Génomique fonctionnelle des cellules corticotropes hypophysaires : contrôle génétique de la gestion systémique des stress

L'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) permet de maintenir l'homéostasie de l'organisme face à divers stress. Qu'ils soient de nature psychologique, physique ou inflammatoire/infectieux, les stress provoquent la synthèse et la libération de CRH par l'hypothalamus. Les cellules corticotropes hypophysaires perçoivent ce signal et en réaction, produisent et sécrètent l'ACTH. Ceci induit la synthèse des glucocorticoïdes (Gc) par le cortex surrénalien; ces stéroïdes mettent le système métabolique en état d’alerte pour la réponse au stress et à l’agression. Les Gc ont le rôle essentiel de contrôler les défenses de l'organisme, en plus d'exercer une rétro-inhibition sur l'axe HPA. L'ACTH est une petite hormone peptidique produite par le clivage d'un précurseur: la pro-opiomélanocortine (POMC). À cause de sa position critique dans la normalisation de l'homéostasie, le contrôle transcriptionnel du gène Pomc a fait l'objet d'études approfondies au cours des dernières décennies. Nous savons maintenant que la région promotrice du gène Pomc permet une expression ciblée dans les cellules POMC hypophysaires. L'étude du locus Pomc par des technologies génomiques m'a permis de découvrir un nouvel élément de régulation qui est conservé à travers l'évolution des mammifères. La caractérisation de cet enhancer a démontré qu'il dirige une expression restreinte à l'hypophyse, et plus particulièrement dans les cellules corticotropes. De façon intéressante, l'activité de cet élément dépend d'un nouveau site de liaison recrutant un homodimère du facteur de transcription Tpit, dont l'expression est également limitée aux cellules POMC de l'hypophyse. La découverte de cet enhancer ajoute une toute nouvelle dimension à la régulation de l'expression de POMC. Les cytokines pro-inflammatoires IL6/LIF et les Gc sont connus pour leur antagonisme sur la réaction inflammatoire et sur le promoteur Pomc via l'action des facteurs de transcription Stat3 et GR respectivement. L'analyse génomique des sites liés ii par ces deux facteurs nous a révélé une interrelation complexe et a permis de définir un code transcriptionnel entre ces voies de signalisation. En plus de leur action par interaction directe avec l’ADN au niveau des séquences régulatrices, ces facteurs interagissent directement entre eux avec des résultats transcriptionnels différents. Ainsi, le recrutement de GR par contact protéine:protéine (tethering) sur Stat3 étant lié à l'ADN provoque un antagonisme transcriptionnel. Inversement, le tethering de Stat3 sur GR supporte une action synergique, tout comme leur co-recrutement à l'ADN sur des sites contigus ou composites. Lors d'une activation soutenue, ce synergisme entre les voies IL6/LIF et Gc induit une réponse innée de défense cellulaire. Ainsi lors d'un stress majeur, ce mécanisme de défense est mis en branle dans toutes les cellules et tissus. En somme, les travaux présentés dans cette thèse définissent les mécanismes transcriptionnels engagés dans le combat de l'organisme contre les stress. Plus particulièrement, ces mécanismes ont été décrits au niveau de la réponse globale des corticotropes et du gène Pomc. Il est essentiel pour l'organisme d'induire adéquatement ces mécanismes afin de faire face aux stress et d'éviter des dérèglements comme les maladies inflammatoires et métaboliques.

Rôle des facteurs de transcription Tpit et NeuroD1 dans l'activation histospécifique de la POMC et dans la différenciation des cellules corticotropes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle des facteurs de transcription Tpit et NeuroD1 dans l'activation histospécifique de la POMC et dans la différenciation des cellules corticotropes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Multi-responsiveness of single anterior pituitary cells to hypothalamic-releasing hormones: A cellular basis for paradoxical secretion

The classic view for hypothalamic regulation of anterior pituitary (AP) hormone secretion holds that release of each AP hormone is controlled specifically by a corresponding hypothalamic-releasing hormone (HRH). In this scenario, binding of a given HRH (thyrotropin-, growth hormone-, corticotropin-, and luteinizing hormone-releasing hormones) to specific receptors in its target cell increases the concentration of cytosolic Ca2+ ([Ca2+]i), thereby selectively stimulating the release of the appropriate hormone. However, “paradoxical” responses of AP cells to the four well-established HRHs have been observed repeatedly with both in vivo and in vitro systems, raising the possibility of functional overlap between the different AP cell types. To explore this possibility, we evaluated the effects of HRHs on [Ca2+]i in single AP cells identified immunocytochemically by the hormone they stored. We found that each of the five major AP cell types contained discrete subpopulations that were able to respond to several HRHs. The relative abundance of these multi-responsive cells was 59% for lactotropes, 33% for thyrotropes, and in the range of 47–55% for gonadotropes, corticotropes, and somatotropes. Analysis of prolactin release from single living cells revealed that each of the four HRHs tested were able to induce hormone release from a discrete lactotrope subpopulation, the size of which corresponded closely to that in which [Ca2+]i changes were induced by the same secretagogues. When viewed as a whole, our diverse functional measurements of multi-responsiveness suggest that hypothalamic control of pituitary function is more complicated than previously envisioned. Moreover, they provide a cellular basis for the so-called “paradoxical” behavior of pituitary cells to hypothalamic hypophysiotropic agents.

Tbx19, a tissue-selective regulator of POMC gene expression

Pituitary cell types arise in a temporally and spatially specific fashion, in response to combinatorial actions of transcription factors induced by transient signaling gradients. The critical transcriptional determinants of the two pituitary cell types that express the pro-opiomelanocortin (POMC) gene, the anterior lobe corticotropes, producing adrenocorticotropin, and the intermediate lobe melanotropes, producing melanocyte-stimulating hormone (MSHα), have remained unknown. Here, we report that a member of the T-box gene family, Tbx19, which is expressed only in the rostral ventral diencephalon and pituitary gland, commencing on e11.5, marks pituitary cells that will subsequently express the POMC gene and is capable of altering progression of ventral cell types and inducing adrenocorticotropin in rostral tip cells. It is suggested that Tbx19, depending on the presence of synergizing transcription factors, can activate POMC gene expression and repress the α glycoprotein subunit and thyroid-stimulating hormone β promoters.

Extrapituitary expression of the rat V1b vasopressin receptor gene.

[Arg8]vasopressin (AVP) stimulates adrenocorticotropic hormone release from the anterior pituitary by acting on the V1b AVP receptor. This receptor can be distinguished from the vascular/hepatic V1a and renal V2 AVP receptors by its differential binding affinities for structural analogous of AVP. Recent studies have shown that the cloned V1a and V2 receptors are structurally related. We have isolated a clone encoding the V1b receptor from a rat pituitary cDNA library using polymerase chain reaction (PCR)-based methodology. The rat V1b receptor is a protein of 421 amino acids that has 37-50% identity with the V1a and V2 receptors. Homology is particularly high in the seven putative membrane-spanning domains of these guanine nucleotide-binding protein-coupled receptors. Expression of the recombinant receptor in mammalian cells shows the same binding specificity for AVP agonists and antagonists as the rat pituitary V1b receptor. AVP-stimulated phosphotidylinositol hydrolysis and intracellular Ca2+ mobilization in Chinese hamster ovary or COS-7 cells expressing the cloned receptor suggest second messenger signaling through phospholipase C. RNA blot analysis, reverse transcription PCR, and in situ hybridization studies reveal that V1b receptor mRNA is expressed in the majority of pituitary corticotropes as well as in multiple brain regions and a number of peripheral tissues, including kidney, thymus, heart, lung, spleen, uterus, and breast. Thus, the V1b receptor must mediate some of the diverse biological effects of AVP in the pituitary as well as other organs.

The effect of active immunization against adrenocorticotropic hormone on cortisol, beta-endorphin, vocalization, and growth in pigs

Because the poor growth performance of intensively housed pigs is associated with increased circulating glucocorticoid concentrations, we investigated the effects of glucocorticoid suppression by inducing a humoral immune response to ACTH on physiological and production variables in growing pigs. Grower pigs (28.6 0.9 kg) were immunized with amino acids 1 through 24 of ACTH conjugated to ovalbumin and suspended in diethylaminoethyl (DEAE) dextran-adjuvant or adjuvant alone (control) on d 1, 28, and 56. The ACTH-specific antibody titers generated suppressed increases in cortisol concentrations on d 63 in response to an acute stressor (P = 0.002; control = 71 +/- 8.2 ng/ mL; ACTH-immune = 43 +/- 4.9 ng/mL) without altering basal concentrations. Plasma beta-endorphin concentrations were also increased (P < 0.001) on d 63 (control = 18 +/- 2.1 ng/mL; ACTH-immune = 63 +/- 7.3 ng/mL), presumably because of a release from negative feedback on the expression of proopiomelanocortin in pituitary corticotropes. Immunization against ACTH did not alter ADG (P = 0.120; control = 1,077 25; ACTH-immune = 1,143 25 g) or ADFI (P = 0.64; control = 2,719 42; ACTH-immune = 2,749 42 g) and did not modify behavior (P = 0.681) assessed by measuring vocalization in response to acute restraint. In summary, suppression of stress-induced cortisol responses through ACTH immunization increased beta-endorphin concentrations, but it did not modify ADG, ADFI, or restraint vocalization score in growing pigs.

Du mécanisme moléculaire de la résistance hormonale à la tumorigénèse dans la maladie de Cushing

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Du mécanisme moléculaire de la résistance hormonale à la tumorigénèse dans la maladie de Cushing

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.