Disséquer le rôle fonctionnel des neurones de l'hormone de libération de la gonadotrophine dans le traitement olfactif spécifique au sexe

Dissecting the functional role of gonadotropin releasing hormone neurons in sex-specific olfactory processing

• Auteur / Autrice : Laurine Decoster
• Direction : Paolo Giacobini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille) - Lille Neurosciences & Cognition - U 1172
• Jury : Président / Présidente : Sakina Mhaouty-Kodja
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Giacobini, Ulrich Boehm, Philippe Ciofi, Silva Mauro
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sakina Mhaouty-Kodja, Julie Bakker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Expérimentation animale

Reproduction

Comportement sexuel chez les animaux

Perception olfactive

Odorat

Neurones

Hormone de libération des gonadotrophines

Expérimentation animale

Reproduction (biologie)

Odorat

Neurones

Gonadolibérine

Mots clés libres

GnRH

Olfaction

Comportement sexuel

GnRH

Olfaction

Sexual behavior

Résumé

Les phéromones influencent la physiologie et les comportements reproductifs chez diverses espèces, y compris l'homme. En effet, chez les rongeurs l'exposition aux phéromones accélère la maturation sexuelle, favorise la synchronisation de l'œstrus chez les femelles et induit une augmentation rapide des niveaux de LH sérique chez les deux sexes. Le rôle des neurones à gonadolibérine (GnRH) contrôlant l'aptitude à la reproduction et la fertilité, est bien établi chez les différents vertébrés. Les neurones à GnRH sont également connus pour intégrer les informations olfactives liées au sexe afin de coordonner et d'optimiser la reproduction par le biais d'un autre réseau impliquant les zones olfactives et limbiques du cerveau. Par ailleurs, une population de neurones à GnRH extra-hypothalamique a été identifiée au sein des bulbes olfactifs, à la fois chez les rongeurs et chez l'homme. Nous avons nommé cette population les neurones à GnRH olfactifs. Nous avons émis l'hypothèse que cette population de neurones à GnRH nouvellement identifiée pourrait transmettre des informations olfactives et/ou phéromonales afin de participer aux réponses neuroendocrines contrôlant la reproduction. En utilisant des traceurs viraux, la transparisation de la tête entière et l'imagerie 3D, nous avons montré que les neurones à GnRH olfactifs possèdent de longues projections atteignant l'organe voméronasal (VNO), l'épithélium olfactif et l'éminence médiane. Nous avons confirmé par séquençage ARN à noyau unique réalisé sur l'ensemble de la population du bulbe olfactif que les neurones à GnRH olfactifs expriment des récepteurs olfactifs et des récepteurs de phéromones, ce qui suggère une possible détection des signaux olfactifs par les neurones à GnRH olfactifs. Nous avons ensuite cherché à savoir si les neurones à GnRH olfactifs pouvaient être activés par des odeurs de sexe opposé. En utilisant l'imagerie calcique in vivo couplée à la microscopie bi-photonique, nous avons confirmé que les stimulations olfactives et phéromonales issues du sexe opposé peuvent activer les corps cellulaires et les prolongements des neurones à GnRH olfactifs. Afin de confirmer que cette activation participe aux réponses neuroendocrines, nous avons testé si les neurones à GnRH olfactifs favorisent la libération de LH. Nos résultats montrent que l'activation chimiogénétique des neurones à GnRH olfactifs déclenche la libération de LH chez les souris mâles et que cette libération de LH est abolie lors de l'inhibition de ces neurones. En utilisant un virus DREADD activateur et des enregistrements électrophysiologiques sur des tranches de cerveau, nous avons démontré que les neurones à GnRH olfactifs sont connectés à la population de neurones à GnRH située dans l'aire pré-optique hypothalamique car l'activation des neurones à GnRH olfactifs déclenche une augmentation de l'activité des neurones à GnRH hypothalamiques. Enfin, la fonction des neurones à GnRH olfactifs a été étudiée par le biais de multiples tests olfactifs et de comportements sociaux en utilisant des approches chimiogénétiques et d'ablation neuronale. De façon remarquable, nos données démontrent que les neurones à GnRH olfactifs sont essentiels au décodage des informations olfactives sociales et plus particulièrement jouent un rôle dans la préférence olfactive. En effet, la préférence des mâles pour les odeurs en provenance du sexe opposé est renforcée par l'activation chimiogénétique des neurones à GnRH olfactifs, et altérée par l'inhibition génétique ou l'ablation de ces cellules. Nos résultats suggèrent également que les neurones à GnRH olfactifs facilitent les comportements de reproduction en acheminant des informations olfactives au sein de la partie postéro-dorsale de l'amygdale médiale et de l'aire pré-optique. Dans l'ensemble, notre étude met en évidence un rôle nouveau pour les neurones à GnRH olfactifs en tant que régulateurs centraux reliant la stimulation olfactive aux fonctions reproductives.

Pheromones influence reproductive physiology and behaviors in various species, humans included. Indeed, pheromone exposure in rodents accelerates sexual maturation, promotes estrous synchronization in females and induces a fast increase of serum LH levels in both sexes. The role of gonadotropin-releasing hormone (GnRH) neurons as the final neural output controlling reproduction fitness and fertility is well established among the different vertebrates. GnRH neurons are also known to integrate sex-related olfactory information to coordinate and optimize reproduction through another network involving olfactory and limbic areas in the brain. In addition, an extra-hypothalamic GnRH neuronal population has been identified, in both rodents and humans, in areas dedicated to olfactory processing and more specifically in the olfactory bulbs. We named this population OB GnRH neurons. We hypothesized that this newly identified population of GnRH neurons may convey olfactory and/or pheromonal information to participate in the neuroendocrine responses controlling reproduction. Using viral cell tracing and whole-head tissue-clearing and 3D-imaging, we show that OB GnRH neurons extend long projections into the vomeronasal organ, the main olfactory epithelium and into the median eminence. We confirmed by single-cell RNA sequencing of the entire olfactory bulb population that OB GnRH neurons express olfactory and pheromone receptors suggesting a possible detection of olfactory cues by the OB GnRH neurons. We then investigated whether OB GnRH neurons can be activated by opposite-sex smell. Using of in vivo calcium imaging coupled with two-photon microscopy we confirmed that olfactory and pheromonal stimulation can activate the OB GnRH somata and their processes. To confirm that this activation participates to the neuroendocrine responses, we tested whether OB GnRH neurons promote LH release. Our results showed that the chemogenetic activation of OB GnRH neurons triggers LH release in male mice. Using a combination of virogenetic experiments and electrophysiological recordings on hypothalamic slices we demonstrate that OB GnRH neurons are also connected to the GnRH population located in the rostral preoptic area and that chemogenetic activation of OB GnRH neurons triggers an increase of POA GnRH firing activity. Finally, the function of OB GnRH neurons was investigated through multiple olfactory and social behavior tests using chemogenetic and neuronal ablation approaches. Remarkably, our data demonstrate that male preference for female odors is enhanced upon chemogenetic activation of OB GnRH neurons, impaired after genetic inhibition or ablation of these cells and relies on GnRH signaling in the posterodorsal medial amygdala and the preoptic area. Taken together, our study highlights a novel role for olfactory GnRH neurons as a central regulatory hub linking pheromonal stimulation with reproductive functions.