Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l’Université de Montréal / Le récepteur du facteur de libération de l'hormone de croissance (GHRH-R) appartient à la sous-famille B-111 des récepteurs couplés aux protéines G. Les concentrations les plus élevées de GHRH-R sont retrouvées dans les cellules somatotropes de l'hypophyse antérieure, site primaire d'action du GHRH. Le GHRH-R a été détecté dans plusieurs tissus extrahypophysaires suggérant de nouveaux rôles pour le système GHRH/GHRH-R. Des données récentes indiquent que l'ARNm du GHRH-R est présent dans le rein, le cerveau, la thyroïde, le cœur, le poumon, le duodénum, l'intestin grêle et le gros intestin, la rate, le muscle squelettique, l'épididyme, l'urètre, mais non dans le foie. Le rein constitue toutefois le seul tissu extrahypophysaire qui renferme une concentration suffisante d'ARNm du GHRH-R pour permettre une détection sans amplification. De plus, plusieurs composantes de l'axe somatotrope se retrouvent au niveau du rein et y exercent des effets. Cependant, aucune étude n'a été menée sur la localisation précise du GHRH-R, sur la régulation des niveaux d'ARNm du GHRH-R ou sur son rôle dans le tissu rénal. Des études de protection à la RNase ont permis de déterminer que l'ARNm du GHRH-R est abondant dans la médulla rénale et confiné à l'anse de Henlé. Une régulation des niveaux d'ARNm du GHRH-R est observée au cours du développement et du vieillissement. Celle-ci diffère de la régulation observée dans l'hypophyse antérieure. En effet, les niveaux d'ARNm du GHRH-R sont faibles durant la période périnatale, augmentent entre 30 et 70 jours pour finalement diminuer à un âge avancé (12-22 mois). Un dimorphisme sexuel pourrait également être présent puisque les niveaux d'ARNm du GHRH-R retrouvés chez la femelle de 70 jours sont inférieurs à ceux du mâle. La fonctionnalité du récepteur rénal a été démontrée indirectement, puisqu'une stimulation prolongée de préparations cellulaires enrichies en anse de Henlé avec le rGHRH(1-29)NH2 induit une régulation à la baisse des niveaux d'ARNm du GHRH-R. Comme la liaison du GHRH à son récepteur hypophysaire active une voie AMPc-dépendante impliquée dans plusieurs actions du GHRH, incluant la synthèse et la sécrétion de GH ainsi que la prolifération et la différenciation des cellules somatotropes, l'utilisation d'une telle voie de signalisation dans le rein ainsi que l'implication du GHRH-R dans la prolifération des cellules de l'anse de Henlé ont donc été examinées. Bien qu'il ait été démontré que le GHRH stimule la production d'AMPc dans les cellules de l'anse de Henlé, il est prématuré d'affirmer qu'il y a activation du système adénylate cyclase-AMPc-protéine kinase A tel que dans la cellule somatotrope. Finalement, il a été observé qu'une stimulation au GHRH induit une augmentation de la prolifération cellulaire de l'anse de Henlé. L'importance de cette fonction du système GHRH/GHRH-R rénal demeure toutefois à être déterminée dans un contexte physiologique.

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Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Dans les cellules somatotropes, la liaison du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRH) à son récepteur (GHRH-R) stimule la synthèse et la sécrétion de l’hormone de croissance (GH) ainsi que la prolifération cellulaire. Chez les mammifères, le vieillissement est caractérisé par une diminution de la sécrétion de GH, liée à une perte de sensibilité des somatotropes au GHRH. Chez le rat âgé, des modifications de niveaux d'ARNm du GHRH-R et une diminution d'affinité et de capacité de liaison du GHRH sont rapportés. Au cours du vieillissement, une augmentation des niveaux de glucose et d’acides gras libres sérique suggère qu’une gluco- ou lipotoxicité puisse contribuer au dysfonctionnement de la fonction somatotrope. À ce jour, la restriction calorique modérée de longue durée (RCMLD) constitue l’intervention la plus efficace pour prévenir ou retarder les détériorations liées à l’âge. Des études ont montré des effets bénéfiques de la RCMLD sur l’axe somatotrope au cours du vieillissement via un maintien des paramètres de liaison du GHRH-R. Compte tenu de l’importance de cet axe, la compréhension des mécanismes menant à la somatopause ainsi que ceux associés aux effets bénéfiques de la RCMLD s’avère importante. Les objectifs principaux de la présente thèse étaient : 1) de déterminer les effets de la RCMLD chez le rat, sur le GHRH-R hypophysaire et la sensibilité des somatotropes au GHRH, 2) d’identifier les mécanismes associés à la somatopause et aux effets bénéfiques de la RCMLD, et 3) de préciser les effets d’une gluco-ou lipotoxicité sur l’axe somatotrope de rats et leur implication dans la somatopause. Des rats de 8 mois ont été soumis à une restriction calorique de 40% jusqu’à l’âge de 18-20 mois et ont été comparés à des rats jeunes et âgés nourris ad libitum. Cette étude a permis de mettre en évidence des effets bénéfiques de la RCMLD sur la régulation et la fonctionnalité du GHRH-R et de proposer que le glucose et les acides gras libres (AGL) circulants soient impliqués dans le vieillissement de la somatotrope. Une étude de micro-puce à ADN à permis d’identifier des gènes associés à des mécanismes de protection et de réparation des dommages cellulaires mis en place dans l’hypophyse antérieure au cours du vieillissement et par la RCMLD. Finalement, les effets d’un stress gluco- ou lipotoxique sur la fonction somatotrope ont été étudiés chez des rats de 2 et 6 mois, infusés 72 h avec une solution de glucose ou d’Intralipides, mimant les niveaux circulants de glucose et d’AGL retrouvés chez le rat âgé. Les résultats obtenus montrent que la glucotoxicité affecte la régulation de certains gènes de la somatotrope, dont le GHRH-R, et suggèrent que la capacité de réponse à ce type de stress est altérée. Les mécanismes par lesquels la glucotoxicité exerce ces effets pourraient inclure la génération de stress oxydant. L’ensemble de ces résultats proposent de nouvelles pistes mécanistiques qui pourraient contribuer au retardement de la somatopause et, ultimement, à l’élaboration de nouvelles stratégies d’intervention nutritionnelles ou pharmacologiques ciblant les mêmes voies que la RCMLD, avec une efficacité similaire ou supérieure. / In somatotroph cells, growth hormone-releasing hormone (GHRH) binding to its receptor (GHRH-R) stimulates growth hormone (GH) secretion and cell proliferation. In mammals, aging is characterized by a decrease of GH, associated with a decline of GHRH somatotroph sensitivity. In the aged rat, changes in GHRH-R mRNA levels and decrease of GHRH affinity and capacity were reported. In the course of aging, significant increase of glucose and free fatty acid (FFA) serum levels are observed, suggesting that gluco- or lipotoxicity could contribute to somatotroph dysfunction. Up to now, long-term moderate caloric restriction (LTMCR) has been the most efficient intervention to prevent or delay age-related deteriorations. Studies have shown beneficial effects of LTMCR on somatotroph axis during aging, through the maintenance of GHRH-R binding parameters. Knowing the importance of this axis, an understanding of the mechanisms associated with the effects of somatopause and benefits of LTMCR is important. Therefore, the main objectives of this thesis were: 1) to determine the effects of LTMCR on rat pituitary GHRH-R and somatotroph sensitivity to GHRH, 2) to identify the mechanisms associated to somatopause and the beneficial effects of LTMCR and 3) to specify the effect of gluco- or lipotoxicity on the rat somatotroph axis and their implications in somatopause. Eight-month-old rats were submitted to a 40% LTMCR until the age of 18 to 20-months and where compared to young and old rats fed ad libitum (AL). This study highlighted beneficial effects of LTMCR on GHRH-R regulation and functionality and suggested that high circulating levels of glucose and FFA could be involved in somatotroph aging. A microarray study was also performed, allowing the identification of genes associated to cellular protection and damage repair mechanisms regulated by aging and LTMCR in the anterior pituitary. Finally, effects of a gluco- or lipotoxic stress on the somatotroph function was assessed in 2- and 6-month-old rats submitted to a 72-h glucose and/or Intralipid infusion, to mimic the levels of glucose and FFA found in aged rats. The results showed that glucotoxicity affects the regulation of specific genes in the somatotroph, such as the GHRH-R gene, and suggest that the response capacity against this type of stress is altered with age very early on. Mechanisms by which glucotoxicity exerts these effects might include oxidative stress production. Altogether, these results proposed novel mechanisms that could contribute to delay somatopause and, ultimately, to the development of new nutritional or pharmacologic interventions targeting the same pathways as LTMCR, with a similar or greater efficiency.

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Le récepteur du facteur de libération de l’hormone de croissance (GHRHR) est un récepteur de la famille des récepteurs couplés aux protéines G. Il est fortement exprimé dans les cellules somatotropes de l’hypophyse antérieure de plusieurs mammifères. Ce récepteur exerce un rôle primordial dans la stimulation de la synthèse et de la sécrétion de l’hormone de croissance ainsi que dans la prolifération des somatotropes. Au niveau extrahypophysaire, les niveaux les plus élevés d’ARNm du GHRHR se retrouvent dans le rein. Toutefois, aucune analyse immunohistochimique n’existe encore sur la localisation précise et la quantification sur les niveaux de GHRHR dans les différents segments du rein de rat et sa dynamique d’expression en situation normale et pathologique telle que l’ischémie. De plus, dans le rein humain normal, aucune information n’est présentement disponible. Le premier article de ce mémoire a pour objectif d’identifier, par immunofluorescence directe, la localisation du GHRHR à travers le système tubulaire rénal, chez le rat jeune en bonne santé. Nos résultats mettent en évidence que dans le rein de rat sain, le GHRHR est exprimé dans les cellules du tubule proximal contourné et droit, de l’anse de Henlé ascendante épaisse corticale et médullaire et de l’anse de Henlé ascendante mince. Le cortex et la bande externe de la médulla externe seraient les deux régions où l’expression est la plus élevée. À la suite d’une insulte rénale comme l’ischémie-reperfusion (IR) chaude, nos résultats démontrent que l’expression du GHRHR est régulée à la baisse dans ces mêmes régions. De plus, une augmentation de certains marqueurs de détérioration cellulaire est présente comme l’enzyme initiatrice, la caspase-9 clivée et effectrice (caspase-3 clivée), des fragments d’ADN et la surexpression d’indication d’injure tissulaire comme la protéine Kidney Injury Molecule 1 (KIM-1). L’ensemble de ces résultats ouvre plusieurs pistes d’études concernant l’importance du GHRHR en rénoprotection. Le deuxième article de ce mémoire a pour objectif d’identifier, par immunofluorescence directe, la localisation du GHRHR à travers le système tubulaire rénal humain. Nos résultats suggèrent que dans le rein humain sain, le GHRHR est davantage exprimé dans le cortex, plus précisément, au niveau du tubule proximal droit et contourné et l’anse de Henlé corticale ascendante épaisse. L’expression du GHRHR est aussi notable au niveau de la région médullaire, pour être plus spécifique, au niveau de l’anse de Henlé médullaire ascendante épaisse et de la médulla. Ainsi, comme chez le rat, l’expression du GHRHR rénal est régio-spécifique. Finalement, le troisième article de ce mémoire est une revue de la littérature ayant pour but d’établir un lien entre les mécanismes connus du stress oxydant dans un contexte d’IR rénale et son impact spécifique dans la médulla. Cet article met en évidence que les différents segments du rein réagissent différemment à une agression oxydante et que la médulla est la région la plus vulnérable. De plus, cette revue de la littérature souligne que les différents types de mécanismes connus du stress oxydant dans un contexte d’IR rénale, tel que la production de dérivés réactifs de l’oxygène, ciblent principalement deux structures du néphron : le tubule proximal et l’anse de Henlé ascendante épaisse médullaire. Les principales répercussions de ces mécanismes observables sont l’inflammation, l’apoptose cellulaire et la diminution des fonctions rénales. Ces mécanismes peuvent aussi être utilisés comme un outil de diagnostic ou de détermination de la santé de l’organe. / The growth hormone-releasing factor receptor (GHRHR) is a receptor of the family of G- protein-coupled receptors. It is highly expressed in the somatotropic cells of the anterior pituitary of several mammals. This receptor plays an essential role in the stimulation of the synthesis and secretion of growth hormone as well as in the proliferation of somatotrophs. At the extra- pituitary level, the highest levels of GHRHR mRNA are found in the kidney. However, no immunohistochemical analysis yet exists on precise localization and quantification of GHRHR levels in the different segments of the rat kidney and its expression dynamics in normal and pathological situations such as ischemia. Additionally, in the normal human kidney, no information is currently available. The first article of this thesis aims to identify, by direct immunofluorescence, the localization of the GHRHR through the renal tubular system, in young healthy rats. Our results show that in the healthy rat kidney, GHRHR is expressed in the cells of the convoluted and right proximal tubule, of the cortical and medullary thick ascending loop of Henle and of the thin ascending loop of Henle. The cortex and the outer band of the outer medulla would be the two regions where the expression is the highest. Following a renal insult such as warm ischemia-reperfusion (RI), our results demonstrate that GHRHR expression is down-regulated in these same regions. In addition, an increase in certain markers of cellular damage is present including initiating enzymes, cleaved and effector caspase-9 (cleaved caspase-3), DNA fragments and overexpression indicative of tissue injury such as protein Kidney Injury Molecule 1 (KIM-1). All these results open up several avenues of study concerning the importance of GHRHR in renoprotection. The second article of this thesis aims to identify, by direct immunofluorescence, the localization of the GHRHR through the human renal tubular system. Our results suggest that in the healthy human kidney, the GHRHR is more expressed in the cortex, more precisely at the level of the right, convoluted proximal tubule and the thick ascending cortical loop of Henle. The expression of GHRHR is also appreciable at the level of the medullary region, more precisely at the level of the thick ascending medullary loop of Henle, and the medulla. Thus, as in rats, the expression of renal GHRHR is region specific. Finally, the third article of this thesis is a review of the literature aimed at establishing a link between the known mechanisms of oxidative stress in the context of renal IR and its specific impact in the medulla. This article highlights that the different segments of the kidney react differently to an oxidative attack and that the medulla is the most vulnerable region. In addition, this review of the literature underlines that the different types of known mechanisms of oxidative stress in a context of renal IR, such as the production of reactive oxygen species, mainly target two structures of the nephron: the proximal tubule and the thick ascending loop of Henle. The main repercussions of these observable mechanisms are inflammation, cellular apoptosis and reduced renal function. These mechanisms can also be used as a diagnostic tool or to determine the health of the organ.