Growth Hormone (GH), also known as somatotropin, is a protein hormone secreted from the anterior pituitary gland. GH action results in longitudinal bone growth in children and adolescents and continues later to control a variety of metabolic reactions in adults. DNA polymorphisms leading to a decrease in GH expression result in persons of short stature, whereas those leading to overexpression of GH produce either acromegaly or gigantism. In order to diagnose and treat patients with altered GH production, understanding the control of GH expression is thus clinically relevant. In order to understand how transcription of GH is determined by selective regulatory modulators, two rat somatotroph cell lines were studied that differed in their relative differentiation: MtT/S cells are considered as fully differentiated somatotrophs that express GH exclusively; MtT/Se cells are related somatotrophs with GH expression that is responsive to estrogen treatment. These cell lines were obtained from the Riken Cell Bank (Japan) and then grown and cultured in accordance with established protocols. After harvesting of cells from each line, total RNA was extracted using a rapid affinity method (Qiagen). After validation of the RNA integrity index of each RNA isolate (Affymetrix), they were sent to an off-site laboratory (NovoGene) for RNA-Seq analysis. Samples were examined in triplicate for comparison using standard procedures for adapter ligation, library construction, amplification and sequencing. In our previous work with single gene quantitative RT-PCR, we measured expression of 9 separate targets, primarily transcriptional controllers, in these cell lines. Now, the use of RNA-Seq quantifies the levels of all mRNAs in each sample without the need for specific primers or probes. Therefore, it is possible to find nearly all of the mRNAs that demonstrate changing abundance without requiring prior evidence of their role in the terminal differentiation of the MtT/S from MtT/Se cells. After extensive QC for validation, initial analysis of the data shows more than 36 million validated sequenced reads from each replicate sample with >96.39% mapping to the reference rat genome sequence. Basic analysis shows that 13,012 expressed genes were 87% similar, with 1,175 (9.0%) unique to MtT/Se cells and 484 (3.7%) genes selectively present in MtT/S cells. Of these, 329 genes were upregulated in expression while only 57 were reduced. For comparison with our previous study, we are now confirming differences in GH transcripts and the transcription factors/regulators previously measured, particularly the GH regulator Zn16, a protein with 16 zinc fingers known to bind to the GH promoter DNA. Further analysis of the RNA-Seq profile is focused on the unique and unidentified changes in expression that differentiate these cell lines. Analysis of the differentiation of MtT/S and MtT/Se cells will further understanding of GH regulation in the body.

1. Adénomes hypophysaires somatotropes : Elaboration d'un modèle in vitro et in vivo d'études du récepteur SST2 et des voies de signalisation somatostatinergiques.Afin de préciser l'étude du récepteur SST2, nous avons mis en place un modèle d'étude in vitro et in vivo, en établissant une lignée polyclonale exprimant le récepteur SST2 humain à de hauts niveaux. Ce modèle nous permettra de tester de nouveaux agonistes somatostatinergiques comme le pasiréotide et d'étudier de façon approfondie les voies de signalisation.2. Méningiomes : Mise en place d'un modèle de culture primaire de méningiome in vitro et étude de l'effet de l'octréotide, du pasiréotide et de l'everolimus sur la prolifération cellulaire et les voies de signalisation intracellulaire.Etant donné la forte expression du récepteur SST2, nous avons démontré in vitro un effet anti-prolifératif de l'octréotide sur les cellules de méningiomes via une inhibition de la voie Pi3kinase-Akt-mTOR. L'octréotide a significativement amélioré l'inhibition par l'everolimus de la prolifération cellulaire.Un effet additif des 2 drogues a été observé. Ces résultats ont permis la mise en place d'une étude clinique . Par ailleurs, on observe un meilleur effet du pasiréotide comparé à celui de l'octréotide.3. Chordomes : Mise au point d'un modèle de culture primaire de cellules de chordomes in vitro et études préliminaires.Les premiers résultats avec octréotide, pasiréotide et everolimus sont concluants, mettant en évidence une diminution de la prolifération cellulaire, et nous incitent à poursuivre les investigations. / 1.Somatotroph adenomas : Development of an in vitro and in vivo model to study SST2 receptor and somatostatin pathway.To precise SST2 role in tumorigenesis, we developed an in vitro and in vivo model, using a polyclonal cell line with high and stable SST2 expression level. This model will provide to test new somatostatin agonists as pasireotide and further studies on intracellular pathway in ''somatotroph'' context.2. Meningiomas : Development of a model of meningioma primary culture in vitro with study of octreotide, pasireoide and everolimus effects on cell proliferation and intracellular pathways. Given the strong SST2 expression, we demonstrated an in vitro antiproliferative effect of octreotide on meningioma cells via an inhibition of Pi3kinase-Akt-mTOR pathway.In vitro, we observed that octreotide significantly improved everolimus induced cell proliferation inhibition. An additive effect of the 2 drugs was observed in each tested tumor. These results supported the development of a clinical trial. Pasireotide provided a better effect than octreotide, alone or in combination with everolimus on cell proliferation and intracellular pathways.3. Chordomas : Development of an in vitro model of chordoma cell primary culture with preliminary studies.We developed a model of in vitro chordoma cell culture. This model is reliable and stable, providing study of different drugs. SST2 receptor expression was lower than in meningiomas but SST2 expression remained significant in the majority of the tumors. First results with octreotide, pasireotide and everolimus are relevant, with a decrease in cell proliferation leading to further studies.

Les adénomes hypophysaires sont les tumeurs intracérébrales les plus fréquentes. Les adénomes somatotropes hypersécrètent l’hormone de croissance (GH) et sont traités classiquement par des analogues somatostatinergiques. Une petite moitié des patients acromégales est néanmoins résistante à ces traitements. L’on sait depuis, quelques années, que le récepteur de la ghréline possède une forte activité constitutive et joue un rôle majeur dans la sécrétion de GH. Cette activité constitutive est-elle impliquée dans la tumorigenèse des adénomes somatotropes ? Nos travaux ont montré un niveau de transcrits, codant pour le GHS-R, particulièrement élevé dans ces tumeurs, et l’immunocytochimie révèle un marquage punctiforme localisé à la membrane plasmique. La MSP (agoniste inverse du GHS-R) induit une diminution dose-dépendante de la sécrétion de GH des cultures primaires d’adénomes somatotropes. Cette efficacité de la MSP sur la sécrétion de l’hormone de croissance est particulièrement remarquable sur les patients résistants aux agonistes somatostatinergiques chez qui elle démontre une efficacité relative accrue. Des clones, surexprimant le GHS-R humain (lignées MYST-R), ont été générés à partir de lignées somato-lactotropes tumorales de rat (GH4C1). Sur ces cellules, le ligand endogène du GHS-R induit une augmentation d’IP3 intracellulaire. De façon originale, la MSP induit une diminution du niveau d’IP3 intracellulaire. L’inhibition de l’activité constitutive du GHS-R par un agoniste inverse, tel que la MSP, pourrait permettre de réprimer l’hypersécrétion de GH, faisant de cette molécule une alternative pharmacologique aux traitements actuels des adénomes somatotropes. / Pituitary tumors are most usual intracranial tumors. The somatotroph adenomas are characterised by a GH hypersecretion. The current treatments are based on somatostatinergic agonists. Unfortunately, there is steel 50% of patients, which remain insensitive to these treatments. The aim of our work was to find a pharmacological alternative to treat the patients resistant to the current therapies. Ghrelin stimulate pituitary GH release in vivo through GHS-R1a activation. Interestingly, this receptor transduces signal through an unusual high constitutive activity. Noteworthy, human somatotroph adenomas expressed a high level of GHS-R1a at both mRNA and protein level. We actually assess the implication of this constitutive activity in the tumorigenesis of the somatotroph adenomas. Firstly we demonstrated GHS-R1a functionality through its capacity to fixe endogenous ligand. Then we showed that treatment of human somatotroph adenomas primary cultures, with the GHS-R1a inverse agonist (MSP: Modified Substance P), induced a dose dependent decrease of GH secretion. To foremost investigate the transduction mechanisms underlying these results, we developed, from GH4C1 (rat somato-lactotroph tumoral cell line), stable monoclonal cell lines overexpressing human GHS-R1a (named MYST-Rg). Interestingly MYST-Rg cells exhibit relatively high basal activation of the IP3 pathway. GHS-R1a endogenous ligand (ghrelin) strengthens basal IP3 pathway activation of MYST-Rg cells. Noteworthy, the basal IP3 pathway activation can be lessened by MSP treatment. Thus, MSP could be a useful alternative to the current therapies of somatotroph adenomas.

京都大学 / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13362号 / 論医博第2204号 / 新制||医||1045(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 稲垣 暢也, 教授 渡邉 大, 教授 影山 龍一郎 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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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