Facteurs de transcription à l'homéodomaine : du modèle murin à l'hypopituitarisme humain, Homeodomain transcription factors : from mouse development to human hypopituitarism
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Thèse soutenue le 11 octobre 2010: Aix Marseille 2
L’hypopituitarisme se définit par le déficit d’une ou plusieurs hormones hypophysaires.L’hypopituitarisme congénital est lié à des mutations de facteurs de transcriptionimpliqués dans le développement hypophysaire. Identifier les mécanismes et étiologiesd’hypopituitarisme congénital doit permettre d’améliorer les traitements des patients.Dans cette optique, ce travail a porté sur 3 aspects :Clarifier les mécanismes permettant la différenciation des lignées hypophysaires. Aucours du développement hypophysaire chez la souris, il existe un phénomène complexed’interaction entre 2 facteurs de transcription à homéodomaine paired (Prop1 et Hesx1),la voie Wnt-ßcaténine et les co-répresseurs de la famille Groucho/TLE. Ces interactionssont nécessaires à l’expression d’un autre facteur de transcription hypophysaire, Pit-1(Pou1f1), impliqué dans la différentiation des lignées hypophysaires somato-lactotropeset thyréotropes. Nous avons démontré in vitro, que les co-répresseurs de la famille TLEjouaient un rôle inhibiteur direct sur l’activation de l’early enhancer de POU1F1 à e12-e13, indépendamment de l’action de HESX1. Nos modèles de souris transgéniquesavec expression permanente de HESX1 et TLE3 permettent de mettre en évidence lerôle inhibiteur majeur de HESX1, et le rôle accessoire de TLE3. Les mutations dePROP1 étant à l’origine d’une expression persistante de HESX1 et TLE3, il est probablequ’ils jouent un rôle dans le déficit en sous-unité alpha observé chez les patientsdéficitaires en PROP1.Identifier et analyser la signification fonctionnelle de nouveaux variants alléliques dugène d’un facteur de transcription à homéodomaine LIM, LHX4. La mutation T99fs deLHX4 est à l’origine d’un phénotype hypophysaire très variable au sein d’une mêmefamille, en termes de déficits et de morphologie hypophysaires, et d’anomalies extrahypophysairesassociées. Les études fonctionnelles ont montré que cette mutation étaitresponsable d’un phénomène d’haplo-insuffisance. Cette nouvelle mutation permetd’enrichir le spectre phénotypique des patients chez lesquels doit être effectué unséquençage du gène LHX4 à la recherche d’étiologie de déficit hypophysaire combinémultiple.Identifier des mécanismes nécessaires au développement de l’axe thyréotrope. Dessouris exprimant une nouvelle recombinase Cre sous contrôle du promoteur de la Tshßont été croisées avec des souris transgéniques pour lesquelles les gènes de Pitx2 oud’Isl1 (2 facteurs de transcription impliqués dans le développement hypophysaire)étaient encadrés de séquences flox. Les modèles permettaient ainsi l’inactivation dePitx2 et Isl1 au sein des cellules thyréotropes au cours de l’embryogenèse. L’étudephénotypique retrouve un déficit de croissance compatible avec un déficit thyréotropepartiel en cas d’inactivation de Pitx2 : ce phénotype est probablement lié à unmécanisme compensateur assuré par PITX1, un facteur de transcription àhoméodomaine bicoïde possédant le même homéodomaine et domaine C terminal quePITX2. A l’inverse, l’inactivation de Isl& se traduit par un déficit thyréotrope complet. Lefait que les transcrits de l’ensemble des facteurs de transcription nécessaires audéveloppement de l’axe thyréotrope soient diminués dans ce modèle souligne le rôlemajeur de ISL1 dans la fonction et la maintenance de l’axe thyréotrope.Nos résultats permettent de mieux appréhender certains des nombreux mécanismes etfacteurs impliqués dans le développement hypophysaire chez la souris, et dans lapathologie hypophysaire chez l’homme.
-Hypophyse
-Tsh
-Hypothyroïdie
-Lhx4
-Facteurs de transcription
-Souris transgéniques
-Prop1
-Déficit hypophysaire combiné multiple
Hypopituitarism is defined by one or several pituitary deficiencies. Congenital hypopituitarism is mostly due to transcription factors mutations. Our aims were to try to better identify some of the mechanisms involved in pituitary ontogenesis and pituitary diseases, mainly pituitary deficiencies: new pathways, new transcription factors, new mutations. - First we identified novel mechanisms necessary for the differenciation of the Pou1f1 lineages (ie somatolactotroph and thyrotroph cells). The role of TLE co-repressors is crucial, as they are able by themselves to inhibit the stimulatory actions of PROP1 on POU1F1 promoter. This is necessary to obtain a correct timing of differentiation during pituitary development (Carvalho, Brinkmeier, castinetti et al., Molecular Endocrinology, 2010). - Second, we showed the roles of 2 transcription factors, PITX2 and ISL1, in thyrotrophs maintenance and function. By using a new cre recombinase driven by the TSHb promoter, we managed to inactivate each of these transcription factors in the thyrotrophs. Inactivation of PITX2 led to a partial thyrotroph deficiency, counterbalanced by an overexpression of PITX1 (Castinetti et al., Molecular Endocrinology, submitted). Inactivation of ISL1 led to a complete thyrotroph deficiency (Castinetti et al., Molecular Endocrinology, in preparation). - Finally, we reported 1 new mutation of the LIM transcription factor LHX4, responsible for combined pituitary hormone deficiencies in a family. New phenotypic traits will help the physician improve the way to select which patients to screen for LHX4 mutations (Castinetti, Saveanu et al., JCEM, 2008).
-Pituitary gland
-Thyrotropin
-Hypothyroidism
-Mice transgenic
-Transcription factors
Source: http://www.theses.fr/2010AIX20681/document
Centre de recherche en Neurobiologie-Neurophysiologie de Marseille
Faculté de Médecine Nord
Université de la Méditerranée Aix - Marseille II
Ecole Doctorale des Sciences de la Vie et de la Santé
Thèse présentée pour obtenir le grade de
Docteur de l’Université de la Méditerranée II
Discipline Neurosciences
Par
Frédéric CASTINETTI
Soutenue publiquement
Le 11 Octobre 2010
FACTEURS DE TRANSCRIPTION A HOMEODOMAINE :
DU MODELE MURIN A L’HYPOPITUITARISME HUMAIN
MEMBRES DU JURY
Pr Alain Enjalbert Président du jury
Pr Thierry Brue Directeur de Thèse
Pr Serge Amselem Rapporteur externe
Pr Philippe Chanson Rapporteur externe
Pr Sally Camper Examinateur
! "!REMERCIEMENTS
Pour leurs rôles majeurs dans la genèse de cette thèse,
Thierry Brue pour sa présence et son soutien constants depuis le début de mon
Internat ; Sally Camper et les membres du Camper’s lab, plus particulièrement
Michelle, Shannon et Amanda, pour leur accueil, leur aide et leur soutien
Pour avoir accepté d’être président et rapporteurs de ce jury
Alain Enjalbert, Philippe Chanson et Serge Amselem
Pour leur accueil chaleureux et leur aide précieuse lors de mon Master 2
Rachel, Marie-Hélène (en particulier lors des manips de radioactivité…), Jean-Paul,
Anne, Alex, Nicolas, Jean-Louis, Anne-Marie et Denis, et plus globalement tous
les membres du laboratoire de la Faculté Nord
Pour tout… et pour le reste…
Ma femme et mes parents
Pour leur support lors de mon séjour à Ann Arbor,
Les laboratoires Novo-Nordisk GH, Novartis et IPSEN, l’ADEREM et la Société
Française d’Endocrinologie
Pour leur bonne humeur (et pour ne pas m’avoir oublié pendant mon séjour
Américain)
Tous les membres du service d’endocrinologie de l’Hôpital de la Timone
! #!PLAN
INTRODUCTION
ETAT DES CONNAISSANCES
1. Le développement hypophysaire chez la souris
a. De la placode hypophysaire à la poche de Rathke
b. De la poche de Rathke à l’hypophyse différenciée
c. La voie Wnt/ß-caténine
d. Les facteurs de transcription hypophysaire
2. Les facteurs de transcription à homéodomaine de type paired
a. Au cours du développement hypophysaire murin
i. HESX1
ii. PROP1
iii. PITX1
iv. PITX2
v. OTX2
b. En pathologie humaine
i. HESX1
ii. PROP1
iii. PITX2
iv. OTX2
3. POU1F1 (Pit1), facteur de transcription à homéodomaine POU
a. Au cours du développement hypophysaire
b. En pathologie humaine
4. Les facteurs de transcription à homéodomaine de type LIM
a. Au cours du développement hypophysaire murin
i. LHX3
ii. LHX4
iii. ISL1
b. En pathologie humaine
i. LHX3
ii. LHX4
OBJECTIFS
RESULTATS
1. DEVELOPPEMENT HYPOPHYSAIRE: VERS UNE MEILLEURE
COMPREHENSION DES INTERACTIONS ENTRE PROP1 et HESX1
« CO-REPRESSORS TLE1 AND TLE3 INTERACT WITH HESX1 AND
PROP1. »
LR. Carvalho*, ML. Brinkmeier*, F. Castinetti*, BS. Ellsworth, SA. Camper
Molecular endocrinology, in press
*co-premiers auteurs
2. MISE EN EVIDENCE D’UNE NOUVELLE MUTATION DE LHX4,
RESPONSABLE D’HYPOPITUITARISME CONGENITAL
“A NOVEL DYSFUNCTIONAL LHX4 MUTATION WITH HIGH PHENOTYPIC
VARIABILITY IN PATIENTS WITH HYPOPITUITARISM”
F. Castinetti*, A. Saveanu*, R. Reynaud, MH. Quentien, A. Buffin, R. Brauner, N.
! $!Kaffel, F. Albarel, AM. Guedj, M. El Kholy, M. Amin, A. Enjalbert, A. Barlier, T.
Brue
Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 2008 Jul;93(7):2790-9
*co-premiers auteurs
3. IMPLICATIONS POTENTIELLES DU FACTEURS DE TRANSCRIPTION PITX2
DANS LE DEVELOPPEMENT DE L’AXE THYREOTROPE
F. Castinetti*, M.L. Brinkmeier*, D.F. Gordon, K. R. Vella, J.M. Kerr, A. N.
Hollenberg, T. Brue, E.C. Ridgway, S.A. Camper
Soumis à Molecular Endocrinology
4. EXPRESSION ET ROLES DU FACTEUR DE TRANSCRIPTION ISL-1 AU
COURS DU DEVELOPPEMENT HYPOPHYSAIRE
1 F. Castinetti*, M.L. Brinkmeier*, D.F. Gordon, K. R. Vella, J.M. Kerr, A. N.
Hollenberg, T. Brue, E.C. Ridgway, S.A. Camper
En préparation
PERSPECTIVES
1. Comment expliquer les ressemblances et différences entre les modèles humain
et murin ?
2. Comment identifier de nouveaux facteurs de transcription impliqués dans le
développement hypophysaire ?
3. Comment améliorer le traitement des déficits hypophysaires: les cellules
souches hypophysaires ?
CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
! %!ANNEXES: Articles de revue publiés sur le sujet
DEFICIT HYPOPHYSAIRE COMBINE MULTIPLE: ASPECTS CLINIQUES ET
GENETIQUES
F. Castinetti, R. Reynaud, A. Saveanu, M.-H. Quentien, F. Albarel, A. Barlier, A.
Enjalbert, T. Brue,
Annales d’Endocrinologie, 69 (2008) 7–17
CONGENITAL PITUITARY HORMONE DEFICIENCIES: ROLES OF LHX3/LHX4
GENES
F. Castinetti, R. Reynaud*, A. Saveanu, M.-H. Quentien, F. Albarel, A. Enjalbert, A.
Barlier, T. Brue
Expert Reviews in Endocrinology and Metabolism, 2009
* Co-premiers auteurs
MOLECULAR MECHANISMS OF PITUITARY ORGANOGENESIS: IN SEARCH OF
NOVEL REGULATORY GENES
S.W. Davis, F. Castinetti, L.R. Carvalho , B.S. Ellsworth, M.A. Potok, R.H. Lyons, M.L.
Brinkmeier, L.T. Raetzman, P. Carninci, A.H. Mortensen, Y. Hayashizaki, I.J.P. Arnhold,
B.B. Mendonca, T. Brue,
S.A. Camper
Molecular and Cellular Endocrinology, in press
PITUITARY STEM CELLS UPDATE AND IMPLICATIONS FOR TREATING
HYPOPITUITARISM
F. Castinetti, S.W. Davis, T. Brue, S.A. Camper
Endocrine reviews, soumis
! &!RESUME
L’hypopituitarisme se définit par le déficit d’une ou plusieurs hormones hypophysaires.
L’hypopituitarisme congénital est lié à des mutations de facteurs de transcription
impliqués dans le développement hypophysaire. Identifier les mécanismes et étiologies
d’hypopituitarisme congénital doit permettre d’améliorer les traitements des patients.
Dans cette optique, ce travail a porté sur 3 aspects :
Clarifier les mécanismes permettant la différenciation des lignées hypophysaires. Au
cours du développement hypophysaire chez la souris, il existe un phénomène complexe
d’interaction entre 2 facteurs de transcription à homéodomaine paired (Prop1 et Hesx1),
la voie Wnt-ßcaténine et les co-répresseurs de la famille Groucho/TLE. Ces interactions
sont nécessaires à l’expression d’un autre facteur de transcription hypophysaire, Pit-1
(Pou1f1), impliqué dans la différentiation des lignées hypophysaires somato-lactotropes
et thyréotropes. Nous avons démontré in vitro, que les co-répresseurs de la famille TLE
jouaient un rôle inhibiteur direct sur l’activation de l’early enhancer de POU1F1 à e12-
e13, indépendamment de l’action de HESX1. Nos modèles de souris transgéniques
avec expression permanente de HESX1 et TLE3 permettent de mettre en évidence le
rôle inhibiteur majeur de HESX1, et le rôle accessoire de TLE3. Les mutations de
PROP1 étant à l’origine d’une expression persistante de HESX1 et TLE3, il est probable
qu’ils jouent un rôle dans le déficit en sous-unité alpha observé chez les patients
déficitaires en PROP1.
Identifier et analyser la signification fonctionnelle de nouveaux variants alléliques du
gène d’un facteur de transcription à homéodomaine LIM, LHX4. La mutation T99fs de
LHX4 est à l’origine d’un phénotype hypophysaire très variable au sein d’une même
famille, en termes de déficits et de morphologie hypophysaires, et d’anomalies extra-
hypophysaires associées. Les études fonctionnelles ont montré que cette mutation était
responsable d’un phénomène d’haplo-insuffisance. Cette nouvelle mutation permet
d’enrichir le spectre phénotypique des patients chez lesquels doit être effectué un
séquençage du gène LHX4 à la recherche d’étiologie de déficit hypophysaire combiné
multiple.
Identifier des mécanismes nécessaires au développement de l’axe thyréotrope. Des
souris exprimant une nouvelle recombinase Cre sous contrôle du promoteur de la Tshß
ont été croisées avec des souris transgéniques pour lesquelles les gènes de Pitx2 ou
d’Isl1 (2 facteurs de transcription impliqués dans le dé
