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Les mécanismes de contrôle de la méiose dans la lignée germinale mâle

Mechanisms of control of meiosis in male germ cells

Resume

En 1883 il fut observé que, tandis que l'œuf fécondé d'un ver (Parascaris Equorum) possédait quatre chromosomes, le noyau de l'ovocyte, comme celui du gamète mâle, contenait seulement deux chromosomes. Cette découverte impliquait que les cellules germinales devaient être formées lors d'un processus de division cellulaire particulier, la méiose, conduisant à une division par deux du nombre de chromosomes présents dans les cellules somatiques de l'individu. La mitose et la méiose partagent un grand nombre d'éléments régulateurs. Parmi ceux-ci, les kinases dépendantes des cyclines (CDK) et les cyclines apparaissent les plus importantes car ces activités sont responsables de la progression des cellules dans le cycle cellulaire. L'activité des CDK (actuellement au nombre de 7) est régulée par leur association avec des cyclines spécifiques (8 types de cyclines ont actuellement été identifiés), ainsi que par des réactions de phosphorylation/déphosphorylation et par l'association à des petites molécules capables de lier les complexes CDK-cyclines et d'inhiber leur activité kinase: les CDKI. Les protéines Rb et p53 apparaissent également fondamentales pour la régulation de ces processus. La plupart des travaux réalisés sur le déroulement de la méiose chez les eucaryotes supérieurs l'ont été en utilisant l'ovocyte de mollusques et d'amphibiens, et plus rarement, de mammifères. Ils ont permis de mettre en évidence les activités MPF (pour maturation promoting factor) =p34 cdc2-cycline B' et CSF (pour cytostatic factor)=très vraisemblablement le couple MOS/MAP kinase, qui apparaissent responsables des phénomènes de reprise de la méiose en prophase I et de blocage en métaphase II. Les facteurs de signalisation cellulaire impliqués dans la régulation de ces phénomènes incluent l'AMPc, le Ca++ et les agonistes de la PKC. Beaucoup moins de données sont actuellement disponibles pour ce qui est du contrôle de la méiose dans la lignée spermatogénétique. Ceci tient, en particulier, à la difficulté d'obtenir des cellules germinales à un stade précis de leur différenciation en grande quantité, et au manque de systèmes in vitro permettant d'appréhender l'importance des régulations post-traductionnelles impliquées dans ces processus. Il ressort toutefois des travaux ayant pour but de rechercher l'expression des gènes codant pour les protéines régulant le cycle cellulaire que la majorité de ceux-ci sont exprimés dans le testicule (c-mos, cyclines, CDK, cdc25…) d'une maniére dépendante du type cellulaire et du stade de développement. Les rares études réalisées sur le contrôle de la méiose par les hormones et les facteurs locaux de régulation indiquent que la FSH, l'interleukine-1α et le MIP-1a stimulent l'incorporation de thymidine tritiée par les spermatocytes préleptotènes, contrairement à l'interleukine-6 qui l'inhibe. Le développement récent, dans notre laboratoire, de deux systèmes de coculture cellules somatiques/cellules germinales testiculaires permettant le maintien d'une activité transcriptionnelle des cellules germinales pendant deux à trois semaines devrait permettre de reprendre ces études et de hiérarchiser l'importance des facteurs locaux impliqués dans le déroulement des étapes mitotique et méiotique de la spermatogenèse.

Abstract

In 1883, it was discovered that whereas the fertilized egg of a particular worm (Parascaris Equorum) contains four chromosomes, the nucleus at the egg and that of the sperm each contains only two chromosomes. This finding implied that germ cells must be formed by a special kind of nuclear division in which the chromosome complement is precisely halved. This type of division is called meiosis. Meiosis and mitosis share many regulatory elements. Among them, are the cyclindependent kinases (CDK) and the cyclins which control all transitions of the cell cycle. The activity of the CDKs is regulated by their association to specific cyclines and by phosphorylation/dephosphorylation reactions. Moreover, recent reports reveal the existence of a variety of small proteins which bind to and modulate G1/S CDK-cyclin complexes: the CKI. Two more proteins appear of great importance in regulating the cell cycle: Rb and p53. The central role of MPF (maturation producing factor=M-phase promoting factor) has been established, mostly by studies conducted on either invertebrates oocytes and eggs that resume the meiotic division. MPF is the cyclin B-p34cdc2 kinase. As for the cytostatic factor (CSF), it is reasonably certain that it is, in part or entirely, MOS. The cell cycle signalling mechanisms in oocytes include cAMP, Ca++ and the agonists of PKC. Much less informations on the control of meiosis in spermatogenesis are available. Indeed, it is difficult to get rather high number of germ cells at some precise steps of their maturation and there is a lack of culture system allowingin vitro germ cell differentiation. However, most of the genes involved in the regulation of the cell cycle are expressed in the testis (c-mos, cyclins, CDK, cdc 25…). Their expression has striking cellular, lineage and developmental specificity. It has also been shown that FSH, interleukin-1a, and MIP-1a enhance stagespecific DNA synthesis in rat seminiferous tubule segments, while interleukin-6 decreases it. In our laboratory, we have settled recently two cell culture systems allowing the expression of germ cell specific genes for 2 to 3 weeks. This should help to study more easily the genetic control of meiosis during spermatogenesis and to understand better which growth factors and/or cytokines are really important for the regulation of this process.

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Durand, P. Les mécanismes de contrôle de la méiose dans la lignée germinale mâle. Androl. 7, 52–65 (1997). https://doi.org/10.1007/BF03034519

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  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF03034519

Mots-clés

  • Méiose
  • cycle cellulaire
  • ovocyte
  • spermatogenèse

Key-words

  • meiosis
  • cell cycle
  • oocyte
  • spermatogenesis