Endocrinologie du Diabète et de la Fertilité

Mécanismes moléculaires de la croissance et de la fonction des cellules β. Aspects physiologiques et pathologiques.

• Induction de la prolifération et de la différenciation des cellules β du pancréas par la modulation de l’activité de la kinase Dyrk1A

Plasticité moléculaire dans la régulation hypophysaire de la fonction reproductive.

Chez les mammifères, l’hypophyse intègre de multiples signaux, produits localement ou émanant du système nerveux central et de la périphérie, pour contrôler de manière appropriée l’activité gonadique au cours des principales phases de la vie reproductive. Il en résulte une grande plasticité de l’activité des cellules gonadotropes de l’hypophyse, qui culmine chez les femelles pendant le cycle de l’œstrus, caractérisé par une sécrétion finement ajustée des deux gonadotrophines, la LH et la FSH. Il est surprenant de constater que les mécanismes moléculaires qui sous-tendent cette plasticité sont encore mal compris. En outre, l’activité hypophysaire est également ciblée par des signaux liés à la nutrition, notamment les acides gras (Garrel et al. Endocrinology 2011 ; Garrel et al. Endocrinology 2014). En conséquence, nous avons récemment rapporté une altération de l’activité gonadotrope chez des rats nourris avec un régime riche en graisses (HFD) à court ou à long terme. Il est intéressant de noter que, bien que la suralimentation soit connue pour activer les voies inflammatoires dans plusieurs tissus métaboliques ainsi que dans l’hypothalamus, ce qui contribue aux troubles métaboliques, aucune augmentation de l’expression génétique des médiateurs inflammatoires n’a pu être détectée dans l’hypophyse (Garrel et al. Front Endocrinol 2022). En outre, les gonadotrophines étaient les seules hormones hypophysaires encore affectées chez les rats nourris avec un régime alimentaire riche à long terme, ce qui souligne une susceptibilité différentielle des différentes lignées hypophysaires aux troubles métaboliques. Notre projet consiste à utiliser les technologies de pointe de la cellule unique (sc) pour décrypter in vivo, au niveau des cellules gonadotropes, les mécanismes moléculaires et épigénétiques qui sous-tendent leur plasticité dans des conditions physiologiques (cycle œstral) et pathologiques (obésité induite par l’alimentation). L’analyse bio-informatique de ces données est réalisée en collaboration avec O. Taboureau (équipe 8).

L’Hôte (PI), G. Garrel, J. Cohen-Tannoudji. Collaborations: O. Taboureau & N. Cerisier, (BFA Equipe 6), Funding: IDEX Emergence grant.

Plasticité de la signalisation œstrogénique au sein de l’axe gonadotrope

L’E2 joue un rôle essentiel dans la fertilité féminine, en régulant localement la fonction ovarienne et en exerçant des rétroactions négatives et positives sur l’axe hypothalamo-hypophysaire. Les actions de l’E2 sont principalement médiées par les récepteurs des œstrogènes ERα et ERβ, qui induisent, après homo ou hétérodimérisation, une signalisation génomique et non génomique. ERβ est principalement exprimé dans les cellules de la granulosa (GC) des follicules ovariens et contribue à la régulation de la croissance et de la maturation des follicules. Il a été très récemment rapporté que ERβ est exprimé, avec ERα, dans la pituitaire humaine (Zhang et al. Cell Rep, 2022). L’objectif principal de notre projet de recherche est d’identifier les rôles et les mécanismes de signalisation d’ERβ dans les deux organes, qui sont loin d’être entièrement compris. Cinq isoformes épissées de ERβ humain ont été caractérisées, appelées ERβ1-5. Nous avons récemment montré que ERβ1, ERβ2, ERβ4, et ERβ5 sont fortement exprimés dans la CG humaine des follicules ovulatoires, avec certaines isoformes mais pas toutes régulant la croissance cellulaire (Pierre, et al. International Journal of Molecular Sciences, 2021 ; Chauvin et al. Journal of Molecular Sciences, 2022). Notre projet s’appuie sur trois objectifs majeurs pour décrypter : i) comment l’E2 régule la croissance et la maturation des follicules à travers ses différentes isoformes ERβ, ii) les altérations potentielles de la signalisation de l’E2 dans les troubles ovariens comme dans le SOPK, principale cause d’infertilité féminine, et iii) le rôle de chaque membre de l’ER dans le contrôle des fonctions hypophysaires. Dans l’ensemble, notre projet devrait permettre de déchiffrer les rôles spécifiques des isoformes ERβ dans le déclenchement des diverses actions de l’E2 dans l’ovaire et l’hypophyse humains, et d’apporter de nouveaux éclairages sur les altérations moléculaires survenant au cours des infertilités.

S. Chauvin (PI), L’Hôte et collaborateurs : Pr Grynberg & Pr Frydman (Hôp. A. Béclère, Clamart); Pr C. Touboul & Dr A. Crestani (Hôp. Tenon, Paris 20); P. Tuffery & S. Murail (BFA, Team 7).

Rôle de la signalisation de l’estradiol dans la plasticité des cellules β du pancréas

L’estradiol (E2) joue un rôle crucial dans l’homéostasie du glucose et le métabolisme énergétique, en protégeant la fonction et la survie des cellules β des îlots pancréatiques. En conséquence, les modèles animaux de DT2 montrent un dimorphisme sexuel avec une protection relative chez les femelles, et les données cliniques associent la carence en œstrogènes de la ménopause à un risque accru de diabète. Les cellules β humaines et des rongeurs expriment deux récepteurs de l’estradiol (ERa et ERβ). L’effet insulinotrope rapide de l’E2 semble principalement médié par ERβ, tandis que la biosynthèse de l’insuline nécessiterait l’action génomique d’ERa. Cependant, les mécanismes moléculaires de l’action de l’E2 dans les cellules β humaines restent mal compris, en particulier en lien avec le diabète.

Dans ce projet, nous cherchons à explorer l’impact de la signalisation E2 sur la croissance et la fonction des cellules β. Pour cela nous analysons l’expression des récepteurs d’estradiol, en particulier les isoformes ERβ humaines, dans des îlots pancréatiques provenant de donneurs masculins et féminins (collaboration avec le Dr P. Cattan, Hôp. Saint-Louis). À l’aide de techniques lentivirales et de RNAseq, nous évaluons le rôle de chaque récepteur dans la sécrétion d’insuline stimulée par l’E2, à partir de cellules β exposées à des concentrations d’E2 reflétant les variations hormonales au cours de la vie (puberté, ménopause). Enfin, l’étude de la signalisation des récepteurs d’estradiol dans un modèle animal diabétique (rats GK) permettra de comprendre comment les altérations de cette signalisation qui pourraient contribuer à la dégradation des cellules β et au développement du diabète.

1. Chauvin (PI), C. Tourrel-Cuzin (PI), J. Movassat , S. Tolu. Collaborators: P. Cattan and M. Armanet (Hôp. Saint Louis, Paris 10).

Vulnérabilité des cellules hypophysaires et gonadotropes à l’exposition prénatale à un environnement diabétique.

Le concept des origines développementales de la santé et de la maladie (DoHAD), décrit comment les perturbations de l’environnement fœtal, peuvent altérer la programmation épigénétique des fonctions physiologiques, contribuant au développement de maladies à l’âge adulte. Le diabète gestationnel (DG) en est un exemple, étant associé à un risque accru de maladies métaboliques, cardiovasculaires, neurodéveloppementales et reproductrices chez les descendants (Portha et al. Nutrients, 2019). Des études sur des modèles animaux montrent également qu’une hyperglycémie chronique peut perturber l’épigénome des cellules gonadotropes hypophysaires, affectant la fonction reproductive (Feldman et al. FASEB, 2019; Bourgneuf et al. Nat Comm, 2021).

Ce projet a pour objectif d’étudier, pour la première fois, la vulnérabilité épigénétique des cellules gonadotropes hypophysaires in vivo dans le contexte d’un DG léger, en utilisant le modèle de rat GK, qui n’est pas uniquement un modèle de DT2, car il présente des caractéristiques de DG. Ce projet a pour but: 1/ d’analyser les modifications épigénétiques et transcriptionnelles dans l’hypophyse des rats GK à différents stades de leur vie reproductive, en combinant approches ciblées et multi-omiques, 2/ de distinguer les effets de l’environnement diabétique in utero de l’origine génétique, nous utilsons la technique de transferts d’embryons entre rattes Wistar et GK, 3/ de corriger les épimutations spécifiques liées au DG par une approche  CRISPRi, afin de restaurer une fonction physiologique normale des gonadotropes et la fertilité. Ce projet pourrait offrira ainsi un éclairage nouveau sur les mécanismes épigénétiques affectant la fonction reproductive sous l’influence d’un déséquilibre métabolique gestationnel.

L’Hôte (PI), B. Uzan (PI), J. Movassat, J. Cohen-Tannoudji, G. Garrel. Collaborateurs : C. Racine et N. Diclemente (UMRS_938, Hôp. Saint-Antoine, Paris 12)