Introduction :
Nos connaissances sur la mise en place des hormones ont suivi un parcours essentiellement en rapport avec les technologies en usage selon l’époque considérée.
Les résultats des dosages sériques ont progressivement été complétés par des dosages obtenus à partir de broyats tissulaires, puis des phénotypages cellulaires par immunohistochimie avec complément ultrastructural.
L’avènement des techniques relevant de la biologie moléculaire a permis d’approfondir ces données statiques même si celles-ci avaient été obtenues chez des foetus et comparées aux résultats déjà connus à différentes époques de la vie de l’individu.
L’embryologie a suivi des étapes similaires, d’un domaine exclusivement descriptif à celui de l’embryologie causale avec Spemann, pour aboutir à l’étude du contrôle génétique et épigénétique du développement.
Les modèles animaux, souris transgéniques, recombinaisons homologues (souris knock-out), représentent aujourd’hui une nouvelle étape : la réalisation de déficits programmés permet de cerner le(s) candidat(s) responsable(s) d’un syndrome connu ou construit.
Enfin, l’existence de syndromes déficitaires, en cours de reconnaissance chez l’homme, valide l’extrapolation indispensable à cette démarche.
Un exemple de déficits hypophysaires associés parmi les plus connus à l’heure actuelle permet de montrer l’apport de la biologie moléculaire dans ce domaine d’étude.
Deux modèles animaux sont régulièrement cités pour des déficits hypophysaires associés comparables, mais qui correspondent en fait à des altérations de deux gènes différents et situés sur deux chromosomes.
Chez les souris naines Snell et Jackson, trois lignées cellulaires sont hypoplasiques, les lignées somatotrope, thyréotrope et lactotrope.
Ces souris présentent une mutation ponctuelle sur les deux allèles du gène Pit1 (chromosome 6 chez la souris).
Chez les souris Ames, malgré un déficit affectant ces trois mêmes lignées avec hypoplasie hypophysaire, l’anomalie responsable est le fait d’une mutation ponctuelle du gène Prop1 (chromosome 11).
Il est donc évident que ces deux facteurs peuvent être tenus pour responsables des déficits constatés, d’où l’hypothèse qu’ils peuvent intervenir dans la différenciation hypophysaire.
Dans l’espèce humaine, des mutations du gène Pit1 sont à l’origine de maladies génétiques familiales associant un retard statural par déficit hypophysaire portant sur les trois mêmes lignées.
Jusqu’à présent, dix mutations ont été décrites chez une trentaine de sujets appartenant à 16 familles distinctes à travers le monde.
L’analyse de l’ensemble des cas actuellement documentés ayant montré qu’il existait une grande variabilité de phénotypes et d’anomalies génotypiques chez ces patients, certains auteurs ont envisagé de rapporter cette variabilité phénotypique à la multiplicité des fonctions et des cibles de ce facteur.
Nous proposons une présentation qui suive les étapes chronologiques que nous avons indiquées : après un bref rappel des éléments constitutifs du complexe hypothalamohypophysaire, nous reprenons une embryologie descriptive comportant organogenèse et cytodifférenciation et nous envisageons, pour terminer, une énumération non exhaustive des différents facteurs de transcription actuellement retenus en insistant sur deux exemples parmi les plus étudiés.
La majorité des résultats se rapporte à des résultats obtenus chez l’animal, principalement la souris, avec la correspondance chez l’homme quand elle a pu être dégagée.
Rappel des différents constituants du système hypothalamohypophysaire :
A – HYPOPHYSE :
Elle comporte la neurohypophyse et l’adénohypophyse.
La première est constituée de trois lobes, l’éminence médiane, la tige et le lobe nerveux.
La seconde comporte le lobe antérieur, le lobe intermédiaire, réduit chez l’homme à la zone cystiforme, et le lobe tubéral.
Le lobe antérieur est caractérisé par une architecture cordonale.
Chaque cordon reposant sur une lame basale est bordé sur deux de ses faces par un capillaire.
Cinq types cellulaires hormonogènes constituent les cordons.
Tous les types cellulaires peuvent se rencontrer dans un cordon, mais il existe néanmoins une répartition topographique des cellules par rapport à l’ensemble de la glande (ailerons et partie médiane), ainsi que des associations phénotypiques préférentielles.
Un dernier type cellulaire non hormonogène, cellule folliculostellaire, se dispose entre les cellules précédentes ou limite les microfollicules intracordonaux.
La vascularisation comporte un système hypothalamoantéhypophysaire caractérisé par l’existence d’un système porte (origine : artères hypophysaires supérieures) et un système hypothalamoneurohypophysaire banal (origine : artères hypophysaires inférieures).
B – NOYAUX HYPOTHALAMIQUES :
Les noyaux hypothalamiques comportent deux ensembles neuronaux, dits « magnocellulaires » et « parvocellulaires ».
Les noyaux magnocellulaires appartiennent à l’hypothalamus antérieur, ils comportent le noyau paraventriculaire (NPV) et le noyau supraoptique (NSO).
Les axones des neurones des noyaux magnocellulaires hypothalamiques gagnent le lobe nerveux de la neurohypophyse où la vasopressine et l’ocytocine sont directement déversées dans la circulation générale.
Les neurones parvocellulaires synthétisent des facteurs hypophysiotropes : ils projettent leur neurosécrétion au niveau des capillaires du système porte dans l’éminence médiane.
La corticolibérine (corticotropin releasing hormone [CRH]) et la thyrolibérine (thyrostimulin releasing hormone [TRH]) proviennent de neurones parvocellulaires situés dans le NPV, ce dernier renferme donc des neurones parvo- et magnocellulaires.
La somatocrinine (somatolibérine, growth hormone releasing hormone [GHRH]) est synthétisée dans le nucleus arcuatus et le noyau médioventral adjacent.
La gonadolibérine (gonadotrophin releasing hormone [GnRH]) provient de neurones situés principalement dans la région préoptique.
Enfin, la somatostatine (somatrotrophin release inhibiting factor [SRIF]) provient du noyau antérieur périventriculaire.
Embryologie descriptive :
A – HYPOPHYSE :
Depuis Rathke en 1900, l’embryologie de l’hypophyse comporte des séquences repères.
Dès la troisième semaine embryonnaire, un épaississement du plafond du stomodæum (origine ectodermique), en avant de la membrane pharyngienne, réalise une invagination dans le mésenchyme voisin et se dirige, en haut et en arrière, à la rencontre d’une évagination du plancher du diencéphale ; l’invagination progresse, sous forme d’une vésicule creuse, retenue de façon transitoire par le canal pharyngohypophysaire, qui se fragmente pour disparaître secondairement.
Il en résulte la mise en place d’une structure, la poche de Rathke (ectodermique) en contact avec l’évagination diencéphalique.
Cette zone de contact se dirige progressivement de la position rostrale vers la position caudale.
Après la 13e semaine embryonnaire, la position définitive est atteinte.
La poche de Rathke donne naissance à l’adénohypophyse, le plancher du diencéphale à la neurohypohyse.
La croissance du dérivé ectodermique se fait de façon asymétrique, mettant progressivement en place un épithélium antérieur stratifié, par opposition à un épithélium postérieur simple.
L’épithélium antérieur est à l’origine du lobe antérieur et du lobe tubéral de l’adénohypophyse, l’épithélium postérieur à l’origine du lobe intermédiaire.
Cette croissance différentielle a été expliquée par un phénomène de répression exercé en arrière par l’ébauche de la neurohypohyse selon le principe d’induction/compétence énoncé par Spemann.
Les facteurs de transcription et les molécules signal permettent d’expliquer l’importance de cette double interface poche de Rathke/diencéphale/mésenchyme juxtahypophysaire.
B – HYPOTHALAMUS :
Cette structure résulte de la prolifération de cellules progéniteurs situées dans la zone intermédiaire de la paroi diencéphalique située sous le sillon (sulcus) hypothalamique à partir de la cinquième semaine embryonnaire.
C’est plus précisément à partir de cette zone (sillon hypothalamique) que naîtront les NPV et NSO entre les semaines 10,5 et 12,5.
On a démontré que des éléments extérieurs pouvaient aussi participer à la formation de certains des noyaux hypothalamiques, puisque des neurones en provenance des placodes olfactives primitives seraient destinés à donner des neurones à GnRH des noyaux préoptiques.
La fin de la différenciation s’exprime avec la mise en évidence du neurosécrétat, mais celui-ci est identifié au niveau des noyaux hypothalamiques avant sa mise en évidence au niveau des terminaisons axonales, quel que soit le système considéré.
C – CODÉVELOPPEMENT HYPOTHALAMOHYPOPHYSAIRE ANTÉRIEUR (STADE TROIS-QUATRE SOMITES) :
Si l’on considère conjointement le système hypothalamohypophysaire, on doit insister d’emblée sur l’interdépendance du développement de ces deux structures, même si les résultats des techniques d’exérèse/greffes chez le couple caille/poulet ne sont pas aussi univoques qu’il y paraissait il y a encore peu d’années.
En effet, ce n’est vraisemblablement pas la partie antérieure de la plaque neurale qui serait à l’origine de l’adénohypophyse, mais plutôt la partie toute antérieure du versant externe du bourrelet neural antérieur.
Il n’en reste pas moins vrai que la connexion avec l’hypothalamus embryonnaire est indispensable à la cytodifférenciation hypophysaire, en particulier en ce qui concerne les cellules de la lignée corticotrope.
D’un autre côté, l’éminence médiane hypothalamique avec sa composante axonale ne semble pas pouvoir se développer en l’absence de l’hypophyse primitive.
En ce qui concerne l’hypothalamus, le centre de la plaque neurale antérieure est formé de la lame terminale et du chiasma antérieur (récessus préoptique compris).
Les zones latérales de la plaque neurale en arrière de l’éminence thalamique représentent respectivement le thalamus ventral et dorsal.
Dans la région moyenne, juste en arrière du chiasma optique, se trouve l’emplacement du tuber et des corps mamillaires.
Cytodifférenciation (chez l’homme) :
A – HYPOPHYSE :
La cytodifférenciation des lignées adénohypophysaires (lobe antérieur) suit une progression temporospatiale qui s’explique par la mise en place de domaines d’expression de différents facteurs de transcription plus ou moins précoces, transitoires ou permanents.
Néanmoins, l’examen d’hypophyses foetales s’appuyant sur l’histologie, l’ultrastructure et l’immunophénotypage permet déjà de préciser les dates d’apparition des différents types cellulaires.
Vers la septième semaine embryonnaire, les cellules de l’épithélium antérieur de la poche de Rathke ont un aspect encore peu différencié, mais les mitoses y sont nombreuses.
À partir de la huitième semaine, deux populations cellulaires sont immunoréactives : la première à l’anti- adrenocorticotrophic hormone (ACTH) avec colocalisation pour l’anti-melanocyte stimulating hormone (MSH) â, la seconde pour l’anti-growth hormone (GH).
En fait, en ce qui concerne la lignée corticotrope, les cellules peuvent renfermer différents peptides de la série opio-cortico-mélanotrope, séparément ou colocalisés.
La représentation de ces deux types cellulaires augmente progressivement tout au long de la maturation du parenchyme glandulaire.
L’immunopositivité pour la sous-unité á (unité commune aux hormones glycoprotéiques) apparaît à la neuvième semaine, puis progressivement, de la 12e à la 14e semaine, se mettent en place les cellules à prolactine (PRL), les cellules thyréotropes (thyroid stimulating hormone [TSH]), et enfin les cellules gonadotropes (follicle stimulating hormone-luteinizing hormone [FSHLH]).
Celles-ci se caractérisent en outre par un dimorphisme sexuel, en ce qui concerne leur date d’apparition et leur quantité.
Les caractéristiques ultrastructurales des lignées cellulaires s’affirment de façon contemporaine à l’immunopositivité aux différents anticorps, à l’exception d’une population, celle des cellules à prolactine.
En effet, la cellule, immunoréactive à l’antiprolactine dès la 12e semaine, n’acquiert les caractéristiques ultrastructurales de cette lignée que vers la 23e semaine.
L’aspect de cette cellule décrite à la 12e semaine l’a faite classer dans un sous-groupe particulier, celui des cellules mammosomatotropes qui ne disparaîtrait que vers la 26e semaine ; le relais entre les deux formes se situant vers la 23e semaine.
Le lobe intermédiaire provient de l’épithélium postérieur de la poche de Rathke.
Il reste peu développé, mais on y reconnaît essentiellement des cellules de la lignée corticotrope, ainsi que quelques cellules somatotropes qui disparaîtront après la 15e semaine.
Ce lobe ne renferme pratiquement, chez l’adulte, que des kystes de taille variable (renfermant un matériel colloïde, PAS positif [periodic acid shiff]) : ce lobe, dit également « zone cystiforme », est donc constitué de reliquats de la fragmentation de la cavité primitive de la poche de Rathke.
Le lobe tubéral représente une expansion du lobe antérieur. Il est bien développé à partir de la 15e semaine et renferme préférentiellement des cellules gonadotropes et thyréotropes.
Sa vascularisation est particulièrement riche, constituée de vaisseaux portes qui rejoignent le premier réseau capillaire de l’éminence médiane.
B – HYPOTHALAMUS :
La maturation des noyaux hypothalamiques peut être appréciée selon une technique immunohistochimique identique, ayant pour but de mettre en évidence les neurosécrétats en fonction de l’âge gestationnel.
L’existence de différence entre la présence intratissulaire de la neurohormone et le retard en termes de régulation demande des techniques autres, comme par exemple la recherche de l’acide ribonucléique messager (ARNm) ou des récepteurs.
Deux facteurs hypophysiotropes sont présents de façon précoce dans les noyaux hypothalamiques, il s’agit de la thyrolibérine et de la gonadolibérine, détectés dès la quatrième semaine embryonnaire et demie.
Pourtant, leur action régulatrice ne se manifeste, pour l’un comme pour l’autre, que vers la 14e semaine. En ce qui concerne la gonadolibérine, il y a simultanéité avec la différenciation de la lignée cellulaire correspondante.
En ce qui concerne la thyrolibérine, c’est la différenciation terminale des neurones qui n’est pas accomplie, puisque l’immunopositivité des terminaisons axonales au niveau des vaisseaux portes n’est effective que vers la 16e semaine.
La somatostatine est mise en évidence dans l’hypothalamus vers la dixième semaine, la dopamine vers la 15e semaine, la corticolibérine vers la 16e et la somatolibérine vers la 18e semaine.
Des tests utilisant des peptides synthétiques comme ligands montrent néanmoins que des récepteurs existent antérieurement à la mise en évidence des facteurs hypophysiotropes, en particulier pour la corticolibérine et la thyrolibérine.
C – DONNÉES MORPHOFONCTIONNELLES :
Outre l’examen histologique et ultrastructural des hypophyses foetales, les dosages hormonaux périphériques in situ sur broyats tissulaires, ainsi que les techniques in vitro de culture, peuvent apporter des informations complémentaires sur la sécrétion hormonale, plus fragmentaires sur les processus de régulation.
Quelle que soit la technique utilisée, les résultats des dosages hormonaux suivent les étapes de la cytodifférenciation.
Les dosages périphériques, intratissulaires et les cultures d’explants confirment l’apparition successive de l’hormone corticotrope, somatotrope, de la sous-unité á, de la prolactine, de l’hormone thyréotrope et des hormones gonadotropes, respectivement entre la septième et la 14e semaine.
Les taux en sont variables, en fonction du type de la sécrétion et de l’époque gestationnelle.
Le dosage de l’hormone corticotrope montre une augmentation progressive, un maximum entre la 12e et la 34e semaine et une chute à la naissance.
Celui de l’hormone somatotrope augmente depuis son apparition jusqu’à la naissance et ne diminue qu’après.
La prolactine, qui est dosable dans le tissu hypophysaire dès la neuvième semaine et demie, n’est présente dans le sérum qu’à la 12e semaine de gestation et, en culture, pour des explants ayant atteint la 14e semaine de gestation.
Quand on compare ces résultats avec l’apparition des caractéristiques ultrastructurales de la 23e semaine, on retrouve indirectement une preuve de l’existence d’une population antérieure de type mammosomatotrope.
Les taux de sous-unité á diminuent progressivement au cours de la gestation, ceux de l’hormone thyréotrope suivent une pente inverse.
En ce qui concerne les hormones gonadotropes, elles sont toujours plus élevées et plus précoces chez le foetus féminin que chez le foetus masculin, quel que soit l’âge gestationnel.
Leur taux s’élève progressivement pour atteindre un maximum au milieu de la gestation et redescendre lentement dans la seconde partie.
Contrôle génétique et épigénétique du développement :
A – GÉNÉRALITÉS :
Le concept d’induction/compétence, résultant des expériences de Spemann (1924, centre « organisateur »), a suivi le développement des techniques ultérieures d’excision/greffe (substitution isotopique et isochronique) et de coculture, mais a également ouvert un champ d’investigation à ces facteurs encore inconnus à l’époque mais dont on imaginait qu’ils transportaient une « information » depuis un centre « organisateur » vers un lieu « compétent ».
On parle alors de cellules inductrices, ayant la propriété de provoquer une différenciation et, d’autre part, de cellules compétentes ayant la propriété de réagir en se différenciant.
C’est la biologie moléculaire qui permet de décrypter la nature de ces facteurs, leur(s) domaine(s) d’expression, leur(s) lieu(x) d’action.
D’un point de vue moléculaire, une induction peut être expliquée par des contacts cellulaires réalisés entre deux molécules transmembranaires ou par une synthèse, par les cellules inductrices, d’une molécule sécrétée qui agit au niveau d’un récepteur situé sur la cellule compétente.
Différentes protéines ont ainsi pu être caractérisées ou sont encore en cours d’investigation, mais il se dégage la notion que des événements solidaires les uns des autres surviennent en cascade, aboutissant à une parfaite organisation temporospatiale.
Les facteurs de transcription sont des protéines qui se lient à des éléments de régulation dans les régions, promotrice et amplificatrice, de l’acide désoxyribonucléique (ADN).
Ceci leur permet de jouer un rôle pivot dans la régulation de l’expression génique, par inhibition ou stimulation de la transcription des gènes.
Ces protéines sont regroupées selon les similitudes de leur structure en plusieurs grandes familles.
Dans une même famille, les protéines partagent un domaine de structure commun, correspondant au site de liaison à l’ADN, avec par ailleurs un domaine favorisant la transcription, le domaine d’activation trans.
Le motif hélice-tour-hélice (HTH) est un des motifs de liaison à l’ADN les plus simples et les plus communs.
Les protéines à homéodomaine (séquence de 60 acides aminés) constituent une catégorie particulière de protéines HTH.
Cet homéodomaine a été trouvé dans les protéines qui déterminent l’identité des segments chez la drosophile.
La mutation de l’un de ces gènes transforme une région du corps en une autre (mutation homéotique), d’où leur nom de gène homéotique : leur importance est tout aussi grande en ce qui concerne le développement embryonnaire d’organismes multicellulaires parmi lesquels les mammifères.
Ces gènes codent pour un motif, ADN, qui ressemble au domaine HTH.
Certains facteurs de transcription ont à la fois un homéodomaine et une seconde région de liaison à l’ADN.
Dans certains cas, la région qui comprend l’homéodomaine et la seconde région de liaison à l’ADN est appelée le domaine POU (Pit1-Oct1-Oct2-unc-86).
La famille des gènes à domaine POU est impliquée dans la régulation des gènes du développement au niveau du SNC (système nerveux central), de l’hypophyse et du système immunitaire.
Ainsi, l’identification du premier facteur de transcription humain, tissu spécifique, à une protéine à homéodomaine a-t-elle constitué une étape charnière dans la mesure où il est devenu possible de jeter un pont entre deux champs distincts : celui de la régulation transcriptionnelle et celui de la biologie du développement.
B – DONNÉES ACTUELLES SUR LE CODÉVELOPPEMENT HYPOTHALAMOHYPOPHYSAIRE :
À l’heure actuelle, on peut envisager deux voies de signalisation impliquées dans l’organogenèse hypothalamohypophysaire avec, en extension, la mise en place des hormones hypothalamohypophysaires, une voie intrinsèque et une voie extrinsèque, selon qu’il s’agit de facteurs émis au niveau de la poche de Rathke, ou de facteurs provenant d’autres structures mais qui joueront un rôle sur les précédents.
D’une façon schématique, les facteurs les plus précoces ont un domaine d’expression large qui se restreint secondairement.
Ils permettent l’activation de l’expression génique impliquée dans des lignées programmées.
Par ailleurs, certains d’entre eux ne sont que transitoires, alors que d’autres, permanents, jouent aussi un rôle de maintien du phénotype cellulaire après le temps de la maturation.
Les résultats, acquis essentiellement chez la souris, plus rarement chez les amphibiens et les oiseaux, sont présentés sous forme de tableaux.
Un découpage en périodes ne pourrait être qu’arbitraire, dans la mesure où des périodes de recouvrement sont l’expression d’un continuum biologique.
Par ailleurs, la revue de la littérature montre qu’il peut exister des imprécisions dans les datations en fonction du premier jour de gestation choisi comme référence.
Plutôt que de présenter cette cascade complexe telle qu’elle est perçue actuellement, nous avons choisi quelques exemples ponctuels de facteurs de transcription impliqués au niveau de l’hypothalamus et du lobe antérieur de l’adénohypophyse, en envisageant des étapes plus ou moins précoces comme l’engagement et la différenciation, mais aussi des modes d’action différents de signalisations extrinsèque et intrinsèque.
C – HYPOTHALAMUS :
La neurohypophyse originaire du diencéphale est constituée d’un type cellulaire glial, les pituicytes, d’axones et de terminaisons axonales en provenance des noyaux magnocellulaires hypothalamiques.
On a montré que plusieurs membres de la famille de gènes à domaine POU de classe III sont exprimés soit de façon exclusive, soit avec des recouvrements au niveau de l’hypothalamus en cours de développement, dont le facteur Brn2.
Celui-ci est exprimé précocement au niveau du tube neural et se restreint secondairement à certaines structures du SNC.
On le retrouve chez l’adulte au niveau du cortex, du thalamus, de l’hypothalamus, du tronc et du cervelet.
Les souris mutantes homozygotes (souris KO) pour ce gène sont dépourvues à la fois de noyaux hypothalamiques et de neurohypophyse.
En fait, des examens successifs ont montré que jusqu’à E 14,5, la cellularité reste normale au niveau de la neurohypophyse, et que les pituicytes ne sont pas modifiés jusqu’à E 16, mais qu’à cette date il n’existe pas de projection axonale des neurones en provenance des noyaux magnocellulaires.
À partir de cette date, le nombre des pituicytes diminue, ce qui permet d’évoquer deux possibilités : rôle trophique de voisinage joué par les neurones, rôle direct joué par le gène.
Par ailleurs, l’activation d’un autre neuropeptide, le CRH, provenant des noyaux parvocellulaires, ne se produit pas.
Si l’on examine conjointement le lobe antérieur et le lobe intermédiaire de l’adénohypophyse, on ne constate aucune anomalie.
Quelles informations peut-on tirer de ces observations ?
Que le Brn2 est indispensable au développement de lignées spécifiques de noyaux hypothalamiques, mais que, par ailleurs, la différenciation étant accomplie, ces neurones hypothalamiques ne sont plus requis pour le développement de l’adénohypophyse.
D – RÔLE DU DIENCÉPHALE ET DU MÉSENCHYME JUXTAHYPOPHYSAIRE !
1- Diencéphale ventral :
De nombreuses expérimentations chez l’amphibien comme chez l’oiseau (exérèse/greffe, explants en culture/coculture) ont confirmé l’importance de l’association de proximité diencéphale/poche de Rathke, insistant sur l’existence de signaux en provenance du premier sur la cytodifférenciation et l’expansion de certaines lignées cellulaires adénohypophysaires, appartenant au second.
On a ainsi pu montrer récemment que des molécules de signalisation originaires du diencéphale ventral et du mésenchyme juxtahypophysaire agissaient de façon différente en maintenant ou en supprimant l’expression de marqueurs très précoces au niveau de la poche de Rathke primitive.
L’ensemble de ces actions, agonistes et/ou antagonistes s’est révélé essentiel à l’organogenèse hypophysaire ainsi qu’à l’expression de gènes cellulaires spécifiques.
Afin d’assigner à chacune des molécules un rôle aussi exact que possible, diverses procédures peuvent être utilisées.
Elles sont essentiellement basées sur des modèles animaux mutants pour un facteur de transcription connu : pour chacun des facteurs étudiés, on complète par l’étude histologique et génétique de l’organe ainsi modifié.
On peut aussi réaliser des expériences de culture tissulaire isolée et de coculture avec ou sans le facteur étudié.
Les résultats permettent de préciser l’implication, la chronologie, les synergies mises en jeu dans l’organogenèse, la différenciation, la maturation des lignées cellulaires de l’organe considéré.
Le décryptage moléculaire des signaux en provenance du diencéphale ventral et du mésenchyme juxtahypophysaire repose sur le mutant T/ebp–/–.
Ce facteur est exprimé précocement au niveau du diencéphale ventral, de la thyroïde et du poumon, mais pas au niveau de l’hypophyse.
La souris mutée meurt à la naissance avec de nombreuses anomalies de ces organes, mais surtout l’animal est dépourvu d’hypophyse.
L’étude histologique de stades antérieurs montre qu’il existe à E 10,5 une poche de Rathke rudimentaire, dont l’épithélium reste simple et qui disparaît secondairement en l’absence de différenciation.
Au moment de la formation de la poche de Rathke à E 8,5, une molécule signal de la famille TGF-bêta, le BMP4, est exprimée dans le diencéphale ventral, juste au contact de la structure rudimentaire, et ce jusqu’à E 10,5.
C’est à son niveau qu’est exprimé un facteur de la famille LIM, le facteur Isl1.
Chez le mutant T/ebp–/–, ce facteur est toujours exprimé et comme en culture il a été montré que le BMP4 maintient l’expression de Isl1, on explique chez le mutant le maintien de Isl1 par la présence de BMP4.
On peut en conclure que BMP4 est indispensable à la formation de la poche de Rathke primitive.
À E 9,5, une autre molécule signal est exprimée dans le voisinage de la poche de Rathke, le FGF8.
Son domaine d’expression se déplace à E 10,5, vers l’infundibulum, et on retrouve le récepteur du FGF8 au niveau de la poche de Rathke dans une zone adjacente à son domaine d’expression.
On a montré que le domaine d’expression de Fgf8 était calqué sur celui de T/ebp1 et, chez le mutant T/ebp–/–, le FGF8 fait défaut. Deux autres facteurs de la famille LIM, Lhx3 et Lhx4 (Gsh4), sont également exprimés au niveau de la poche de Rathke mais postérieurement à Isl1.
Chez le mutant T/ebp–/–, où le FGF8 fait défaut, il n’y a pas d’activation ni de Lhx3 ni de Lhx4.
En l’absence du couple Lhx3/Lhx4, la poche de Rathke reste rudimentaire ; en l’absence de Lhx3 seul, le développement hypophysaire s’arrête au stade de poche de Rathke définitive.
On peut en déduire que FGF8 est indispensable à la formation d’une poche de Rathke définitive.
Indiquons que dans le cas d’une anomalie survenant antérieurement et portant sur le développement du diencéphale, il y a modification des molécules signal précédentes.
Pour résumer, BMP4 est nécessaire à l’induction et à la formation de la poche rudimentaire, FGF8 contrôle l’activation de Lhx3 et Lhx4, indispensables au passage à la forme définitive.
Par ailleurs, des expériences de culture isolée d’explant de la poche de Rathke comparée à une coculture d’explant avec diencéphale ventral montrent qu’à E 9,5 la coculture est nécessaire, tandis qu’elle est inutile après E 10,5, quand on examine la cytodifférenciation des phénotypes des lignées corticotropes, des lignées Pit1 dépendantes et des lignées á-GSU.
On peut donc compléter les résultats précédents par la notion que, à environ E 10,5, il y a modification du mode de signalisation qui passe d’une voie extrinsèque vers une voie intrinsèque.
2- Mésenchyme juxtahypophysaire :
Le rôle de facteurs de la famille des BMPs autres que BMP4, BMP2 et BMP7 a également été étudié, et ce d’autant plus que leur expression se fait vers E 10,5, c’est-à-dire simultanément à la modification de la voie de signalisation permettant d’imaginer qu’il s’agit d’un signal critique entrant dans la perte de dépendance entre le diencéphale ventral et la poche de Rathke.
Pour cette étude, il a été nécessaire d’utiliser une molécule sécrétée (Shh), dont le domaine d’expression est absent de la poche de Rathke, créant une frontière moléculaire à l’intérieur de l’ectoderme, ce qui permet de délimiter un gradient ventrodorsal d’expression du couple BMP2/FGF8.
À E 10,5, BMP2 est détecté dans la partie ventrale de la poche de Rathke ainsi que dans le mésenchyme avoisinant.
Deux jours plus tard, son expression est restreinte aux cellules bordant la fente de la poche de Rathke, ainsi qu’à la zone de croissance cartilagineuse sous-jacente, pour disparaître à E 15,5/16,5.
Cette extinction va de pair avec la différenciation terminale des lignées Pit1 dépendantes á-GSU, PRL et TSH-bêta.
L’étude de différents modèles transgéniques (facteurs FGF8 et BMP2) a permis de montrer qu’il existait en fait une action signal contraire selon un gradient dorsoventral, vis-à-vis de la détermination des phénotypes cellulaires.
3- Gradients d’expression et cytodifférenciation :
L’étude conjointe des facteurs BMP4/FGF8/BMP2 permet de dégager plusieurs étapes dans le développement hypophysaire où l’on distingue deux couches ectodermiques distinctes : diencéphale ventral à l’origine de facteurs inducteurs et revêtement stomodéal qui représente la partie compétente. Trois étapes peuvent être distinguées :
– la phase initiale du développement hypophysaire correspond d’une part à une phase intense de prolifération sous la dépendance du FGF8, facteur par ailleurs connu pour être un puissant mitogène, d’autre part à une phase d’induction de Lhx3/P-LIM, indispensable à la détermination de l’organe, sous la dépendance du BMP4 ;
– puis se met en place un gradient ventrodorsal d’expression du BMP2, permettant la détermination des lignées cellulaires ventrales dont les lignées Pit1 dépendantes. Une surexpression de BMP2/BMP4 entraîne une majoration de ces lignées ventrales alors que les lignées corticotropes ne sont pas affectées ;
– la troisième phase correspond à une atténuation d’expression de la signalisation de la famille BMP, qui permet la différenciation terminale de tous les types cellulaires ventraux, gonadotrope, thyréotrope, somatotrope et lactotrope.
E – PIT1, FACTEUR DE TRANSCRIPTION SPÉCIFIQUE DE L’HYPOPHYSE :
L’expression de Pit1 ou GHF1 durant l’embryogenèse précède la première apparition des hormones hypophysaires.
Caractérisé en premier lieu chez le rat et la souris, c’est une protéine de 33 kD, responsable de la différenciation de trois types cellulaires, lignées somatotrope, lactotrope et thyréotrope, de la régulation transcriptionnelle des promoteurs cibles, ainsi que de la prolifération et du maintien des cellules dans leur lignée.
Il comporte un homéodomaine caractéristique de la grande famille des protéines régulatrices du développement et un domaine additionnel, le domaine POU.
Chez les rongeurs et l’homme, la différenciation et/ou le maintien des lignées somatotrope, lactotrope et thyréotrope sont sous la dépendance de l’expression du gène Pit1 fonctionnel.
En effet, des mutations du gène Pit1 se traduisent par un hypopituitarisme et une hypoplasie affectant ces trois lignées (cas des mutants Snell et Jackson).
Non seulement les gènes Prl, Gh et Tsh-bêta sont les cibles directes d’action de Pit1, mais aussi le gène du récepteur du GHRH comme le prouve le syndrome de la petite souris (little mouse) caractérisé par une diminution de 90 % des cellules somatotropes.
Néanmoins, il a été montré que Pit1 seul est insuffisant dans la mesure où la différenciation de la lignée somatotrope intervient bien plus tard que l’expression du gène.
Les mécanismes en cause dans la différenciation des trois lignées cellulaires hypophysaires sont loin d’être parfaitement connus, néanmoins l’activation des trois gènes différents nécessite une action coordonnée avec des facteurs secondaires.
La régulation de chacun des trois gènes Prl, Gh, et Tsh nécessite respectivement une coopération avec l’ensemble des Ets (famille des récepteurs à oestrogènes), avec Zn15 et l’AP1-like. Deux points méritent d’être soulignés :
– le messager de Pit1 est détecté précocement avant même l’apparition des différents types cellulaires ; il existe en fait une population de cellules thyréotropes détectée avant l’expression du transcrit ; il s’agit d’une population Pit1 indépendante, de topographie très antérieure et surtout d’existence transitoire ;
– il existe une concordance dans le taux d’expression de la protéine qui est particulièrement élevé entre la 17e et la 19e semaine et à, proximité du terme, ce qui correspond d’une part à un taux d’hormones somatotropes particulièrement élevé, d’autre part à la phase de prolifération des cellules lactotropes.
Dans ces conditions, on peut imaginer que Pit1 ne joue pas exclusivement un rôle dans la cytodifférenciation mais aussi dans la régulation de l’activité hormonale ainsi que dans la prolifération cellulaire.
Enfin, il convient de rappeler que Pit1 a été recherché et localisé dans les adénomes à prolactine, les adénomes somatotropes et les formes mixtes, d’où l’hypothèse d’une implication dans la tumorigenèse mais qui, aujourd’hui, n’a pu encore être confirmée.
Résumé des données actuelles chez l’homme :
Bien que moins documentées, un certain nombre de données générales reprenant les facteurs de transcription décrits chez l’animal se retrouvent chez l’homme, et on peut distinguer schématiquement deux étapes : antérieure et parallèle à la cytodifférenciation.
Rappelons que certaines différences, essentiellement de datation, peuvent s’expliquer par les incertitudes qui persistent toujours quant à l’âge exact de la gestation chez l’homme.
A – FACTEURS DE TRANSCRIPTION ANTÉRIEURS À LA CYTODIFFÉRENCIATION :
Ptx1 a été identifié comme déterminant précoce de différentes structures cérébrales et faciales, donc antérieur au développement hypophysaire.
Il a été initialement proposé comme activateur du gène de la POMC (pro-opiomélanocortine), en fait retrouvé dans tous les types cellulaires adénohypophysaires. Un gène proche, Ptx2, a également été mis en évidence au niveau de la poche de Rathke.
Une mutation de ce dernier est responsable du syndrome de Rieger, caractérisé par des malformations craniofaciales mais sans anomalie hypophysaire.
On ne connaît pas avec précision les domaines de recouvrement de ces deux gènes au niveau épithélial (adénohypophyse) ; en revanche, ils diffèrent en ce qui concerne les dérivés mésenchymateux puisque Ptx1 est impliqué dans les dérivés mandibulaires et Ptx2 dans les dérivés maxillaires.
Deux membres de la famille LIM, Lhx3 et Lhx4, ont été mis en évidence au moment de l’invagination de l’ectoderme stomodéal.
Le premier reste exprimé au niveau de toute la glande, tandis que l’expression du deuxième se restreint secondairement au lobe antérieur.
Un troisième membre de cette famille P-LIM serait également exprimé à un stade précoce du développement de la poche de Rathke ; il est en effet retrouvé dans tous les types cellulaires, mais il n’est probablement pas impliqué dans les processus de cytodifférenciation.
Rpx, également identifié au niveau de l’hypophyse primitive, semble même être impliqué de façon plus générale dans le développement de la partie antérieure de l’embryon.
Son expression disparaît du mésenchyme et se restreint exclusivement à la poche de Rathke.
Il est appelé à disparaître au moment de la mise en place des autres facteurs de transcription spécifiques hypophysaires. Prop1 est également exprimé précocement.
Sa disparition se fait conjointement avec la mise en place des phénomènes de cytodifférenciation mais il est indispensable à l’expression de Pit1 qu’il précède, ce qui est confirmé en clinique humaine dans les syndromes déficitaires hormonaux hypophysaires associés similaires au modèle de la souris Ames.
B – FACTEURS DE TRANSCRIPTION CONTEMPORAINS DE LA CYTODIFFÉRENCIATION :
1- Pit1 (GHF-1) :
C’est le plus anciennement connu des facteurs de transcription hypophysaire spécifiques.
Pit1 n’est retrouvé que dans les cellules somatotropes, lactotropes et thyréotropes.
Il est à la fois indispensable à la cytodifférenciation mais aussi au maintien des trois lignées.
Chez l’homme, la chronologie de la différenciation cellulaire diffère de celle des rongeurs puisque les cellules lactotropes, thyréotropes â et gonadotropes â ne sont mises en évidence qu’à la 12e semaine mais, comme chez l’animal, Pit1 est insuffisant, à lui seul, au processus de différenciation.
On peut ainsi résumer actuellement les connaissances concernant le facteur Pit1 :
– l’expression de son ARNm précède la mise en évidence des hormones hypophysaires ;
– il est retrouvé abondamment et précocement dans l’hypophyse humaine et, de ce fait, joue vraisemblablement un rôle dans la cytodifférenciation et la prolifération cellulaire ;
– enfin, la corrélation entre la détection de son ARNm et la localisation de la protéine évoque un mécanisme de régulation posttranscriptionnel spécifique du type cellulaire.
2- CREB :
Bien que présent au niveau des promoteurs de nombreux gènes, il n’est probablement pas candidat à un contrôle cellulaire spécifique, mais il pourrait agir en synergie avec d’autres facteurs et serait probablement impliqué dans le développement des cellules somatotropes.
3- ER :
De nombreuses études ont montré que les oestrogènes intervenaient directement par le biais de leur récepteur dans la régulation de la transcription du gène de la prolactine, de sa synthèse et de sa sécrétion.
Mais son rôle ne se limite pas à un seul type cellulaire, en effet la séquence de différenciation des cellules hypophysaires (corticotrope, somatotrope, sous-unité-alpha, prolactine, sous-unité-bêta spécifiques) implique l’existence d’un facteur autre que Pit1, et le candidat le plus probable à ce rôle pourrait être l’ER-alpha.
4- TEF :
Bien que son expression soit ubiquitaire, ce facteur est probablement impliqué dans l’activation de l’expression du gène de la TSH-bêta.
En outre, ce facteur pourrait aussi être impliqué dans la mise en place d’une sécrétion de TSH par les cellules qui produisent PIT1.
5- SF1 :
Il est nécessaire à la différenciation des cellules gonadotropes hypophysaires aussi bien qu’à la différenciation du noyau ventromédian de l’hypothalamus.
Chez l’homme, Sf1 est exclusivement exprimé dans les cellules gonadotropes sans qu’il existe aucun rapport avec l’expression de la sous-unité-alpha.
6- CUTE :
Cette protéine a été identifiée dans différents types cellulaires exprimant POMC, mais pas dans les autres types cellulaires.
Ce facteur est impliqué comme un facteur déterminant spécifique de l’expression du gène de la POMC.
C – FACTEURS HYPOTHÉTIQUES :
D’autres facteurs impliqués dans l’ontogenèse des hormones hypophysaires chez la souris sont encore à l’heure actuelle considérés plus comme des candidats potentiels : il s’agit du facteur Zn 15, de la famille Ets, des récepteurs à glycocorticoïdes (GCRs), des récepteurs à l’hormone thyroïdienne (THRs) et des récepteurs à l’acide rétinoïque.
Conclusion :
Nous conclurons par quelques exemples en pathologie humaine en rapport avec le facteur de transcription le mieux connu à l’heure actuelle, Pit1.
C’est en effet la connaissance des anomalies qui nous renseignent sur l’implication d’un gène dans le développement normal.
Chez l’homme, depuis 1991, année du clonage de Pit1, différentes mutations ont été rapportées.
Des mutations de Pit1 sont à l’origine de maladies génétiques familiales caractérisées par un retard statural par déficit hypophysaire combiné de GH, PRL et TSH.
Dix mutations ont été décrites à ce jour chez une trentaine de sujets appartenant à 16 familles distinctes à travers le monde.
Dans la majorité des cas, il existe un déficit profond de la sécrétion de GH s’accompagnant d’un nanisme sévère et un déficit complet de la sécrétion de PRL, associé à un déficit variable thyréotrope.
Lorsque ce dernier est à la fois grave et précoce, on est en présence du retard mental caractéristique de l’hypothyroïdie congénitale.
Il peut en outre exister ou non une hypoplasie hypophysaire décelable par imagerie radiologique.
Il peut s’agir soit de mutations ponctuelles, soit de l’apparition d’un codon stop ou de délétions du gène.
Les mutations peuvent être dominantes, fréquentes ou sporadiques, ou récessives.
À l’heure actuelle, la fréquence des mutations de Pit1 parmi les déficits hypophysaires associés est encore difficile à établir, néanmoins il s’agit à ce jour du seul modèle humain clairement démontré.
