les hormones gonadotropes (LH, hormone lutéinisante et FSH, hormone folliculostimulante) qui sont libérées dans le sang pour atteindre et stimuler les gonades.

Les neurones hypothalamiques à GnRH. Quelques neurones situés dans l'hypothalamus, appelés pour cette raison neurones à GnRH, sécrètent dans le sang porte hypophysaire, un décapeptide (10 acides aminés) qui est responsable de la sécrétion de la LH. La demi vie de cette neurohormone est très courte (4 à 5 minutes) et son action est essentiellement locale, limitée aux cellules hypophysaires. Elle est aussi appelée LH RH (LH Releasing Hormone), ou gonadolibérine. Des analogues ayant un pouvoir agoniste (plus puissants) ou antagoniste (bloquant l'activité) ont été synthétisés.

Les hormones gonadotropes LH et FSH. Les hormones gonadotropes sont des glycoprotéines dont le contenu en sucres est d'environ 13 pour cent pour la LH ovine et 25 pour cent pour la FSH ovine. L' acide sialique, qui fait partie du contenu en sucres, est essentiel pour l'expression de l'activité biologique des gonadotropines car il prolonge la demi vie des glycoprotéines en inhibant leur capture et leur dégradation par le foie. Toutes les hormones gonadotropes sont composées de deux sous unités alpha et béta. Les sous unités alpha sont très semblables entre les hormones gonadotropes. Dans l'espèce ovine, la sous unité alpha contient 96 acides aminés et la sous unité béta LH 119 acides aminés. Les différentes sous unités employées seules ne possèdent pas ou presque pas d'activité biologique; toutefois, la sous unité béta quand elle est associée à une sous unité alpha est responsable de l'activité de l'hormone.

Au site d'action gonadique, les hormones gonadotropes reconnaissent des sites récepteurs très spécifiques à la surface des "cellules cibles". La liaison entre l'hormone et son récepteur provoque une cascade d'événements intracellulaires qui conduisent à une réponse spécifique de la cellule. Par exemple, la liaison de la LH aux cellules de Leydig du parenchyme testiculaire provoque la libération immédiate de testostérone par la cellule.

Activité de l'axe hypothalamo hypophysaire. La sécrétion de LH n'est pas un phénomène continu. Des prélèvements de sang très fréquents révèlent que des décharges rapides d'hormones (appelées "pulses") se produisent dans le sang, suivies par des moments de repos avec une sécrétion basale. Cette sécrétion pulsatile peut être décrite par certaines caractéristiques telles que le nombre de pulses pendant un laps de temps donné, l'amplitude de ces pulses ou le niveau de sécrétion basale. Chaque pulse est le résultat d'une stimulation des cellules hypophysaires par le GnRH. C'est donc la fréquence de décharge de GnRH par les neurones hypothalamiques, qui détermine la fréquence de libération pulsatile de la LH et, par conséquent, l'intensité de la stimulation des gonades.

Chez la femelle, pendant le cycle, juste avant l'ovulation, la LH est libérée massivement dans le sang pour constituer le "pic préovulatoire". Ce pic a pour origine une rétroaction positive des oestrogènes ovariens. Chez la femelle, l'alternance des rétroactions négative et positive des gonades sur l'axe hypothalamo hypophysaire, est un phénomène essentiel dans le contrôle de l'activité gonadotrope.

La FSH est sécrétée d'une manière plus complexe que la LH. Même s'il est possible d'identifier quelques pulses dans une série chronologique, la liaison n'est pas aussi étroite avec le GnRH, et la FSH est sécrétée plutôt de façon continue qu'épisodique.

Chez la femelle, FSH est également libérée massivement, comme LH, pendant le pic préovulatoire, puis deux à trois jours plus tard (second pic de FSH), puis enfin vers le milieu du cycle.

La sécrétion de FSH dépend aussi d'un mécanisme complexe mettant en jeu une rétroaction négative des sécrétions gonadiques.

Une autre gonadotropine: la PMSG. Une autre hormone, qui n'est pas naturellement sécrétée par les ovins et les caprins, est utilisée couramment pour stimuler, de façon exogène, les ovaires des femelles et peut donc être considérée comme une gonadotropine. Cette hormone est extraite du sérum de jument gravide (d'où son nom "pregnant mare's serum gonadotropin"). C'est également une glycoprotéine, comme LH et FSH; elle contient une forte composante d'acide sialique (contenu total en sucres: 45 pour cent), ce qui lui confère une longue demi vie. PMSG a une activité LH et FSH; c'est toutefois l'activité FSH qui prédomine, mais des différences importantes peuvent exister entre une préparation commerciale et une autre.

Hormones stéroïdes et prostaglandines

En réponse à la stimulation fournie par les hormones gonadotropes, les gonades produisent des gamètes. Elles synthétisent et sécrètent également des hormones (essentiellement des stéroïdes), qui à leur tour, agissent sur la production des gamètes, le comportement sexuel, les glandes annexes, l'activité utérine et finalement sur l'axe hypothalamo hypophysaire, avec un effet régulateur. Les stéroïdes sont sécrétés principalement par les gonades.

Parmi les stéroïdes, qui sont de faible poids moléculaire (autour de 350 Daltons), trois grandes classes peuvent être distinguées: la testostérone (également appelée hormone mâle) et les autres androgènes, l'oestradiol 17béta (appelée aussi hormone femelle) et les autres oestrogènes, la progestérone (appelée aussi hormone de gestation) et les autres progestatifs.

La testostérone et les autres androgènes. La testostérone est synthétisée et sécrétée par les cellules de Leydig et libérée dans les vaisseaux capillaires et dans la lumière des tubes séminifères. L'observation du mode de sécrétion dans le plasma sanguin indique que la fréquence des pulses de testostérone est directement commandée par celle des pulses de LH. Les actions connues de la testostérone sont les suivantes:

  1. maintien de la spermatogenèse, en association avec LH et FSH;
  2. déclenchement et maintien des sécrétions des glandes annexes;
  3. maintien des fonctions épididymaires qui sont nécessaires pour terminer la maturation des spermatozoïdes;
  4. contrôle à moyen et long termes et maintien du comportement sexuel du mâle;
  5. rétroaction négative sur les hormones gonadotropes;
  6. rôle dans L'atrésie folliculaire intra ovarienne chez la femelle;
  7. sexualisation du foetus mâle pendant sa vie in utero;
  8. action générale positive sur le métabolisme, qui facilite la croissance corporelle.

Les autres androgènes sont l'androstènedione (impliquée dans l'atrésie folliculaire) et la 5alpha dihydrotestostérone (qui agit sur les cellules épididymaires).

L'oestradiol 17béta et les autres oestrogènes. L'oestradiol 17béta est la principale hormone sécrétée par le follicule sain, particulièrement pendant la croissance folliculaire terminale. Sa sécrétion dans le plasma sanguin de la veine ovarienne est sous le contrôle direct de la pulsatilité de la LH. Chaque pulse de LH produit l'apparition d'un pulse d'oestradiol l7béta. Avant l'ovulation, le follicule préovulatoire sécrète d'importantes quantités d'oestradiol 17béta qui peuvent être détectées dans le plasma de la circulation générale. L'oestradiol 175 et d'autres oestrogènes sont également sécrétés par l'unité foeto placentaire.

Les différentes actions connues de l'oestradiol 17béta sont les suivantes:

  1. induction du pic préovulatoire de LH et de FSH au début de l'oestrus, par la mise en jeu d'une rétroaction positive sur l'axe hypothalamo-hypophysaire;
  2. déclenchement direct du comportement sexuel femelle avant l'ovulation, mais également action sur le comportement mâle, puisque la testostérone est transformée en oestradiol dans le système nerveux;
  3. modification de l'activité des cellules utérines pour faciliter le transport des spermatozoïdes et préparer l'utérus à l'action de la progestérone;
  4. contrôle de la synthèse et libération de la prostaglandine F2alpha par l'utérus, avant la lutéolyse;
  5. rétroaction négative sur l'axe hypothalamo hypophysaire (en dehors de la période préovulatoire);
  6. effets sur la glande mammaire en fin de gestation, qui conduit à la mise en route de la production lactée après la parturition;
  7. effets généraux positifs sur le métabolisme qui facilitent la croissance corporelle.

La progestérone et les autres progestatifs. La progestérone est la principale hormone sécrétée par le corps jaune formé après lutéinisation des cellules folliculaires consécutive à l'ovulation. La progestérone est également sécrétée par l'unité foeto placentaire. La sécrétion de progestérone est sous le contrôle de la LH; ses effets connus sont les suivants:

  1. blocage des ovulations cycliques par rétroaction négative sur l'axe hypothalamo hypophysaire;
  2. chez la brebis, sensibilisation du système nerveux à l'action des oestrogènes pour l'induction du comportement d'oestrus;
  3. préparation de l'utérus à l'implantation de l'embryon;
  4. développement de la glande mammaire pendant la gestation.

Différents autres progestagènes de synthèse (FGA, MAP, etc.) ont généralement les mêmes effets, mais sont, la plupart du temps, beaucoup plus efficaces par unité de poids.

Les prostaglandines. La prostaglandine F2alpha de faible poids moléculaire (environ 300 Daltons) n'est pas un stéroïde, mais un dérivé de l'acide arachidonique. La prostaglandine F2alpha est sécrétée par l'utérus en réponse aux pulses d'oestradiol provenant de l'ovaire lors de la lutéolyse. La prostaglandine F2alpha est responsable de la disparition du corps jaune à la fin du cycle, si la femelle n'est pas gestante.

La mélatonine. La mélatonine, une indolamine de faible poids moléculaire (231 Daltons, est la sécrétion principale de la glande pinéale chez les ovins et les caprins. Chez les races photopériodiques, la mélatonine traduit les effets de la lumière sur la reproduction. Elle n'est sécrétée que pendant la nuit et c'est par sa durée de sécrétion nocturne que les animaux perçoivent la durée du jour. Ses sites et son mode d'action sont encore mal connus, bien que plusieurs tissus cibles aient été récemment identifiés dans l'axe hypothalarno hypophysaire du mouton (hypothalamus médiobasal et pars tubéralis de l'hypophyse).