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Physiologie de la croissance : apport des modèles animaux et des pathologies humaines
Yves Le BoucEquipe Inserm du Centre de recherche St-Antoine UMR-S. 938
Hôpital St-Antoine, Paris 12Explorations Fonctionnelles Endocriniennes /Biologie Moléculaire
Hôpital Trousseau, Paris 12
DIU Transition Endocrinologie et MétabolismePhysiologie et Pathologies de la Croissance
Hôpital trousseau
Croissance staturo-pondérale post natale
Facteurs Génétiques
Facteurs environnementaux en particulier Nutritionnels ++++PsychologiquesAbsence de pathologie intercurrente
Facteurs hormonaux en particulierAxe somatotropeAxe thyréotropeAxe gonadotropeInsuline
hypothalamus
Anté hypophyse?
Hypophysectomie = effets biologiques
HORMONE DE CROISSANCE HYPOPHYSAIRE (GH)
Mise en évidence de L’IGF I / Somatomédine chez l’animal
rats hypophysectomisésrat normal
+
GH
+
GH
sérumCellules cartilagineuses
Prolifération et différenciation cellulaires
Concept de SOMATOMEDINES (action indirecte)
SM --> IGF
(Daughaday et Salmon 1957)
Humbel RE and Rinderknecht E 1977-78
NSILA->IGF
300 000 Litres plasma
X X X
HYPOTHALAMUSHYPOTHALAMUSGHRHF + GHRHF + -- SRIFSRIF
HYPOPHYSE HYPOPHYSE GHGH
FOIEFOIEIGF I IGFBPIGF I IGFBP
CARTILAGECARTILAGE
Le Bouc. Med Clin Endoc Diab. 2006,21: 14-21
Régulation de l’axe somatotrope
(22 et 20 kDa)
ALS
3IGF I
IGF 1 rétrocontrôle
négatif
IGF1 périphérie
Le Bouc. Med Clin Endoc Diab. 2006,21: 14-21
Paramètres de l’axe somatotrope
1
IGF-1R
IGF2R M6PciR
IGFBP-1 à
-62
6
IGF-I IGF-II
4
ALS
Réponse cellulaire
3
++ +
IGF-I
IR
Insuline
5
Hormone de Croissance
Complexité
du Système des IGF
Le Bouc. Med Clin Endoc Diab. 2006,21: 14-21
Régulation de l’axe somatotrope
(22 et 20 kDa)
ALS
3IGF I
Hypo à l’Insuline (α)AA : Ornithine, ArginineGlucagon (α)
Clonidine (α)
β
bloquant
stress
Sommeil
IGF 1
GH
Études chez le rat --> Homme
Exploration Biologique de la GH
Limite GHD = 10ng/ml (20 μu/ml) -> obtenir un traitement GH
La valeur-seuil définissant le GHD est la même
quelque soit l’âge
et le stade
pubertaire du patient ??
Marin et al, 1994 J Clin Encocrinol Metab, 79 : 537-541
Variabilité de la réponse de la GH au test de stimulation en fonction du stade pubertaire
CROISSANCE STATURALE POST NATALE
MOYENNE
+ 2DS
+ 2DS140cm
120cm
100cm
50cm
Courbe de croissance staturale chez la fille
160cm
180cm
1
2
3 1 1ère année : 22 à 24 cm
2 4 à 9/10 ans : 5-6 cm/an
3 Puberté : 20 à 25 cm
Après la croissance fœtale
(50 cm en 9 mois)
3 périodes à VC différentes
Variabilité de la réponse de la GH au test de stimulation en fonction de l’âge
priming
Le Bouc. Med Clin Endoc Diab. 2006,21: 14-21
Régulation de l’axe somatotrope
(22 et 20 kDa)
Puberté et Croissance
Oestradiol
Testostérone
gonades
GH
Amplitude des pics (X 2 à 3)
IGF I
croissance et ossification croissance
00
100100
200200
300300
400400
500500
600600
700700
800800
900900
00 2020 4040 6060 8080 100100
Age Age (ann(annéées)es)
IGF
I sIG
F I s
éé riq
ue (
rique
( ngng
/ml)
/ml)
Variation dVariation d ’’ IGF I sIGF I séérique en fonction de lrique en fonction de l ’’âgeâge
pic de densité osseuse Theintz G.E et al 1992
Normes en fonction de l’âge
Concentrations sériques d’IGF-I
0
100
200
300
400
500
600
700
800
IGF
I (n
g/ml)
0 5 10 15 20 25 ans
Garçons : ±
2 DS
Filles : ±
2 DS
Normes en fonction de l’âge
Mauvais répondeurs
forts répondeurs
Marqueurs biologiques de surveillance du traitement par la GH chez l’enfant : IGF I
1
IGF1R
IGF2R M6PciR
IGFBP-1 à -6
26
IGF-IIGF-II
4 5
ALS
Réponse cellulaire
Hormone de Croissance
3
++ +
IGF-I
IGFBP3 levels
012345678
IGFB
P3 (mcg
/ml)
0 5 10 15 20years
Girls and Boys : ± 2 DS
Acid-Labil Subunit of IGFBP3 (RIA)
Baxter RC (J Clin Endocrinol Metab 1990;70:1347-1353)
Aide aux diagnostics difficiles, à la surveillance du traitement
Les faits divers de la semaine du 3 novembre –2008 sur le Net L’homme le plus grand du monde
Le Chinois de 57 ans, Bao Xishun, a retrouvé son titre d’homme le plus grand du monde. Mesurant 2,57 m et chaussant du 56
IGFBP3 Sérique
Témoins Évolutifs GuérisAcromégales
5
3
4
6
7
8IG
FBP
3 (µ
g/m
l)
Acromégalie
ALS
μg/
ml
ALS
Acromégalie Sujets témoins GHDO
1 2 3 4
50
100
25GH
IGF-BPIGF I
ALS
Axe Somatotrope : IGF I, IGFBP3, ALS
2030
Baxter RC (J Clin Endocrinol Metab 1990;70:1347-1353)
Aide aux diagnostics difficiles, à la surveillance du traitement
Données personnelles
Le Bouc. Med Clin Endoc Diab. 2006,21: 14-21
Régulation de l’axe somatotrope
(22 et 20 kDa)
IGF et Nutrition
Dénutrition = Piège
Expérience de diète chez l’animal ou chez l’homme
Stat 5b
Récepteur GH
Déficits secondaires / primaires en IGF I
S. De Laron
pygmees
Caniches de Eugen Eigenman
[IGF 1] en fonction des types génétiques de caniches
DeChiara T.M : Nature, 1990 Inactivation (KO) d’IGF IICroissance fœtale (60%)
DeChiara T.M : Cell, 1991 Allèle paternel: expression Allèle maternel: empreinte
EFSTRATIADIS.A
Empreinte parentale différentielle
100% 60%
type sauvage simples mutants
IGF-IIp-/-
Inactivation des gènes du système des IGF chez la souris
neonatal hypoglycaemiafacial naevus
hemihyperplasia
macroglossiamacrosomia
95%88%
------
abdominal wall
defect --- 80%organomegaly --- 60%
ear
abnormalities --- 50%------
35% 30%30%---
BECKWITH-WIEDEMANN SYNDROME
tumour
---
10%Ch.Gicquel, S.Rossignol, H.Schneid, S.Cabrol, Y.Le Bouc
100% 60%
type sauvage simples mutants
60%IGF-I-/-
IGF-IIp-/-
Inactivation des gènes du système des IGF chez la souris
KO du gène IGF I / WT
K.WOODS
NEJM, 1996
IGF I gene
deletion
GH : elevated
IGF I : undetectable
IGFBP3, ALS, IGF II : Normal
IGF I Generation test
Ret Stat
PC
Surdité
R Psych
Puberté
100%
60%
60%
45%
type sauvage
simples mutants
IGF-I-/-
IGF1R-/-
IGF-IIp-/-
Baker.J, Cell (1993), Liu.JP, Cell (1993)
Importance du système IGF pendant la vie foetale
Croissance Fœtale
hom KOhet KOWT
KO classique du récepteur IGF type 1
• retard de croissance intra-utérin• naissance avec 50% du poids normal• létal pour le nouveau né• insuffisance respiratoire
Endocrinology 2000, 141:2557-2566 Endocrinology 2001, 142:4469-4478
100%
60%
60%
45%45%
type sauvage simples mutants mutants conditionnelsspécifiques du tissuspécifiques du dévelptdosages d’inactivation
IGF-I-/-
IGF1R-/-
IGF-IIp-/-
létal à la naissance
naissance puberté tissu adipeux vieillissement
AL’allèle knock-down d’IGF-1R entraîne un retard de croissance postnatal
B
3 4 5 6 7 8 9
WTHetHomWTHetHom
0
5
10
15
20
25
30 }}
age [weeks]
weight [g]
Hm vs. WT :
Ht vs. WT :
P<0.05 P <0.01 P <0.01 P <0.005 P <0.002
n.s. P <0.02 P <0.05 P <0.005 P <0.005
0
1
2
3
4
5
6
7
3 5 764
WT
HomWTHom
growth velocity[g/week]
age [weeks]
Holzenberger M, Le Bouc Y; Endocrinology 2000, 141:2557-2566
Tissu adipeux in situ chez la souris avec forte inactivation d’IGF-1R
XL
XS
XL
XS XS
TA
TA
mâle femelle
10 mm
10 mm 200 µm
Holzenberger M, Le Bouc Y; Endocrinology 2001, 142:4469-4478
Female lifespan is significantly increased
100
IGF-1R+/+
IGF-1R+/-
6 12 18 24 30 360
40
60
80
20
0
Frac
tion
aliv
e [%
]IGF-1R+/- mutants live 26% longer than wild type littermates (P < 0.02)
Age [months]
+33%P < 0.001
(Holzenberger M; Le Bouc Y; Nature 9 janvier 2003)
0
50
100
150
200
250
300
350
0 30 60 90 120
glycémie [mg dl-1]
Délai après injection de glucose [min]
Tolérance réduite chez les mâles IGF-1R+/-
*
-16%, P < 0.05+/-+/+
***
**
***
+/++/-
+50%P < 0.001
Test de tolérance au glucose
Holzenberger et al 2000, 2001, 2003
KO
tissus ciblessang : WT 180 ng/mlKO = 50
AlbCre/loxP IGF-I
GHR Foie
IGF-I
IGF-IRGHR
GHR
IGF-IR
KO IGF-I foie
GHGH
IGF I xx
x
Conclusion des invalidations conditionnelles (Foie) Yakar.S et al : PNAS 1999 / Sjögren.K et al : PNAS 1999.
IGF endocrine +++ pour le rétrocontrôle le métabolisme et pour l’os
Métabolisme : insulino résistance
MUSCLE
The brainIGF1RKO+/- mice
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
ControlbIGF1RKOControlbIGF1RKO
Males
Females
Bod
y w
eigh
t (g)
Age (days)
Growth curveThe bIGF1RKO+/- mice
Kappeler et al Plos Biology 2008.
Age (d)
ng.m
l-1
***** ***
0
250
500
750
1000
0 20 40 60 80 100
bIGF1RKO+/-
Control
IGF-Iµg
/ pit
Age (d)
**
****
0
5
10
15
20
0 20 40 60 80 100
bIGF1RKO+/-
Control
GH pituitary contents
a.u.
0
100
200
300 *
GHRH
KO+/- Control
Persistent modifications of growth parameters
(M.Holzenberger)
Nutritional markers at 10 days of ageduring mother’s milk feeding period
(ng/
ml)
0
10
20
30 ***
*
Leptin
(mg/
dl)
0
100
200
300
******
Glycaemia
(ng/
ml)
0.00
0.10
0.20
0.30 ***
*
Insulin
Restric
tedNorm
alOve
r-fed
Restric
tedNorm
alOve
r-fed
Restric
tedNorm
alOve
r-fed
Birth
16th days1st day
Normal RegimenAltered Regimen
10th days
Kappeler et al. Endocrinology 2008
…20th days ….3 months ……
Birth
16th days1st day
Normal dietAltered diet
10th days …20th days ….3 months ……12…. months
Kappeler et al. Endocrinology 2008
Persistent modifications of growth parametersin 3 month-old mice
Bod
y w
eigh
t (g)
Standard chow ad libitum
Mother’smilk
Age (d)0
10
20
30
0 5010 20 30 40
Over-fedNormalRestricted
IGF-I, ALS, GH, GHRH : decreased at 10, 20 d and 3 months
Systolic and diastolic blood pressure were elevated (12 months)
90
100
110
120
(mm
Hg)
***
Syst
olic
Restri
cted
Normal
Over-fe
d
Glucose tolerance test (12 months) :hyperglycemia and decreased insulinemia
(mg/
dl)
Normal
Restricted* **
050
150
250
350
Time (min)0 20 40 60 80 100 120
Gly
cem
ia
Early Post-natal Caloric Restriction (control mice)
KO
60%Conclusion :
- modèles :physiopathologie, gènes
- phénotype
- GH /IGF1 à la puberté puis après…
- IGF 1 sérique : Os et Métabolisme
- programme fœtal adaptatif et pathologies adultes