Démêler le rôle des zones discrètes du cerveau du rat dans la régulation de l’ovulation par inactivation réversible par des microinjections de tétrodotoxines

L’ovulation est le processus par lequel un ou plusieurs ovocytes matures sont libérés des ovaires une fois par cycle estral / menstruel. Comme toutes les espèces de mammifères dépendent de la production de gamètes pour se reproduire, la compréhension des mécanismes qui régulent l’ovulation a un impact énorme dans des domaines allant de la biomédecine à l’industrie de l’élevage et au maintien des espèces menacées. L’ovulation est régulée par l’axe hypothalamo-hypophyso-ovarien, qui implique plusieurs zones hypothalamiques et extra-hypothalamiques, les gonadotropes de l’hypophyse antérieure et les cellules thèque et granulosa qui, avec les ovocytes, forment les follicules ovariens à l’intérieur des ovaires¹.

Les follicules ovariens se développent, se développent et éventuellement ovulent en réponse à la sécrétion tonique et phasique de l’hormone folliculo-stimulante et de l’hormone lutéinisante, les deux gonadotrophines sécrétées par les gonadotrophes. Le schéma de sécrétion de gonadotrophine est essentiel pour le bon développement folliculaire et l’ovulation et il est régulé par l’hormone de libération des gonadotrophines (GnRH)^1,2. Ce neuropeptide est synthétisé par des neurones dispersés dans tout le dencéphale basal puis sécrétés dans le système vasculaire portail qui relie l’hypothalamus et l’hypophyse antérieure. L’activité sécrétoire des neurones de la GnRH est à son tour modulée par l’entrée synaptique provenant de diverses structures cérébrales. Ces structures transmettent des informations sur l’état de l’environnement externe et interne de l’organisme, y compris la disponibilité de la nourriture, la durée de la photopériode et la concentration d’hormones dans le sang. En ce sens, ils façonnent le schéma de reproduction de chaque espèce et les rôles spécifiques de ces structures doivent être déterminés afin de bien comprendre les mécanismes régissant l’ovulation. À titre d’exemple, il a été démontré que la fluctuation des niveaux d’œstradiol au cours du cycle œstré régule la sécrétion de GnRH; cependant, les neurones de la GnRH n’expriment pas l’isoforme du récepteur de l’œstradiol nécessaire pour détecter de tels changements. Deux populations de neurones exprimant ces récepteurs sont situées dans la région périventriculaire rostrale du troisième ventricule et dans le noyau arquié, respectivement, et forment des synapses avec des neurones GnRH. Il existe des preuves suggérant que ces neurones interprètent la concentration d’œstradiol et stimulent ensuite l’activité des neurones de la GnRH en libérant de la kisspeptine, un puissant inducteur de la sécrétion de GnRH^3.

Des expériences impliquant des lésions thermiques ou chimiques, ainsi qu’une désafférentation mécanique, ont permis aux chercheurs de déterminer l’implication de plusieurs structures cérébrales dans la régulation de l’ovulation^4,5,^{6,7,8,9,10,11,12} . Ces expériences ont cependant l’inconvénient d’être invasives et traumatisantes, nécessitant plusieurs jours de récupération avant d’évaluer les effets du traitement, ce qui entrave l’analyse des effets aigus du traitement. De plus, ils affectent en permanence les zones ciblées et perturbent d’autres processus physiologiques à long terme. En raison de ces problèmes, les résultats de ces expériences sont généralement obscurcis par les mécanismes compensatoires homéostatiques dans le corps de l’animal et il est plutôt difficile d’extraire des informations précises sur la dynamique de régulation temporelle dans laquelle la zone est impliquée.

La microinjection de médicaments qui perturbent transitoirement l’activité des neurones à travers des canules guides est une alternative appropriée qui surpasse les inconvénients mentionnés ci-dessus. Les canules peuvent être placées dans n’importe quelle région du cerveau par une chirurgie stéréotaxique, permettant au chercheur de commencer le traitement médicamenteux après la disparition des effets confondants de la chirurgie. La micro-injection chronométrée des médicaments permet aux chercheurs de tester des hypothèses concernant la contribution de la région à une étape particulière du processus et peut être effectuée chez des animaux éveillés retenus ou en mouvement libre. Une variété de médicaments, y compris les anesthésiques locaux, les agonistes, les antagonistes, les agonistes inverses et les toxines biologiques telles que la tétrodotoxine (TTX) peuvent être microinjectés dans la région d’intérêt à des moments spécifiques.

TTX est une toxine biologique synthétisée par des bactéries vivant dans le corps du poisson-globe ainsi que d’autres vertébrés et invertébrés. TTX réduit au silence l’activité neuronale par le blocage sélectif et transitoire des canaux sodiques, ce qui entraîne l’inhibition des potentiels d’action dépendants du sodium. En présence de TTX, les cellules subissent une altération de la phase de dépolarisation et ne sont donc pas excitables mais restent vivantes. L’effet bloquant du TTX s’explique par sa composition moléculaire: un groupe guanidinium est capable de passer à travers l’aspect extracellulaire du canal sodique, mais le reste de la molécule ne peut pas passer en raison de sa taille, il est donc coincé et bloque le canal^{13,14,15,16,17} . Le mécanisme d’action du TTX a permis son utilisation comme outil pour étudier le système nerveux à la fois in vitro et in vivo. L’injection intracérébrale de cette toxine a été utilisée pour étudier le rôle des zones cérébrales discrètes dans plusieurs processus tels que la rétention de la mémoire¹⁸, le sommeil et l’excitation¹⁹, la reconnaissance de lieu²⁰, la navigation spatiale²¹, l’abus de^{drogues 22}, la thermorégulation²³, le développement de la schizophrénie²⁴, le comportement sexuel²⁵ et la régulation de l’ovulation²⁶ entre autres. Dans ce protocole, nous décrivons les effets sur l’ovulation de l’inactivation transitoire des noyaux hypothalamiques par microinjection TTX chez des rats éveillés et non drainés.