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Numéro
Med Sci (Paris)
Volume 17, Numéro 11, Novembre 2001
Page(s) 1203 - 1207
Section Nouvelles
DOI http://dx.doi.org/10.1051/medsci/200117111203
Publié en ligne 15 novembre 2001

© 2001 médecine/sciences - Inserm / SRMS

La glande hypophysaire joue un rôle essentiel pour le maintien de l’homéostasie chez les vertébrés en intégrant les signaux provenant de l’hypothalamus et en contrôlant le métabolisme, la reproduction et la croissance. Cette glande endocrine est composée de six types cellulaires qui produisent chacun une hormone différente : les thyréotropes (l’hormone thyréotrope, TSH), les somatotropes (l’hormone de croissance, GH), les lactotropes (la prolactine, PRL), les gonadotropes (les gonadotropines, LH/FSH), les mélanotropes (la mélanotropine, α-MSH) et les corticotropes (la corticotropine, ACTH). L’ACTH et l’α-MSH sont toutes deux produites à partir du même précurseur, la proopiomélanocortine (POMC), qui provient d’un seul gène exprimé dans les deux lignées différentes. Les lignées hypophysaires se différencient séquentiellement à partir d’un primordium commun, la poche de Rathke, qui dérive du stomodeum. Certains facteurs de transcription tels que Pitx1/2, Rpx (Hesx1) et Lim3 (Lhx3), sont associés aux événements précoces de l’induction et de la morphogenèse hypophysaire tandis que d’autres facteurs jouent un rôle dans la différenciation de lignées particulières. Par exemple, Prop1 et Pit1 sont importants pour la différenciation des somatotropes, des lactotropes et des thyréotropes alors que SF1 est nécessaire à la différenciation des gonadotropes [1].

Le mécanisme de différenciation des cellules corticotropes demeurait jusqu’à récemment le moins bien compris de l’hypophyse. Plusieurs hypothèses ont tenté d’en expliquer l’origine et le processus, mais aucun facteur connu ne joue un rôle spécifique dans la différenciation de cette lignée. Pitx1 et NeuroD1 étaient tous deux connus pour leur importance dans la transcription histo-spécifique du gène de la POMC [2-4]. Pourtant, leur présence n’est pas suffisante pour induire la différenciation terminale de cette lignée (communication personnelle). D’autre(s) facteur(s) devai(en)t donc être impliqué(s) dans ce processus.

Identification d’un nouveau facteur à boîte T

Nous avions identifié le facteur de transcription Pitx1 par sa liaison à un élément de contrôle du promoteur de la POMC [2]. Cet élément, que nous avons nommé CE3, confère une activité au gène de la POMC, de façon spécifique dans l’hypophyse. Toutefois, comme Pitx1 est exprimé dans toutes les lignées cellulaires de l’hypophyse [5], il ne peut à lui seul conférer la spécificité cellulaire d’expression de la POMC. Nous avons identifié une séquence contiguë au site de liaison de Pitx1 qui, lorsque mutée, rend l’élément CE3 totalement inactif. La séquence contenue dans cette région, TCACACCA, est presque identique au demi site de liaison de l’élément T, une séquence palindromique reconnue par les facteurs de transcription de la famille des boîtes T. Nous avons alors émis l’hypothèse selon laquelle un de ces facteurs devait lier le promoteur de la POMC. L’utilisation d’oligonucléotides dégénérés correspondant à la partie la plus conservée de ce type de facteurs de transcription, la boîte T (domaine de liaison à l’ADN), nous a permis de cloner un nouveau membre de cette famille, Tpit, à partir d’ADNc de cellules AtT-20, un modèle de cellules corticotropes [6].

La famille des gènes à boîte T

Les facteurs à boîte T forment une famille de facteurs de transcription qui semblent être au nombre de 19 dans le génome humain (Tableau I).

Tableau I.

Gènes à boîte T présents dans le génome humain.

Plusieurs membres ont été associés à des rôles de patterning durant le développement [7]. Jusqu’à récemment, un seul facteur avait été impliqué dans la différenciation cellulaire. En effet, il a été montré que la protéine Tbet dirige les cellules naïves T auxiliaire (Th) vers la voie de différenciation Th1 et réprime la voie opposée, Th2. Toutefois, le mécanisme impliqué demeure inconnu [8].

Des gènes codant pour des facteurs à boîte T sont présents chez tous les vertébrés, du xénope et du poisson zèbre jusqu’à la souris et l’homme. Des homologues un peu plus divergents ont aussi été identifiés chez le vers C. elegans et la drosophile, ce qui suggère que le motif de la boîte T a été conservé au cours de l’évolution [9].

Brachyury est le premier membre de cette famille qui a été identifié. La mutation Brachyury ou T (tail) avait été décrite chez la souris en 1927 par Dobrovolskaïa-Zavadskaa qui avait observé que les mutants hétérozygotes avaient une queue plus courte et parfois tordue [10]. D’autres travaux ont montré que les souris homozygotes avaient des défauts de formation des somites postérieurs, une absence de notochorde, et que leur sillon primitif était nettement épaissi [11-13]. Au début des années 1990, le gène Brachyury fut isolé par clonage positionnel. Il a aussi été montré que son patron d’expression correspondait au phénotype retrouvé chez le mutant [14]. Depuis, de nombreux membres de la famille des facteurs à boîte T ont été identifiés et plusieurs d’entre eux ont été associés à des maladies humaines connues. En effet, des mutations du gène Tbx1 ont été associées au syndrome de DiGeorge [15, 16], de Tbx3 au syndrome radiomammaire de type Pallister [17] et de Tbx5 au syndrome de Holt-Horam [18, 19]. Toutefois, les mécanismes de contrôle des facteurs à boîte T ainsi que ceux de leur action sur des gènes cibles demeurent mal connus.

Tpit et Pitx1 sont des partenaires transcriptionnels

Dans la lignée corticotrope de l’hypophyse, Tpit et Pitx1 sont des partenaires essentiels l’un pour l’autre, et activent le promoteur de la POMC de façon synergique. Cette activité synergique semble due à un effet coopératif entre Tpit et Pitx1 lors de leur interaction avec des sites contigus sur l’ADN de l’élément régulateur CE3 [6].

L’expression de Tpit est restreinte aux cellules corticotropes de l’hypophyse

L’étude de l’expression de Tpit au cours du développement nous a révélé que son expression est restreinte aux cellules exprimant la POMC dans l’hypophyse et que son apparition précède celle de la POMC [6]. De plus, Tpit n’est pas exprimé dans les autres tissus où l’on retrouve la POMC, tels que les neurones du noyau arqué de l’hypothalamus [6]. Ces données suggèrent un rôle de Tpit dans la différenciation des cellules POMC hypophysaires. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons mis au point une expérience de gain de fonction chez des souris transgéniques (figure 1). A l’aide du promoteur de la sous-unité α-glycoprotéine (α-GSU) [20], l’expression de Tpit a été ciblée dans la pointe rostrale de l’hypophyse précoce, une structure transitoire contenant des cellules non différenciées [21] qui expriment de hauts niveaux de Pitx1 [5]. Ces cellules n’expriment normalement pas la POMC, mais expriment de façon transitoire α-GSU [22]. Cette expression ectopique de Tpit suffit pour induire l’expression de la POMC dans la partie rostrale. Toutefois, d’autres marqueurs des cellules POMC tels que NeuroD1 n’ont pas été induits dans cette expérience, ce qui indique que Tpit suffit in vivo pour provoquer la transcription de la POMC dans l’hypophyse, mais que d’autres signaux sont vraisemblablement requis pour la différenciation complète en corticotropes [6].

thumbnail Figure 1.

Présentation schématique de L’expérience de transgenèse. Untransgène αGSU-Tpit est utilisé afin de cibler lexpression de Tpit dans la pointe rostrale de l’hypophyse en développement qui exprime de hauts niveaux de Pitx1. Au jour e14.5 du développement fœtal, lapparition ectopique de la POMC peut être observée dans la partie rostrale de lhypophyse des souris trangéniques et non chez les souris de type sauvage.

Tpit est impliqué dans la déficience isolée en ACTH

Chez l’homme, la POMC est principalement exprimée dans trois tissus : l’hypophyse où l’ACTH est produite pour stimuler la production de glucocorticoïdes par les surrénales, l’hypothalamus où elle contrôle l’appétit, et la peau où elle joue un rôle dans la pigmentation. En 1998, des mutations dans le gène de la POMC ont été identifiées [23]. Les patients affectés ont un triple phénotype qui est bien en relation avec les trois sites d’expression de la POMC : la déficience en glucocorticoïdes, l’obésité et l’absence de pigmentation (m/s 1998, n° 8/9, p. 955). Certains enfants présentent une déficience congénitale isolée en ACTH et, conséquemment, une insuffisance surrénalienne [24]. Cette présentation clinique correspond à un seul des symptômes des patients qui ont une mutation dans le gène POMC. De nombreuses hypothèses ou gènes candidats ont été évalués pour expliquer ce déficit isolé en ACTH [25, 26]. L’expression très restreinte de Tpit dans la lignée POMC de l’hypophyse et son rôle dans l’induction de la POMC in vivo nous ont amenés à proposer que le gène TPIT puisse par sa mutation être responsable de la déficience isolée en ACTH.

Nous avons analysé l’ADN de trois enfants présentant un déficit isolé en ACTH. Des mutations dans le gène Tpit ont été identifiées chez deux d’entre eux (figure 2). Ces patients présentent d’ailleurs des symptômes très similaires [24]. Un premier patient porte une mutation ponctuelle homozygote qui introduit un codon stop dans la partie codante du gène TPIT, et qui produirait une délétion de la partie carboxy terminale de la protéine. Les parents de l’enfant atteint sont porteurs de la mutation à l’état hétérozygote et ne semblent pas souffrir d’insuffisance hormonale; cette mutation serait donc récessive. L’autre patient a une mutation ponctuelle dans la partie codant la boîte T, qui change une sérine pour une phénylalanine. Ce résidu est conservé dans tous les gènes à boîtes T connus de toutes les espèces. Cette mutation semble dominante puisque le patient atteint est hétérozygote; la protéine mutante pourrait agir de façon dominant négatif.

thumbnail Figure 2.

Des mutations du gène TPIT causent une déficience isolée en ACTH. A. Comparaison des phénotypes produits par les mutations dans le gène codant pour la POMC ou le gène TPIT. B. Représentation schématique des mutations identifiées dans le gène TPIT chez deux patients présentant un déficit isolé en ACTH [6]. Le patient 2 est de la même fratrie que le cas décrit par Malpuech et al. [24].

Perspectives

La découverte de Tpit jette un nouvel éclairage sur les mécanismes de différenciation des cellules corticotropes. Il nous faut maintenant identifier les signaux qui induisent l’expression de Tpit. Des travaux récents ont montré que des gradients de facteurs extracellulaires tels les FGF (fibroblast growth factor) et les BMP (bone morphogenic protein) sont impliqués dans la différenciation des lignées hypophysaires [27,28]. Le rôle précis de ces signaux dans les corticotropes demeure peu connus. L’identification de Tpit permet de proposer une cible pour l’action de tels signaux extracellulaires et pour leur intégration dans un complexe transcriptionnel spécifique, unique aux lignées corticotrope et mélanotrope

Références

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Liste des tableaux

Tableau I.

Gènes à boîte T présents dans le génome humain.

Liste des figures

thumbnail Figure 1.

Présentation schématique de L’expérience de transgenèse. Untransgène αGSU-Tpit est utilisé afin de cibler lexpression de Tpit dans la pointe rostrale de l’hypophyse en développement qui exprime de hauts niveaux de Pitx1. Au jour e14.5 du développement fœtal, lapparition ectopique de la POMC peut être observée dans la partie rostrale de lhypophyse des souris trangéniques et non chez les souris de type sauvage.

Dans le texte
thumbnail Figure 2.

Des mutations du gène TPIT causent une déficience isolée en ACTH. A. Comparaison des phénotypes produits par les mutations dans le gène codant pour la POMC ou le gène TPIT. B. Représentation schématique des mutations identifiées dans le gène TPIT chez deux patients présentant un déficit isolé en ACTH [6]. Le patient 2 est de la même fratrie que le cas décrit par Malpuech et al. [24].

Dans le texte