7.2 Architecture testiculaire

Lue et al. (2005, 2010a) ont signalé que les souris adultes 41,XXY avaient des testicules petits et fermes contenant des tubules SCO de diamètre réduit avec un nombre accru de cellules de Leydig dans l’interstitium. Ces résultats sont identiques à ceux du modèle alternatif de KS, la souris 41,XXY* (Lewejohann et al., 2009a ; Wistuba et al., 2010, Fig. 24.2) et ressemblent parfaitement au phénotype testiculaire observé chez la grande majorité des hommes adultes KS (Fig. 24.3). De plus, les souris 41,XXY présentent un schéma aberrant d’expression du récepteur des androgènes (AR), non observé jusqu’à présent dans le KS (Lue et al., 2005).

Figure 24.2. Phénotype testiculaire du modèle de souris 41,XXY* de KS.

(A) Hybridation in situ en fluorescence (FISH) des chromosomes sexuels dans les noyaux en interphase obtenus à partir d’échantillons de sang périphérique de souris mâles de la souche B6Ei.Lt-Y*. Côté gauche : noyaux de leucocytes de souris mâles 40,XY*, côté droit : noyaux de leucocytes de souris mâles 41,XXY*. (a) Chromosomes Y* (pointes de flèche) détectés par une sonde fluorescente verte spécifique à la souris ; (b) Chromosome X (flèches) détecté par une sonde fluorescente rouge spécifique à la souris ; (c) coloration nucléaire au DAPI ; (d) superposition de a-c. Notez les deux signaux du chromosome X dans les leucocytes 41,XXY*. Un chromosome X est toujours situé en association étroite avec le signal Y*. Le chevauchement partiel de ces chromosomes peut être détecté par la couleur jaunâtre. (B) Comparaison du poids des bitesticules entre les mâles adultes 41,XXY* (n = 98) et leurs homologues de la lignée 40,XY* (n = 91). La perte de cellules germinales chez les mâles présentant un chromosome X surnuméraire a entraîné une réduction significative de la taille des testicules. Les valeurs sont des moyennes ± SEM. (C et D) Micrographies représentatives de l’histologie testiculaire de l’épithélium séminifère. (C) Souris témoin 40,XY* présentant une spermatogenèse complète. (D) Testicule de souris 41,XXY*. Toutes les cellules germinales ont été éliminées de l’épithélium séminifère, laissant le syndrome des cellules de Sertoli uniquement. Les cellules de Sertoli montrent le début de la vacuolisation. (E et F) Micrographies représentatives de l’histologie testiculaire de l’espace interstitiel. (E) Chez les souris témoins 40,XY*, les cellules de Leydig sont normalement disposées dans les espaces interstitiels entre les parois tubulaires. (F) En revanche, chez les souris 41,XXY*, le nombre de cellules de Leydig est augmenté, formant une hyperplasie. Les barres représentent 20 μm. Symboles : X, cellules de Sertoli ; *, cellules germinales en cours de différenciation ; #, cellules de Leydig. Coloration : Hématoxyline-Eosine.

Figure 24.3. Histologie du tissu testiculaire humain : Comparaison de la spermatogenèse normale et du syndrome SCO généralement observé chez les patients Klinefelter.

(A, C et E) Micrographies représentatives de l’histologie testiculaire humaine normale présentant une spermatogenèse complète. (B, D, et F) Micrographies représentatives de l’histologie testiculaire d’un patient KS atteint du syndrome SCO. (A et B) vue d’ensemble des coupes transversales tubulaires : alors que le tissu témoin montre une distribution normale des zones interstitielles et tubulaires, la situation SCO présente une perte complète des cellules germinales et des parois tubulaires hyalinisées. Les tubules séminifères ne contiennent que des cellules de Sertoli. (C et D) Détail de l’épithélium séminifère : Dans le témoin, tous les stades des cellules germinales jusqu’aux spermatozoïdes matures sont présents. Typiquement, chez les hommes adultes KS, toutes les cellules germinales sont absentes. Les cellules de Sertoli montrent le début de la vacuolisation. (E et F) Détail de l’espace interstitiel. Dans le testicule témoin, les cellules de Leydig sont normalement disposées dans les espaces interstitiels entre les parois tubulaires. En revanche, dans le tissu obtenu d’un patient KS, le nombre de cellules de Leydig est élevé, montrant une hyperplasie typique. Les barres représentent 20 μm. Symboles : X, cellules de Sertoli ; *, cellules germinales en cours de différenciation ; #, cellules de Leydig. Coloration : Hématoxyline-Eosine.

Les cellules de Sertoli sont situées dans les tubules séminifères où elles soutiennent la différenciation spermatogénique en fournissant une alimentation et une médiation de la signalisation endocrine (Wistuba et al., 2007). Ainsi, toute altération de ces cellules essentielles influence profondément la fonction testiculaire. Des preuves ont été trouvées pour l’apoptose précoce des cellules de Sertoli dans le KS, ce qui conduit à la proposition que la perte de soutien et de communication entre les cellules de Sertoli et les cellules germinales pourrait être liée à la déplétion des cellules germinales observée dans le syndrome (Aksglaede et al., 2006 ; Wistuba et al., 2010). Les cellules de Sertoli expriment le récepteur des androgènes (AR) et produisent la protéine de liaison aux androgènes et l’inhibine. Toute perturbation de ces cellules pourrait donc influencer la quantité d’ITT dans les espaces interstitiels et, par conséquent, affecter le retour endocrinien le long de l’axe hypothalamo-hypophyso-gonadique. Aucune preuve empirique solide sur la présence, le développement et/ou la fonction altérée des cellules de Sertoli n’a pu être obtenue avant que les premiers résultats systématiques des modèles expérimentaux ne soient disponibles. Les résultats des premières études (Lue et al., 2005) étaient particulièrement intéressants et importants car ils montraient que l’AR était exprimé dans les cellules de Sertoli des souris adultes XY témoins mais pas dans celles des souris XXY. Ceci malgré le fait que les deux animaux présentaient un schéma similaire jusqu’au 20e jour post-partum (pp), ce qui indique que la perte d’expression de l’AR chez les souris XXY se produit autour de la puberté et suggère que chez ces animaux, la maturation des cellules de Sertoli peut être altérée, ce qui indique qu’elles peuvent influencer ou être influencées par un développement anormal des cellules germinales. Cette notion a été confirmée par une évaluation histologique des testicules du modèle 41,XXY*, qui a révélé une diminution du nombre de cellules de Sertoli par rapport aux témoins.

Les recherches effectuées jusqu’à présent fournissent suffisamment de preuves pour supposer que les cellules de Sertoli sont altérées chez les mâles ayant un chromosome X surnuméraire. Pour comprendre les fondements de l’interaction entre les cellules de Sertoli et les cellules germinales, de l’apoptose des cellules de Sertoli, de la maturation et de la différenciation, des évaluations plus approfondies sont nécessaires ; des études qui nécessitent des quantités substantielles de matériel et la chronique de la prolifération, de la différenciation et de la maturation sur une longue période de temps. Ces études sont impossibles à réaliser chez l’homme. Ce n’est qu’à l’aide des modèles de souris qu’une exploration significative des changements dans cette cellule somatique testiculaire cruciale peut être entreprise.

Il a été rapporté que pendant la dégénérescence testiculaire observée dans le KS, les cellules de Sertoli dégénèrent également au fil du temps (Aksglaede et Juul, 2013 ; Aksglaede et al., 2006), une observation qui est en ligne avec les données de notre modèle de souris démontrant que le nombre de cellules de Sertoli est altéré pendant le développement postnatal (Werler et al., 2014). Dans l’ensemble, l’altération de la physiologie des cellules de Sertoli nécessite des analyses plus détaillées de ce type de cellules somatiques déjà pendant le développement prénatal. La propagation et la différenciation de la lignée germinale sont en particulier affectées par les conséquences de l’aberration chromosomique. Ainsi, les principaux points de contrôle et, par conséquent, les processus qui se produisent spécifiquement dans la lignée germinale pourraient être modifiés par le déséquilibre chromosomique, c’est-à-dire le développement du système de cellules souches primordiales et spermatogoniales (PGC, SSC). Comme mentionné précédemment, des études in vitro ont montré que les cellules germinales indifférenciées aneuploïdes mouraient lorsqu’elles étaient isolées de gonades embryonnaires et que seules celles dont le caryotype était corrigé de façon aléatoire survivaient en culture (Hunt et al., 1998 ; Mroz et al., 1999). Ainsi, les CSR avec un caryotype aberrant ont dû entrer dans une voie par défaut pendant la phase intra-utérine mais au plus tard pendant la période périnatale. Lorsque seules les cellules germinales au caryotype corrigé survivent in vitro après avoir été isolées de la gonade embryonnaire, alors que les cellules germinales aberrantes sont mortes au fil du temps, la question se pose de savoir pourquoi, in vivo, la perte de cellules germinales progresse après la naissance, comme cela a été démontré récemment (Werler et al., 2014). Même si quelques cellules germinales aberrantes sont encore présentes dans le testicule périnatal, une certaine proportion de celles présentes au moment de la naissance devrait avoir un caryotype correct et la population de cellules spermatogoniales devrait au moins rester stable, sinon se propager. À partir de cette observation en partie contradictoire et en acceptant l’hypothèse la plus plausible selon laquelle la correction par propulsion aléatoire explique la survie d’une population réduite de cellules germinales primordiales (PGC ; Mroz et al., 1999 ; Sciurano et al., 2009) puis de gonocytes dans la période postnatale, certains de ces survivants pourraient perdre leurs propriétés de cellules souches déjà avant la naissance. Apparemment, ils sont perdus au cours de la différenciation péripubertaire, tandis que très peu d’entre eux peuvent occasionnellement survivre, exprimer correctement tous les marqueurs pertinents et diriger des foyers de spermatogenèse. L’évaluation systématique des changements phénotypiques au cours du développement in utero n’est en soi possible que dans un modèle de souris.

La perturbation de l’axe HPG, qui provoque l’hypogonadisme hypergonadotrope couramment observé chez les patients atteints de KS, ainsi que l’augmentation suggérée du nombre de cellules de Leydig dans les biopsies testiculaires ont conduit à l’hypothèse que la fonction et/ou la maturation des cellules de Leydig pourraient être affectées par le déséquilibre des chromosomes sexuels. Les cellules de Leydig sont stéroïdogènes étant la source de testostérone qui est essentielle pour le développement du phénotype masculin sain et cruciale pour la poursuite et l’achèvement de la spermatogenèse normale.

Comme pour les autres facettes du KS, le facteur restrictif pour toute investigation approfondie est l’accès limité au tissu testiculaire. Avec la disponibilité des souris mâles 41,XXY*, les études sur les cellules de Leydig des mâles avec un chromosome X surnuméraire sont devenues possibles. En utilisant ce modèle, nous avons confirmé la présence d’une hyperplasie des cellules de Leydig, déterminée par microscopie stéréologique, et nous avons également constaté que les niveaux d’ITT étaient similaires à ceux des souris témoins (Wistuba et al., 2010). Ce résultat était surprenant compte tenu des faibles taux sériques de T observés chez les patients atteints de KS et chez les souris 41,XXY* (Lanfranco et al., 2004 ; Smyth et Bremner, 1998 ; Wistuba, 2010). En accord avec les faibles taux de T circulants, on a constaté qu’une fois les cellules de Leydig du modèle KS retirées de l’environnement testiculaire, cultivées in vitro et normalisées en termes de nombre de cellules, leur fonction était effectivement altérée. Cependant, elle n’était pas altérée, comme on pourrait le penser à première vue, mais hyperactivée. Lorsque les profils d’expression de l’ARNm des gènes marqueurs Tsp2 (thrombospondine 2 : une protéine matricellulaire d’origine fœtale qui est exprimée de façon prédominante dans les cellules de Leydig juvéniles), Rlf (relaxin-like factor : marqueur des cellules de Leydig matures), Est (œstrogène sulfotransférase : marqueur des cellules de Leydig matures), et LHR (récepteur de la LH : étudié pour la corrélation avec les expériences de stimulation des cellules de Leydig, voir plus loin) ont été déterminés, les cellules de Leydig XXY* isolées ont montré un profil d’expression de l’ARNm mature et une activité transcriptionnelle significativement plus élevée par rapport aux contrôles (Wistuba et al., 2010 ; O’Shaughnessy et al., 2002). L’analyse de l’expression génétique a révélé une augmentation globale de l’expression des gènes spécifiques des cellules de Leydig XXY*, Est étant exprimé environ 20 fois, Rlf 8 fois, Tsp2 5 fois et LHR 3 fois plus que les cellules de Leydig de type sauvage. La stimulation des cellules de Leydig XXY* in vitro a révélé la présence d’un récepteur de LH mature qui répondait encore plus fortement à la stimulation par la gonadotrophine chorionique humaine (hCG, un substitut de la LH) que les cellules des témoins. En outre, l’activité stéroïdogène des cellules de Leydig XXY* était élevée, en ce sens que davantage de T par cellule était produit en réponse à la hCG.

Ces résultats passionnants conduisent non seulement à un nouveau concept sur l’origine de l’hypogonadisme hypergonadotrope, mais démontrent également la validité du modèle de souris KS, avec ses conséquences translationnelles directes pour notre compréhension des patients KS. Les résultats du modèle murin indiquent que la fonction des cellules de Leydig n’est pas altérée en soi, ce qui laisse supposer que d’autres facteurs dans l’environnement testiculaire sont responsables de l’endocrinologie androgénique perturbée observée chez les patients atteints de KS. D’autant plus que nous avons pu confirmer également chez les patients que les valeurs d’ITT n’étaient pas différentes des contrôles (Tüttelmann et al., 2014). Il est possible que l’architecture testiculaire altérée associée à la maladie puisse entraver le transport endocrinien dans la circulation, une proposition qui a été soutenue par les résultats selon lesquels les patients atteints de KS ont également un diamètre des vaisseaux sanguins réduit (Foresta et al., 2012). En tenant compte de cela, nous avons cherché une explication « vasculaire » possible pour le manque de libération de T dans le flux sanguin testiculaire. Dans les biopsies du testicule des patients, une analyse fiable des vaisseaux n’est cependant pas possible en raison du biais résultant de la technique de dissection nécessitant d’éviter les plus gros vaisseaux sanguins pour éviter les saignements. Par conséquent, la constitution des vaisseaux sanguins a été évaluée dans des sections entières de testicules de souris adultes mâles 41,XXY* et 40,XY*. En effet, le rapport vaisseaux sanguins/surface du testicule, corrigeant pour les testicules plus petits des souris XXY*, était significativement plus faible chez ces souris que chez les témoins XY*. En conclusion, la production de T testiculaire ne semble pas être altérée chez les hommes atteints de KS. Les données du modèle de souris nous permettent de spéculer qu’un approvisionnement vasculaire réduit pourrait être impliqué dans une libération plus faible de T dans la circulation sanguine.