Physiologie et physiopathologie endocriniennes

Le syndrome des ovaires polykystiques (SOPK), première cause d'infertilité féminine, se manifeste par des cycles menstruels irréguliers, associés à une anovulation chronique et des troubles métaboliques. De nombreux désordres de la cyclicité féminine, dont le SOPK, restent idiopathiques en raison d'une compréhension limitée de la régulation du cycle sexuel. Ce cycle est principalement régulé par l'hypophyse, qui joue un rôle crucial en sécrétant deux hormones : l'hormone lutéinisante (LH) et l'hormone folliculo-stimulante (FSH), produites par les cellules gonadotropes. Ces cellules font preuve d’une plasticité endocrine remarquable au cours du cycle sexuel, culminant dans une libération massive de LH et de FSH déclenchant l'ovulation. Toutefois, en raison de l'hétérogénéité de l'hypophyse, les mécanismes moléculaires régissant cette décharge préovulatoire sont encore mal caractérisés. Le developpement d’analyses multi-ome en cellule unique permet aujourd'hui d'analyser simultanément l'expression génique et l'activité régulatrice au sein d'une cellule, offrant ainsi une opportunité unique d'explorer les réseaux de régulation dans des tissus complexes comme l'hypophyse. Le projet FEMCYCLE vise à identifier les réseaux de régulation génique programmant la plasticité des cellules gonadotropes lors de la décharge préovulatoire chez la ratte par des analyses ScMultiome innovantes. Nos premiers résultats remettent déjà en cause le paradigme actuel sur la décharge ovulante et révèlent des comportements épigénétiques et cellulaires inattendus des cellules gonadotropes. Les dérégulations de ces réseaux seront étudiées dans un modèle préclinique de ratte SOPK et chez des femmes atteintes de troubles chroniques de l'ovulation. En alliant recherche fondamentale, études précliniques et translationnelles, ce projet devrait apporter un éclairage nouveau sur la plasticité des cellules gonadotropes, ouvrant la voie à une meilleure prise en charge de l'infertilité féminine.

Nous avons récemment montré que l'hyperplasie macronodulaire primaire bilatérale des surrénales (PBMAH) GIP-dépendante avec syndrome de Cushing est une maladie génétique causée par des mutations inactivatrices germinales de la lysine déméthylase 1A (KDM1A ou LSD1) avec une perte d'hétérozygotie du second locus KDM1A dans les lésions surrénaliennes. Celle maladie survient presque exclusivement chez les femmes. KDM1A favorise un état chromatinien réfractaire à la transcription, en déméthylant l'histone H3 sur la lysine 4, et peut également activer la transcription des gènes en déméthylant l'histone H3 sur la lysine 9. Nous émettons l'hypothèse que la perte de KDM1A favorise le développement de PBMAH en activant l'expression de gènes (sexuellement dimorphique) impliqués dans la prolifération des cellules corticosurrénales par le remodelage de la chromatine associé à la perte des marques répressives des histones. Chez la souris, Kdm1a est nécessaire à l'organogenèse hypophysaire et du pancréas endocrine. Nous émettons donc l'hypothèse que KDM1A est aussi impliquée dans la transition du cortex surrénalien fœtal au cortex adulte survenant spécifiquement chez les primates. Kdm1a est un acteur principal de la transcription des gènes dans les spermatogonies et est essentiel pour le maintien et la différenciation des cellules souches spermatogoniales chez la souris, mais son implication dans les étapes ultérieures de la spermatogenèse (notamment chez l'homme) n'est pas connue. Nous supposons que l'absence de KDM1A fonctionnel, survenant au cours de la méiose dans 50% des spermatozoïdes chez les porteurs de la mutation KDM1A, altère les marques de méthylation H3K4 et d'autres histones des spermatozoïdes. Nos objectifs sont les suivants : 1) décrypter le(s) mécanisme(s) moléculaire(s) par lequel la perte de KDM1A favorise l'hyperplasie des surrénales et étudier les fondements du biais sexuel dans cette maladie, en mettant l'accent sur la l’expression altérée des gènes liés au chromosome X à la résolution de la cellule unique. 2) étudier l'expression et la fonction de KDM1A et de GIPR au cours du développement de la corticosurrénale dans le cortex de macaques cynomolgus, en effectuant des biopsies échoguidées et répétées de la glande surrénale in utero chez 4 fœtus à 18 semaines d'âge gestationnel, puis postnatales à 1 ou 2 semaines et à 6 mois de vie. Avant ces biopsies, nous étudierons la réponse du cortisol à l'injection de GIP in vivo. 3) étudier la fonction et la morphologie des surrénales chez des porteurs apparemment sains de la mutation KDM1A et analyser la méthylation de l'histone H3 dans leur sperme. Nous prévoyons de génotyper > 120 membres de famille de patients atteints de PBMAH GIP-dépendante de notre cohorte, et d'effectuer un dépistage biochimique et un scanner surrénalien chez les porteurs de mutation de KDM1A afin de décrire la prévalence et l'histoire naturelle de PBMAH et du myélome. Si le sperme des hommes mutés pour KDM1A présente des altérations de la méthylation H3K4, nous tenterons de relier les variations observées à des loci génomiques spécifiques. Ce projet est cohérent avec les plans gouvernementaux et les priorités stratégiques de recherche pour 2023, car il développe la "recherche translationnelle dans les maladies rares". L'utilisation d'approches expérimentales complémentaires, y compris des études sur des échantillons de surrénales provenant de patients, des lignées cellulaires, des modèles de souris et des primates non-humains, ainsi que des investigations cliniques chez les patients, illustre la nature translationnelle du projet. Notre projet apportera de nouvelles connaissances sur une question essentielle en biologie cellulaire et de médecine, et le dépistage dans les familles de patients mutés pour KDM1A permettra de détecter précocement l’hyperplasie surrénalienne et de prévenir les effets insidieux d'un excès du cortisol sur la santé.

L'homéostasie du sodium et de l'eau sont contrôlées par l'aldostérone et son récepteur, le Récepteur Minéralocorticoïde (MR), un facteur de transcription régulant l'expression de gènes cibles impliqués dans la réabsorption du sodium, notamment au niveau rénal. Nous avons récemment identifié une fenêtre temporelle spécifique au cours du développement rénal au cours de laquelle cette voie de signalisation est inefficace en raison d’une baisse de l’expression rénale du MR pendant la période périnatale contrairement à d’autres tissus cibles, comme le poumon, où l'expression du MR est constante. Cependant, l'activation de cette voie de signalisation est critique, particulièrement après les premiers jours de vie, afin de maintenir une balance sodée positive, comme cela a été démontré chez les nourrissons prématurés. Ces nouveau-nés fragiles ont une perte sodée prolongée en période postnatale et peuvent développer une hypertension artérielle précoce à l'âge adulte. Des données obtenues par notre équipe, sur un modèle murin de prématurité élaboré au laboratoire, mettent en évidence une baisse persistante de l'expression rénale du MR en période postnatale et ce, jusqu’à l’âge adulte. De façon intéressante, ces souriceaux anciens prématurés développement une hypertension artérielle à l’âge adulte. Cependant, les mécanismes moléculaires contrôlant l'expression du MR au cours du développement rénal restent inconnus à ce jour. Notre équipe a récemment montré que l'expression rénale du MR est régulée chez l’adulte par des mécanismes post-transcriptionnels impliquant des protéines de liaison à l'ARN, comme Tis11b ou HuR, et des microARNs (miARNs) qui modulent la stabilité du transcrit MR. Parmi les miARNs candidats identifiés, quatre (miR-324-5p, 491-5p, 30c-2-3p, 7003-5p) ont été caractérisés récemment par notre équipe comme interagissant fonctionnellement avec la région 3'-non traduite (3'-UTR) du transcrit MR avec une diminution de l'activité luciférase sous contrôle de la région 3'-UTR du MR. Ainsi, notre objectif vise à évaluer le rôle de Tis11b, HuR et de ces miARNs candidats dans la régulation de l'expression du MR au cours de la période périnatale et ses conséquences sur l'activation de la voie de signalisation minéralocorticoïde en physiologie et en situation de prématurité. Notre projet a trois objectifs principaux : 1) Étudier si Tis11b, HuR ou les miARNs identifiés sont des régulateurs post-transcriptionnels de l'expression rénale du MR au cours de la période périnatale et si cette régulation est tissu-spécifique par comparaison au poumon 2) Evaluer si ces mécanismes régulateurs sont modifiés dans des situations pathologiques comme la prématurité 3) Examiner si l'expression de ces miARNs pourrait être mesurée chez les nouveau-nés prématurés et pourrait être pertinente au regard de la perte de sodium, afin de déterminer s’ils pourraient représenter de nouveaux biomarqueurs précoces, non-invasifs de cette perte sodée et ainsi permettre une approche thérapeutique personnalisée pour chaque nouveau-né prématuré. Afin d’explorer ces mécanismes régulateurs, nous utiliserons plusieurs approches complémentaires : 1) in vitro : des cultures organotypiques de reins et de poumons de souris sauvages et du modèle murin de prématurité 2) in vivo : un modèle murin de prématurité 3) des études translationnelles chez les nouveau-nés prématurés humains. Ce projet ambitieux sera mené par une jeune chercheuse qui a acquis une expertise dans le domaine de la signalisation minéralocorticoïde en période périnatale et qui a mené des projets de recherche fondamentale et translationnelle sur ce sujet, au sein d'une équipe expérimentée et compétente. Une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires contrôlant l'expression du MR en période périnatale aura incontestablement un impact majeur sur la prise en charge des enfants prématurés et permettra potentiellement de prévenir l'émergence à l'âge adulte de maladies telles que l'hypertension artérielle.

Les adénomes hypophysaires somatotropes sont responsables d’une hypersécretion d'hormone de croissance (GH), conduisant au gigantisme ou à l’acromégalie, associés à une morbidité importante et, non traités, à une surmortalité. Le traitement de première ligne est la chirurgie hypophysaire visant à réséquer l'adénome mais qui est souvent incomplète en raison de la proximité des structures cérébrales adjacentes. Un traitement médical lourd, extrêmement coûteux et d’une efficacité variable, est actuellement utilisé chez plus de 60% des patients. De nouvelles approches thérapeutiques sont donc nécessaires pour mieux contrôler la sécrétion de GH et la croissance des adénomes. Ce projet de recherche aborde deux questions non résolues et cliniquement pertinentes concernant 1) les mécanismes moléculaires sous-jacents au développement des adénomes somatotropes et 2) les bases moléculaires de leur caractère invasif. Nous avons identifié, parmi 41 adénomes somatotropes, un groupe d'adénomes sans mutation de GNAS, provenant de patients ayant une réponse paradoxale de la GH après l’hyperglycémie, avec une expression hypophysaire du récepteur GIPR (Glucose-dependent Insulinotropic Polypeptide Receptor) et présentant un phénotype hyperméthylateur. Notre premier objectif est de réaliser une caractérisation moléculaire intégrée de ces adénomes somatotropes sans mutation GNAS. Nous étendrons l'analyse de méthylation par RRBS (Reduced Representation Bisulfite Sequencing) sur l'ensemble de la collection. Dans un modèle murin original d'inactivation biallélique de Gnas, spécifiquement dans la lignée somatotrope (souris Gnasflox/flox Ghrh-r Cre+/0) que nous avons déjà généré, nous analyserons comment la baisse du tonus de l’AMPc consécutive à l’inactivation de Gnas dans les cellules somatrotropes affecte le profil de méthylation de l’ADN. Nous allons examiner la relation entre la méthylation génique et les changements d'expression génique en utilisant la technique de RNA-seq et effectuer les séquençages d'exomes pour établir la signature mutationnelle des adénomes somatotropes sans mutation de GNAS. Notre deuxième objectif est d'étudier les déterminants moléculaires du développement extrasellaire des adénomes somatotropes, qui limitent considérablement les résultats de la chirurgie de ces lésions bénignes. Nous avons obtenu une collection unique d'adénomes invasifs incluant leurs parties intrasellaires non invasives et des portions envahissant le sinus caverneux. L’analyse par RNA-seq effectué sur 19 paires d'échantillons a mis en évidence une dérégulation de la voie de transition épithélio-mésenchymateuse dans des portions invasives. Nous consoliderons ces résultats en analysant des échantillons supplémentaires. Nous caractériserons les fonctions moléculaires des gènes sélectionnés en utilisant des méthodes in vitro de migration et d'invasion cellulaires. Le niveau d'expression des gènes sélectionnés sera modulé dans les cellules hypophysaires de rat GH3 (surexpression ou contre-expression) en utilisant des techniques de transfection transitoire ou des siRNA. Des clones de cellules GH3 transfectées de manière stable seront ensuite injectés dans l’hypophyse des rats (ou alternativement en sous-cutanée) pour étudier in vivo l'acquisition du phénotype invasif. Enfin, nous effectuerons des séquençages d’exomes des parties invasives et non-invasives pour rechercher des mutations somatiques qui pourraient expliquer les différences d'expression génique. Ce projet ambitieux sera porté par un jeune chercheur à double compétence médicale et scientifique, et lui permettra de consolider l’axe de recherche sur la tumorigenèse hypophysaire qui, grâce à son implication, a récemment émergé dans son unité Inserm. Le projet fournira des bases scientifiques pour une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques du développement des adénomes hypophysaires somatotropes et de leur comportement invasif et pourrait ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques.