Interactions entre la signalisation estrogénique et la vitamine D dans les cellules testiculaires

1α,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25-D3), the active form of vitamin D, is synthetized from cholesterol by skin exposure to the sun. This hormone’s actions are mediated by vitamin D receptor (VDR) in the nucleus and in the plasma membrane, resulting in genome actions like gene expression regulation. VDR can also be found in the plasmatic membrane, and together with PDIA3 receptor they mediate 1,25-D3 non-genomic actions. Vitamin D has an important role in reproductive function, since fertility reduction was observed in vitamin D deficient rats, as well as VDR and 1α-hydroxylase deficiency. In these animals, calcium and estrogen supplementation was able to reverse the deleterious effects in reproductive function, indicating that there is a relation between 1,25-D3 and estrogens signalling pathways. Estradiol (E2) is synthetized from testosterone by aromatase enzyme (CYP19). E2 is found in high levels in the male reproductive function, and like 1,25-D3 can induce genomic and non- genomic actions, mediated by ESR1, ESR2 and GPER receptors. Bisphenol A (BPA) is a xenoestrogen utilized in plastic industry, capable of modulating the endocrine system through E2 receptors. The aim of this work was to study metabolism and signaling pathways interactions between 1,25-D3 and E2, as well as BPA influence in testicular cells. In the first line of work, three treatment protocols (TP) were realized, where E2 and BPA were administrated in rats between 15th and 30th days, were a portion of the animals were euthanized at the last day of treatment (TP1) and another portion was kept alive after the treatment until euthanized at adult age with 75 days (TP2). A third animal group also received the same treatments when adults (TP3). In TP1, E2 treatment decreased CYP27A1 gene expression. E2 and BPA decreased VDR gene expression. This effect was not verified in VDR protein expression. In TP2, E2 increased VDR, PDIA3 and CYP27A1 gene expression, and VDR and CYP27A1 protein expression, indicating a compensatory effect over gene expression inhibition in prepubertal age. In TP3, treatments did not change gene expression, indicating that prepubertal age is more susceptible to estrogen exposure. In the second line of work, non-genomic effects of BPA were studied through 45Ca2+ influx in prepubertal rat testis. BPA stimulated 45Ca2+ influx in a similar manner to E2. This effect was independent of classical ERs, consistent with a G protein-coupled receptor mechanism, probably GPER. This effect involves the modulation of ionic channels, such as K+, TRPV1 and Cl- channels. Furthermore, BPA is able to modulate calcium from intracellular storages by inhibiting SERCA and activating IP3 receptor/Ca2+ channels at the endoplasmic reticulum and activate kinase proteins, such as PKA and PKC. The rapid responses of BPA on calcium influx could, in turn, trigger a cross talk by MEK and p38MAPK activation and also mediate genomic responses. In the third line of work, the expression of some genes involved in 1,25-D3 and E2 metabolism and signalling were analysed in Leydig cells. 1,25-D3 decreased CYP27A1 gene expression, an effect that was also observed when cells were coincubated with 1,25-D3 and E2. E2 decreased ESR1 and CYP19 gene expression. Both hormones demonstrated an negative feedback mechanism over their on metabolism in these cells. Non-genomic effects were also studied in these cells, where E2 seems to have an inhibitory effect while 1,25-D3 was able to stimulate calcium influx. From these results we can conclude that 1,25-D3, E2 and BPA have important molecular effects in the male reproductive system, through gene expression control over receptors and enzymes involved in the metabolism of the steroid hormones studied. These results also reinforce the theory that there is a relationship between 1,25-D3 and E2 signalling pathways, as well as 1,25-D3, E2 and BPA also have non-genomic actions in calcium signalling.; La 1α,25(OH)2 vitamine D3 (1,25-D3) est synthétisée à partir du cholestérol par l'exposition solaire de la peau. Les effets de cette hormone sont médiées par le récepteur de la vitamine D (VDR) dans le noyau et à la membrane plasmique, et avec le récepteur PDIA3 ils médient des effets génomiques et non-génomique. La vitamine D joue un rôle important dans la reproduction, puisque la réduction de la fertilité a été observée chez les rats déficients en vitamine D. L'estradiol (E2) est synthétisé à partir de la testostérone par l'enzyme aromatase (CYP19). L’E2 a des effets génomiques et non génomiques médiée par les récepteurs ESR1, ESR2 et GPER. L’objectif de ce travail a été d’étudier l’effet de l’E2 sur le métabolisme et les voies de signalisation de la vitamine D dans des testicules des rats à différents âges ainsi qu’une perturbation éventuelle initiée par un perturbateur endocrinien à activité estrogénique, le Bisphénol A (BPA). Dans le première axe de travail, trois protocoles expérimental (PE) ont été réalisés, où l’E2 et le BPA ont été administrés: traitement de J15pp à J30pp et euthanasie immédiate à J30 (PE1), traitement de J15 à J30 et euthanasie différée à J75 (PE2) et traitement à l’âge adulte de J60 à J75 et euthanasie immédiate à J75 (PE3). Dans le PE1, le traitement avec l’E2 a diminué l'expression du CYP27A1. L’E2 et le BPA ont diminué l'expression du VDR. Cet effet n'a pas été vérifié dans l'expression de la protéine VDR. Dans le PE2, l’E2 a augmenté l'expression des gènes VDR, PDIA3 et CYP27A1, et l'expression de la protéine VDR et CYP27A1. Les traitements n’ont eu aucun effet dans le PE3, ce qui indique qu’un traitement en période prépubère entraîne à la fois un effet immédiat et différé alors que le traitement à l’âge adulte semble sans effet. Dans le deuxième axe de travail, des effets non-génomiques du BPA ont été étudiés par la technique d’afflux de 45Ca2+ dans les testicules de rat prépubères. Le BPA a stimulé l’afflux de 45Ca2+ de manière un peu pareille avec les effets de l’E2. Cet effet semble ne pas impliquer les récepteurs classiques des estrogènes, mais semble se produire de manière compatible avec l'activation d'un récepteur couplé à la protéine G, comme le GPER. Cet effet se produit par la modulation de la fonction des canaux ioniques, comme des canaux potassiques, TRPV1 et des canaux chlorés. Aussi le BPA module le calcium du stock intracellulaire par l’inhibition de la SERCA et l’activation du récepteur IP3. Également des protéines kinases PKA, PKC, MEK et p38MAPK participent de l’effet du BPA, qui pourrait déclencher un cross talk avec les voies de signalisation nucléaires résultant la médiation des réponses génomiques. Dans le troisième axe de travail, l'expression de certains gènes impliqués dans le métabolisme et la signalisation de 1,25-D3 et E2 a été analysée dans des cellules de Leydig. La 1,25-D3 a diminué l'expression du CYP27A1, un effet qui a également été observé lorsque les cellules étaient co-incubées avec l'E2. L’E2 a diminué l'expression des gènes ESR1 et CYP19. Les deux hormones ont démontré un mécanisme de retours négatifs sur leur métabolisme dans ces cellules. Des effets non génomiques ont été étudiés dans ces cellules, où l’E2 semble avoir un effet inhibiteur tandis que la 1,25-D3 a stimulé l'afflux de 45CA2+. A partir de ces résultats, nous pouvons affirmer que la 1,25-D3, l’E2 et le BPA ont des effets moléculaires importants dans le système reproducteur masculin, par l'expression génique des récepteurs et des enzymes impliqués dans le métabolisme des hormones 1,25-D3 et E2. De plus, les résultats obtenus renforcent la théorie selon laquelle il existe une relation entre les voies de signalisation de la 1,25-D3 et l’E2. Comme la 1,25-D3 et l'E2, le BPA stimule également les effets non-génomiques impliqués dans la signalisation du calcium.