Étude des mécanismes associés aux effets bénéfiques de la restriction calorique sur la fonction somatotrope du rat vieillissant.

Dans les cellules somatotropes, la liaison du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRH) à son récepteur (GHRH-R) stimule la synthèse et la sécrétion de l’hormone de croissance (GH) ainsi que la prolifération cellulaire. Chez les mammifères, le vieillissement est caractérisé par une diminution de la sécrétion de GH, liée à une perte de sensibilité des somatotropes au GHRH. Chez le rat âgé, des modifications de niveaux d'ARNm du GHRH-R et une diminution d'affinité et de capacité de liaison du GHRH sont rapportés. Au cours du vieillissement, une augmentation des niveaux de glucose et d’acides gras libres sérique suggère qu’une gluco- ou lipotoxicité puisse contribuer au dysfonctionnement de la fonction somatotrope. À ce jour, la restriction calorique modérée de longue durée (RCMLD) constitue l’intervention la plus efficace pour prévenir ou retarder les détériorations liées à l’âge. Des études ont montré des effets bénéfiques de la RCMLD sur l’axe somatotrope au cours du vieillissement via un maintien des paramètres de liaison du GHRH-R. Compte tenu de l’importance de cet axe, la compréhension des mécanismes menant à la somatopause ainsi que ceux associés aux effets bénéfiques de la RCMLD s’avère importante. Les objectifs principaux de la présente thèse étaient : 1) de déterminer les effets de la RCMLD chez le rat, sur le GHRH-R hypophysaire et la sensibilité des somatotropes au GHRH, 2) d’identifier les mécanismes associés à la somatopause et aux effets bénéfiques de la RCMLD, et 3) de préciser les effets d’une gluco-ou lipotoxicité sur l’axe somatotrope de rats et leur implication dans la somatopause. Des rats de 8 mois ont été soumis à une restriction calorique de 40% jusqu’à l’âge de 18-20 mois et ont été comparés à des rats jeunes et âgés nourris ad libitum. Cette étude a permis de mettre en évidence des effets bénéfiques de la RCMLD sur la régulation et la fonctionnalité du GHRH-R et de proposer que le glucose et les acides gras libres (AGL) circulants soient impliqués dans le vieillissement de la somatotrope. Une étude de micro-puce à ADN à permis d’identifier des gènes associés à des mécanismes de protection et de réparation des dommages cellulaires mis en place dans l’hypophyse antérieure au cours du vieillissement et par la RCMLD. Finalement, les effets d’un stress gluco- ou lipotoxique sur la fonction somatotrope ont été étudiés chez des rats de 2 et 6 mois, infusés 72 h avec une solution de glucose ou d’Intralipides, mimant les niveaux circulants de glucose et d’AGL retrouvés chez le rat âgé. Les résultats obtenus montrent que la glucotoxicité affecte la régulation de certains gènes de la somatotrope, dont le GHRH-R, et suggèrent que la capacité de réponse à ce type de stress est altérée. Les mécanismes par lesquels la glucotoxicité exerce ces effets pourraient inclure la génération de stress oxydant. L’ensemble de ces résultats proposent de nouvelles pistes mécanistiques qui pourraient contribuer au retardement de la somatopause et, ultimement, à l’élaboration de nouvelles stratégies d’intervention nutritionnelles ou pharmacologiques ciblant les mêmes voies que la RCMLD, avec une efficacité similaire ou supérieure.

DNase I-hypersensitive sites I and II of the human growth hormone locus control region are a major developmental activator of somatotrope gene expression

High-level expression of the human growth hormone (hGH) gene is limited to somatotrope and lactosomatotrope cells of the anterior pituitary. We previously identified a locus control region (LCR) for the hGH gene composed of four tissue-specific DNase I-hypersensitive sites (HS) located between −14.6 kb and −32 kb 5′ to the hGH transcription start site that is responsible for establishing a physiologically regulated chromatin domain for hGH transgene expression in mouse pituitary. In the present study we demonstrated that the LCR mediates somatotrope and lactosomatotrope restriction on an otherwise weakly and diffusely expressed hGH transgene. The subregion of the LCR containing the two pituitary-specific HS, HSI and HSII (−14.6 to −16.2 kb relative to the hGH promoter and denoted HSI,II), was found to be sufficient for mediating somatotrope and lactosomatotrope restriction, for appropriately timed induction of hGH transgene expression between embryonic days 15.5 and 16.5, and for selective extinction of hGH expression in mature lactotropes. When studied by cell transfection, the HSI,II fragment selectively enhanced transcription in a presomatotrope-derived cell line, although at levels (2- to 3-fold) well below that seen in vivo. The LCR activity of the HSI,II element was therefore localized by scoring transgene expression in fetal founder pituitaries at embryonic day 18.5. The data from these studies indicated that a 404-bp segment of the HSI,II region encodes a critical subset of LCR functions, including the establishment of a productive chromatin environment, cell-specific restriction and enhancement of expression, and appropriately timed induction of the hGH transgene during embryonic development.

Pax6 is essential for establishing ventral-dorsal cell boundaries in pituitary gland development

Pax6, a highly conserved member of the paired homeodomain transcription factor family that plays essential roles in ocular, neural, and pancreatic development and effects asymmetric transient dorsal expression during pituitary development, with its expression extinguished before the ventral → dorsal appearance of specific cell types. Analysis of pituitary development in the Small eye and Pax6 −/− mouse mutants reveals that the dorsoventral axis of the pituitary gland becomes ventralized, with dorsal extension of the transcriptional determinants of ventral cell types, particularly PFrk. This ventralization is followed by a marked decrease in terminally differentiated dorsal somatotrope and lactotrope cell types and a marked increase in the expression of markers of the ventral thyrotrope cells and SF-1-expressing cells of gonadotrope lineage. We suggest that the transient dorsal expression of Pax6 is essential for establishing a sharp boundary between dorsal and ventral cell types, based on the inhibition of Shh ventral signals.