Soutenance mémoire
Chez tous les vertébrés, trois hormones glycoprotéiques FSH, LH, TSH sont sécrétées par l’hypophyse et jouent des rôles primordiaux dans les contrôles de la reproduction et du métabolisme. Ces hormones formées par l’association non-covalente de sous-unités α et β, n’existent pas chez les invertébrés. Cependant, chez pratiquement tous les invertébrés comme chez tous les vertébrés, des gènes appelés gpa2 et gpb5, apparentés respectivement à ceux des sous-unités α et β des hormones glycoprotéiques sont retrouvés par des analyses in silico. Par conséquent, les protéines GPA2 et GPB5 codées par ces gènes gpa2 et gpb5 doivent jouer un ou plusieurs rôles absolument primordiaux et représentent sans doute, les ancêtres moléculaires des sous-unités α et β des hormones glycoprotéiques.
Ancêtres moléculaires des sous-unités α et β des hormones glycoprotéiques
Le système endocrinien
Le système endocrinien et le système nerveux régulent divers processus physiologiques longs ou même continuels tels que la croissance, le métabolisme, la différentiation sexuelle, l’osmorégulation et l’homéostasie par l’intermédiaire de médiateurs chimiques appelés hormones qui agissent sur des récepteurs spécifiques au niveau de leurs organes cibles. La structure du système endocrinien a particulièrement été conservée au cours de l’évolution. Ses fonctions ont quant à elles connu des spéciations concernant les hormones, les récepteurs propres aux tissus de l’organisme et leurs cibles. Les systèmes neurosécrétoires sont déjà bien développés chez les invertébrés. La structure et la fonction de leurs organes sont bien spécialisées pour réguler la fonction endocrine. Par exemple, chez les cnidaires, on trouve des cellules neurosécrétrices qui secrètent des neuropeptides dont le rôle principal est de contrôler l’alimentation, la reproduction et le développement. L’entrée en mue, la métamorphose et la maturation des gonades chez les insectes dépendent essentiellement de la production, au niveau des cellules neurosécrétrices cérébrales et de la glande prothoracique, d’une hormone prothoracotrope (PTHH, ecdysiotropine, prothoracotropine). Le développement des crustacés, comme celui des insectes, se fait par mues successives accompagnées de changements morphologiques importants de type métamorphique : l’organe X produit une hormone inhibitrice ou MIH pour molt inhibiting hormone qui à son tour inhibe la production d’une hormone de mue de type ecdystéroide, comparable à celle des insectes et produite au niveau de l’organe Y. La reproduction et la maturation génitale et la vitellogenèse chez les céphalopodes, plus précisément les octopus, sont sous le contrôle de la glande optique (Di Cosmo and Di Cristo, 1998). Cependant, la plupart des invertébrés n’ont pas d’organes endocriniens spécialisés pour la sécrétion d’hormones ; à l’inverse, chez les vertébrés existent des glandes endocrines bien individualisées (thyroïde, surrénale, hypophyse…) ou non (testicule, pancréas, hypopthalamus…). L’hypophyse en relation fonctionnelle étroite avec l’hypothalamus joue un role central intégrateur de l’ensemble du système endocrine.
L’axe hypothalamo-hypophysaire
Chez les vertébrés, l’axe hypothalamo-hypophysaire est crucial pour la transformation de l’information neuronale encéphalique en signaux chimiques transportés par la circulation sanguine vers les organes cibles. Ce système est composé comme son nom l’indique, de deux organes, l’hypothalamus et l’hypophyse, tous deux connectés structuralement et fonctionnellement. L’hypothalamus constitue la partie basale du diencéphale tandis que les deux parties de l’hypophyse, la neurohypophyse et l’adénohypophyse sont situées sous l’hypothalamus. La neurohypophyse reçoit les prolongements des cellules neurosécrétrices de différents noyaux hypothalamiques. Chez les Tétrapodes, l’adénohypophyse se prolonge vers l’hypothalamus en un système porte hypophysaire par contre chez les Téléostéens, l’hypophyse est innervée directement par des neurotransmetteurs hypothalamiques impliqués dans la régulation de la sécretion des hormones hypophysaires. Les neurones hypothalamiques secrètent des petits neurohormones, comme les hormones neurohypophysaires qui sont soit des vecteurs de stimulation (libérines) ou des vecteurs d’inhibition (statines). Chez les tétrapodes, ces substances sont secrétées dans le sang au niveau des anses capillaires du système porte hypothalamo-hypophysaire où elles arrivent vers le réseau capillaire du lobe antérieur de l’hypophyse. Les hormones hypophysaires ciblent à leur tour des organes endocrines périphériques comme les gonades et la thyroïde pour les amener à libérer les hormones adéquates dans le sang. Un mécanisme de Feed-back ou rétrocontrôle s’exerce au niveau hypophysaire et/ou hypothalamique permettant un contrôle des quantités circulantes d’hormones périphériques (stéroides, T4, adrénaline…).
L’adénohypophyse et la neurohypophyse dérivent de deux origines embryonnaires différentes. L’adénohypophyse dérive de l’invagination de l’ectoderme (oral ectoderm) au niveau du stomodeum ou bouche primitive pour donner la poche de Rathke, au dessous du diencéphale. Elle se différencie en trois régions : pars distalis, pars tuberalis et pars intermedia. L’adénohypophyse est donc avant tout un tissu glandulaire, tandis que la neurohypophyse provient des terminaisons neuronales des neurones hypothalamiques. Ce tissu d’origine nerveuse donne naissance au pars nervosa de l’hypophyse et à l’éminence médiane. Il existe six types de cellules endocrines de l’antéhypophyse. La proopiomelanocortine ou POMC qui est clivée pour donner l’hormone adrénocorticotrope ou ACTH dans « les corticotropes » et la mélanotropine ou α-MSH dans « les mélanotropes », l’hormone de croissance ou GH dans « les somatotropes », la prolactine ou Prl dans « les lactotropes », la thyréostimulione ou TSH dans « les thyréotropes », l’hormone lutéinisante ou LH et la folliculostimulante ou FSH dans « les gonadotropes ». Le dernier type cellulaire est le « Rostral tip thyrotrope » qui disparait chez l’adulte. Les mécanismes moléculaires et biochimiques qui déterminent les destins des cellules endocriniennes antéhypophysaires ont été étudiés. Ces études ont mis en évidence quelques facteurs ou signaux (LIM homoeodomain, paired-like homoedomain, bicoid-like homeodomain, sine oculus-related factors) responsables de l’induction de la différentiation (Scully and Rosenfeld, 2002) .
L’acquisition de l’axe hypothalamo-hypophysaire est considérée comme une innovation remarquable chez les vertébrés. Le système endocrinien est conservé dans toutes les classes de vertébrés, indépendamment de leur cycle de vie ou de leurs stratégies reproductrices. Une telle cohérence chez les vertébrés, a conduit à effectuer une abondante recherche comparative sur les mécanismes et les rôles de ce système d’un point de vue évolutif. Cependant, le pourquoi et le comment sur l’émergence et l’acquisition de cet axe de fonctions cruciales et que dans la lignée des vertébrés, sont encore à être clarifiés.
Les hormones glycoprotéiques
La FSH, la LH et la TSH sont des hormones glycoproteiques contrairement aux hormones holoproteiques comme la GH, la PRL et l’ACTH qui sont constituées d’une chaine d’acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques. Une glycoprotéine est une protéine portant un ou plusieurs groupements oligosaccharidiques fixés d’une façon covalente. La fraction glucidique peut représenter 5 à 50 % de la molécule. Elle rend les polypeptides plus résistants à la protéolyse et va permettre aux protéines d’être convenablement secrétées. Il existe deux types de glycosylation, la N-glycosylation et la O-glycosylation, selon leur site d’ancrage. Les hormones Glycoproteiques assurent un rôle majeur dans la régulation de la reproduction et dans la régulation du métabolisme thyroïdien (Pierce et Pearson, 1981). Elles appartiennent à la famille des protéines à nœud cystéine ou Cystine-Knot dont la séquence consensus est la suivante : Cys1-(X)n-Cys2-X-G-X Cys3-(X)n-Cys5-X-Cys6. Ces cystéines forment entre elles trois ponts disulfures en se reliant deux à deux de la façon suivante : Cys2-Cys5, Cys3-Cys6 formant un anneau, alors que Cys1-Cys4 forment le troisième pont qui traverse l’anneau pour former le nœud. L’énergie libre de liaison qui résulte de la formation d’un pont disulfure est importante, elle contribue à la stabilisation tridimensionnelle de la protéine. La formation du nœud cystine se déroule au niveau du réticulum endoplasmique et grâce à l’existence d’un potentiel rédox moins réducteur que le cytoplasme.
Le repliement de ces protéines à nœud cystine, conduit à la formation de trois domaines distincts : deux d’entre eux, se trouve entre Cys1 et Cys2, ainsi que Cys4 et Cys5. Ils se ce composent de deux brins beta antiparallèles sous forme de doigts, tandis que le troisième domaine se trouve entre Cys3 et Cys4 et contient en général une structure alpha hélicoïdale. Cette structure tridimensionnelle force les membres de cette superfamille à exposer les résidus hydrophobes au milieu aqueux environant. Ces résidus hydrophobes conduisent aussi à la formation d’homo ou hétérodimères. Certains membres possèdent un résidu cystéine supplémentaire en face de Cys4 et qui stabilise la dimérisation par la formation d’un pont disulfure covalent entre les deux sous-unités.
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Table des matières
Remerciements
Résumé
Résumé en anglais
Table des matières
Liste des tableaux
Liste des figures
Liste des abréviations
Introduction
Première partie Ancêtres moléculaires des sous-unités αetβ des hormones glycoprotéiques
Le système endocrinien
L’axe hypothalamo-hypophysaire
Les hormones glycoprotéiques
Les gonadotropines
La thyrotropine (TSH)
Caractéristiques structurales des hormones glycoprotéiques (GPH)
Structure peptidique
Structure polysaccharidique
Les glycoprotéines alpha-2(GPA2) et beta-5 (GPB5), nouveaux membres de la famille des GPH
Caractéristiques structurales
Caractéristiques fonctionnelles
Localisations et distributions tissulaires
Deuxième partie Les PEBP
Structure de PEBP/RKIP
RKIP et signalisation cellulaire
RKIP et la voie MAP-Kinases Raf-1-/MEK/ERK
RKIP et NF-B
RKIP et GPCR
RKIP et protéases à sérine
RKIP et reproduction
RKIP et cancer
RKIP et apoptose
RKIP et HCNP
RKIP et la maladie d’Alzheimer (AD)
RKIP et diabète
RKIP dans le règne végétal
Les objectifs
Résultats
Article 1 – Differential thermal stability of human, bovine and ovine Follicle-Stimulating
Hormone (FSH) and Luteinizing Hormone (LH) quaternary structures (In preparation)
Article 2 – Potentiation of the reductase activity of protein disulfide isomerase (PDI) by 19-
nortestoterone, bacitracin, fluoxetine, and ammonium sulfate (Published)
Article 3 – Identification and cloning of bovine Glycoprotein Hormone β and α subunitsrelated molecules: GPB5 and GPA2 (In preparation)
Article 4 – Straighforward isolation of phosphatidyl-ethanolamine-binding protein-1 (PEBP-1)
and ubiquitin from bovine testis by hydrophobic-interaction chromatography (HIC)
(Published)
Article 5 – Immunodetection of RKIP/PEBP by Enzyme-ImmunoAssay (EIA) and
Immunohistochemistry (IHC) (In preparation)
Matériels & Méthodes
Conclusion
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