L’antéhypohyse est une glande endocrine maitresse produisant 6 hormones (GH, TSH, ACTH, PRL, FSH et LH) qui régulent des processus vitaux comme la croissance. Chez l’Homme, des mutations des gènes impliqués dans l’ontogénèse pituitaire sont responsables de déficit(s) isolé (IGHD) ou multiples (CPHD) en hormones antéhypophysaires, pouvant être syndromique(s). L’incidence de ces déficits est d’environ 1/8000 naissances. A ce jour, des mutations rapportées dans une trentaine de gènes permettent d’expliquer cette affection chez seulement 25% des patients. Le premier objectif de ce travail de thèse était d’identifier de nouveaux gènes responsables de déficit antéhypophysaire par une approche « gènes candidats », et par des analyses d’exome couplées à une cartographie par homozygotie. Nous avons pu mettre en évidence des variations dans les gènes NOG, VAX1 et GSX1, impliqués dans l’ontogénèse pituitaire murine, et identifier d’autres gènes potentiellement clés dans le développement de l’hypophyse. L’autre objectif était de caractériser la fonction de LHX4, GHRHR, GLI2 et GSX1 à travers l’étude fonctionnelle des variants identifiés au laboratoire. L’implication de nouveaux variants génétiques de LHX4, GHRHR et GLI2 a permis de préciser le spectre phénotypique associé aux mutations de chacun de ces gènes, et aussi de préciser le rôle de LHX4 dans le réseau moléculaire complexe nécessaire à la formation de l’hypophyse. La compréhension des mécanismes moléculaires à l’origine du développement pituitaire devrait permettre à terme une meilleure prise en charge de cette pathologie très hétérogène, incluant le conseil génétique des familles concernées et le traitement des patients. / The anterior pituitary is a master endocrine gland producing 6 hormones (GH, TSH, ACTH, PRL, FSH and LH) that regulate essential life processes such as growth. In the human, mutations in genes encoding morphogenes and transcription factors implicated in pituitary ontogenesis are responsible for isolated (IGHD) or combined (CPHD) pituitary hormone deficit(s) that can be syndromic. The incidence of those deficits is close to 1/8,000 births. So far, mutations reported in about thirty genes explain only 25% of the cases. The first goal of this thesis was to identify new genes responsible for pituitary hormone deficits through a candidate gene approach, and by whole-exome sequencing coupled with homozygosity mapping, using a large cohort of more than 3000 DNA samples collected by the laboratory since 1997.We found variations in NOG, VAX1 and GSX1 genes, all involved in mouse pituitary ontogenesis, and we identified potentially key genes for pituitary developpment.The other aim of this work was to characterize the function of LHX4, GHRHR, GLI2 and GSX1 through the functional evaluation of the variants identified in the laboratory. The implication of new disease-causing genetic variants in LHX4, GHRHR and GLI2 allowed us to delineate the phenotypic spectrum associated with mutations for each gene, and also to precise the role of LHX4 in the complex molecular network required for proper pituitary development. A better understanding of the molecular mecanisms involved in pituitary formation should lead to new ways for management of this heterogenous condition, including genetic counseling and therapeutic decisions in affected families.

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. / 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).

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