LBM UE BIOP 5 Endocrino
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Licence Biologie Mathématiques BIOLOGIE INTÉGRÉE DES ORGANISMES PLURICELLULAIRES Endocrinologie Communication interne de l’organisme François Lallier ENDOCRINOLOGIE • Glandes endocrines et exocrines • Sécrétion endocrine d’agents inter-cellulaires de communication à distance • Voies de régulation et boucles de rétroaction • Rappel sur les récepteurs et second messagers • Le complexe hypothalamo-hypophysaire des Vertébrés • Hypothalamus • Neurohypophyse • Adenohypophyse • Quelques autres systèmes hormonaux des Vertébrés • Pancréas: insuline et glucagon • Thyroide: T3-T4, PTH et calcitonine • Surrénale: réponse au stress • Quelques systèmes hormonaux d’invertébrés • Glycémie: CHH des Crustacés, • Développement: Ecdysone et mue des insectes • LBM 2 CAMPBELL CHAPITRE 45 • INTRODUCTION Les régulateurs à longue distance de l'organisme • CONCEPT 45.1 Le système endocrinien et le système nerveux agissent individuellement et de concert dans la régulation de la physiologie d'un Animal Le chevauchement entre la régulation du système endocrinien et celle du système nerveux Les voies de régulation et les boucles de rétroaction • CONCEPT 45.2 Les hormones et d'autres médiateurs chimiques se fIxent aux récepteurs des cellules cibles pour activer les voies qui aboutissent à des réactions cellulaires spécifIques. Les récepteurs membranaires de surface des hormones hydrosolubles. Les récepteurs intracellulaires des hormones liposolubles. La communication paracrine par les régulateurs locaux. • CONCEPT 45.3 L’hypothalamus et l'hypophyse intègrent de nombreuses fonctions du système endocrinien chez les Vertébrés Les relations entre l'hypothalamus et l'hypophyse Les hormones neurohypophysaires Les hormones adénohypophysaires • CONCEPT 45.4 Les hormones non hypophysaires concourent à réguler le métabolisme, l'homéostasie, le développement et le comportement ........... . Les hormones thyroïdiennes La parathormone et la calcitonine: la régulation de la calcémie L’insuline et le glucagon: la régulation de la glycémie Les hormones surrénales: la réponse au stress Les hormones sexuelles gonadiques La mélatonine et les biorythmes • CONCEPT 45.5 Les mécanismes de régulation des Invertébrés font également intervenir les interactions entre le système endocrinien et le système nerveux LBM 3 COMMUNICATION CELLULAIRE LBM 4 SYSTÈME NERVEUX VS SYSTÈME ENDOCRINE • • • Système nerveux • Rapide: conduction électrique du signal, longue distance (axone) • Action locale: neurotransmetteur; durée effective courte Système endocrine • Produit des hormones, messagers chimiques circulants • Plus lent : système circulatoire • Portée générale, systémique; durée effective longue Combinaison des deux • cellules endocrines «sensibles» • neurones sécréteurs: libèrent leur produit dans la circulation LBM 5 GLANDES EXOCRINES ET ENDOCRINES libère ses sécrétions dans un conduit/canal ouvert à l’extérieur de l’organisme - glande sudoripare - glande salivaire, digestive LBM libère ses sécrétions dans la circulation sanguine, dc perfusé par des capillaires - thyroide, hypophyse, gonade, Parfois les 2 dans un seul organe: ex Pancréas 6 RAPPEL: RÉCEPTEURS ET TRANSDUCTION Hormones hydrophobes stéroides: récepteur cytoplasmique, action du complexe H-R sur ADN Hormones hydrosolubles peptides amines X membrane => récepteur membranaire + voie de transduction intracellulaire - protéines G, AMPc, Ca2+, ... LBM 7 UN MÊME SIGNAL, DIFFERENTS EFFETS Hormone inactive en elle-même; effet indirect médié par récepteur,... Action ≠ selon récepteur et/ou transduction, spécifique au tissu cible Exemple : une hormone, l’acetylcholine, plusieurs effets selon la cible - contraction du muscle squelettique - relaxation du muscle cardiaque - stimulation de la sécrétion d’aldostérone LBM 8 BOUCLES DE RÉGULATION Contrôle nerveux Rétroinhibition directe Système neuroendocrine: cible = glande endocrine Relayée par le système nerveux Rétroinhibition à 2 niveaux LBM Système endocrine: cible = divers tissus 9 LE SYSTÈME ENDOCRINE DES VERTÉBRÉS • • Principaux organes du système endocrine des Vertébrés • Hypothalamus/Hypophyse • Thyroïde et Parathyroïde • Glandes surrénales • Pancréas • Gonades Principales fonctions régulées • homéostasie hydrique et ionique • métabolisme • croissance et développement • reproduction LBM 10 Epiphyse Stimulines Neurohypophyse Adenohypophyse =ADH Médullosurrénale Corticosurrénale Adrénaline Noradrénaline ENDOCRINOLOGIE • Glandes endocrines et exocrines • Sécrétion endocrine d’agents inter-cellulaires de communication à distance • Voies de régulation et boucles de rétroaction • Rappel sur les récepteurs et second messagers • Le complexe hypothalamo-hypophysaire des Vertébrés • Hypothalamus • Neurohypophyse • Adenohypophyse • Quelques autres systèmes hormonaux des Vertébrés • Pancréas: insuline et glucagon • Thyroide: T3-T4, PTH et calcitonine • Surrénale: réponse au stress • Quelques systèmes hormonaux d’invertébrés • Glycémie: CHH des Crustacés, • Développement: Ecdysone et mue des insectes • LBM 14 COMPLEXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE • Intègre de nombreuses fonctions de régulation • Hypothalamus • • centre nerveux intégrateur • deux groupes de cellules neuro-sécrétrices qui se projettent ou sécrètent vers l’hypophyse Hypophyse • à la base de l’hypothalamus • deux lobes distincts : adenohypophyse (antérieure) et neurohypophyse (postérieure) LBM 15 COMPLEXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE • Neurohypophyse (posterior pituitary) • reçoit les terminaisons de cellules neuro sécretrices situées dans l’hypothalamus dans un réseau • ocytocine et vasopressine capillaire hypophyse neurohypophyse LBM • sécretion 16 OCYTOCINE ET VASOPRESSINE • neuropeptides, voie neurohormonale simple • Ocytocine • • glandes mammaires (allaitement) • muscles utérus (accouchement) Vasopressine, ADH • rein, + rébabsorption d’eau, osmorégulation, circulation • agit à très faible dose (ng/l) LBM 17 OCYTOCINE ET VASOPRESSINE PETITS PEPTIDES, GRANDS EFFETS SS LBM 18 COMPLEXE HYPOTHALAMO-HYPOPHYSAIRE • Adenohypophyse (anterior pituitary) • • • au moins 5 types de cellules endocrines différentes contrôlées par des neurohormones (stimulines: liberines/statines ou RF/IF ou RH/IH) produites par des cellules neuro-endocrines de l’hypothalamus stimulines adenohypophyse hypophyse double réseau capillaire LBM 19 HORMONES ADENO-HYPOPHYSAIRES MSH. Mélanotrophine H. mélanotrope TSH Thyréotrophine ACTH Corticotrophine LBM 20 HORMONES ADENO-HYPOPHYSAIRES MSH Endorphine ACTH Mélanocytes Cerveau LBM 21 FSH, LH, TSH • Stimulines (tropic hormones) : stimulent d’autres glandes endocrines • FSH, LH agissent sur les gonades => gonadotrop(h)in(e)s • ∆ stéroides sexuels (testostérone, oestrogènes) • • voir chapitre Reproduction TSH agit sur la thyroïde => thyreotrop(h)in(e) • ∆ hormones thyroidiennes (T3,T4) • LBM voir ci-dessous 22 PRL, GH • Action directe essentiellement (GH peut être une stimuline également) • Spectre large de tissus cibles • GH, somatotropin • • Rôle très important dans le développement PRL: • production de lait c/o Mammifères • métamorphose c/o Poissons, Amphibiens (cf + loin) LBM 23 ACTH, MSH, ENDORPHINE • Un même précurseur: POMC • ProOpioMelanoCortine • ACTH: stimuline, adrenocorticotropin • • 12 39 13 22 cible: glande surrénale, partie corticale, stimule la production de corticostéroides (cf + loin) MSH • • 241 aa cible: mélanocytes, stimule production mélanine Endorphine • cible: cellules nerveuses variées, inhibe la douleur • structure analogue aux opiacées (opium, morphine) LBM 24 HORMONES ADENO-HYPOPHYSAIRES LBM 25 ENDOCRINOLOGIE • Glandes endocrines et exocrines • Sécrétion endocrine d’agents inter-cellulaires de communication à distance • Voies de régulation et boucles de rétroaction • Rappel sur les récepteurs et second messagers • Le complexe hypothalamo-hypophysaire des Vertébrés • Hypothalamus • Neurohypophyse • Adenohypophyse • Quelques autres systèmes hormonaux des Vertébrés • Pancréas: insuline et glucagon • Thyroide: T3-T4, PTH et calcitonine • Surrénale: réponse au stress • Quelques systèmes hormonaux d’invertébrés • Glycémie: CHH des Crustacés, • Développement: Ecdysone et mue des insectes • LBM 26 PANCREAS • Glande exocrine et endocrine • Organisation anatomique: îlots de Langerhans • • cellules alpha: glucagon • cellules beta: insuline • capillaires • entourés de cellules exocrines (enzymes digestives) Insuline et glucagon ont des effets opposés sur la glycémie LBM 27 INSULINE ET GLUCAGON • Structure : polypeptides hypoglycémiante, stimule l’entrée de glucose dans les cellules et son utilisation hyperglycémiante, stimule glycogénolyse et néoglucogénèse, inhibe l’utilsation du glucose SECRETION sous l’influence directe de la concentration de glucose dans le sang (glycémie) DEGRADATION: protéolyse dans le foie et le rein; demi-vie ≈ 5 minutes LBM 28 INSULINE ET GLUCAGON: ACTION ANTAGONISTE (> 5 mM ≈ 1 g/l) LBM 29 Contrôles multiples + parasympathique - sympathique Effets synergiques EFFETS MULTIPLES SUR LA GLYCOLYSE Insuline: active le transport couplé Na - glucose et Na - acides aminés au niveau des membranes plasmiques. Favorise l'entrée de glucose dans les cellules. Cible tissus adipeux, muscles, foie. Glucagon: active la neoglucogénèse et glycogénolyse, inhibe cétogénèse. Cible foie (tissu adipeux: + lipolyse). LBM 31 LES DEUX FORMES DU DIABÈTE • • Diabète Type I (insulinodépendant) : autoimmune, destruction des cellules ß du pancréas. • Apparait durant l’enfance, pas assez de production d’insuline • Traitement: injection d’insuline Diabète Type II (noninsulino-dépendant) : défaut de réponse des cellules cibles (récepteurs). • Apparait ches l’adulte après 40 ans. Nombreux facteurs, héréditaires et comportementaux. • Traitement: régime et exercice ! LBM 32 THYROÏDE ET PARATHYROÏDE • Glande thyroide: deux lobes en avant de la trachée • Glande parathyroide: quatre amas cellulaires à la surface de la thyroide. • Origines embryonnaires distinctes. • Thyroide: organisée en follicules • • ¢ folliculaires sécrète Tri- et Tétra-iodothyronine (T3 et T4) • nombreuses cibles, nombreux effets: développement, bioénergétique (thermorégulation) • sécrète aussi la Calcitonine (¢ parafolliculaires) Parathyroide : • PTH, hormone para-thyroidienne • Calcitonine et PTH régulent la calcémie LBM 33 STRUCTURE T3 ET T4 Figure 45.8 • Structure identique, sauf pour le nb d’atomes d’iode • Stockage dans le follicule sous forme de thyroglobuline iodée; Sécrétion à la demande • Sécrétion T4 (50-110 µg/l) > T3 (0,6-1,8 µg/l) • Transport sanguin majoritairement sous forme liée à TBG (thyroxin binding protein) • Forme libre seule active: T4 18-42 ng/l; T3 2-6 ng/l • T3 plus active; modification T4 => T3 dans les cellules cible; liaison cytoplasmique à un récepteur intracellulaire (PMA); régulation transcription. LBM 34 PRODUCTION ET SÉCRÉTION DE T3 ET T4 Cellule folliculaire Thyroglobuline (TG) : glycoprotéine 330 kDa avec Tyr et Tyronine iodées; précurseur LBM 35 RÉGULATION DE LA SÉCRÉTION DE T3 ET T4 • La sécrétion des hormones thyroidiennes est régulée par l’hypothalamus et l’adénohypophyse, et par des rétroactions négatives • ½ vie : 4 min Hypothalamus sécrète TRH (TSH-releasing hormone), qui stimule la sécrétion de TSH (thyroid-stimulating hormone) par l’adénohypophyse. • TSH se lie aux récepteurs membranaires des cellules folliculaires de la thyroide. Second messager: cAMP qui déclenche la libération de T3 et T4. • De fortes concentrations de T3, T4 libres ou de TSH inhibent la sécrétion de TRH. T4 agit ausi sur la thyroide et sur l’adénohypophyse ½ vie : 50 min ½ vie : 1 j LBM ½ vie : 6 j http://www.humans.be/pages/physiothyroide.htm 36 EFFETS DE T3 ET T4 • • La thyroide joue un role majeur dans le développement des Vertébrés. • Controle de la métamorphose chez les Amphibiens. • Controle des cellules osseuses, nerveuses durant le développement embryonnaire. La thyroide est essentielle au maintien de l’homéostasie chez l’adulte. • Pression sanguine, rythme cardiaque, tonus musculaire, digestion et reproduction. • T3 et T4 augmentent le métabolisme aérobie et donc la consommation d’oxygène. • Hypothyroïdie: goître, fatigue, frilosité, bradycardie,... • Hyperthyroïdie: hypersudation, polyurie, hypersudation,... LBM 37 CALCITONINE ET PTH Quatre glandes parathyroidiennes , situées à la surface de la thyroïde, vers l’arrière, jouent un rôle dans l’homéostasie calcique • • Sécrétion de PTH (parathyroid hormone), qui augmente la calcémie (concentration de calcium dans le sang) et nécessite de la Vitamine D. • Mécanisme: PTH stimule la réabsorption de Ca2+ par le rein et les intestins, et induit la déminéralisation osseuse. La calcitonine (CT produite par la thyroïde, ¢ parafolliculaires), a les effets inverses (antagoniste) CT inhibe les ostéoclastes => diminue la résorption osseuse => augmente le stockage du calcium dans l'os. • CT diminue l'activité de la vitamine D => diminue l'absorption du calcium par le duodénum. • CT augmente l'excrétion du calcium par les reins. • LBM 38 STRUCTURE CALCITONINE ET PTH 5-10 ng/l 1-7 ng/l Calcitonine de saumon: 20x plus active c/o homme ! LBM 39 EFFETS ANTAGONISTES SUR LA CALCÉMIE < 1 mM 45 g/l Ca2+ libre LBM 40 Chez les Mammifères, glandes composites situées au sommet du rein: cortex (externe) et medulla (interne) • Plusieurs types cellulaire, plusieurs hormones et régulations • minéralocorticoides: aldosterone • glucocorticoides: cortisol, corticostérone, testostérone • catecholamines: adrénaline, noradrénaline MEDULLA • CORTEX LES GLANDES SURRÉNALES LBM 41 ORIGINE DE LA MEDULLA SURRÉNALE LBM 42 MEDULLA SURRÉNALE: RÉPONSE RAPIDE, EFFET BREF • Sécrétion: catécholamines, Adrénaline et NA • Cibles et Actions • • Mobilisation du Glucose (muscles et foie). • Libération d’acides gras (tissu adipeux) • Débit cardiaque augmenté (coeur). • Action + ou - sur vaisseaux: vasoconsriction (peau, intestin, rein) ou vasodilatation (coeur, cerveau, muscles) • Dilatation des bronchioles (poumons) Régulation: • sous contrôle nerveux, stimulé par l’acétylcholine • LBM 43 CORTEX SURRÉNAL: RÉPONSE LENTE, EFFET PROLONGÉ • Sécrétion: stéroides (cf biosynthèse stéroides page svte) • Minéralocorticoïde: aldostérone; Glucocorticoides: corticostérone, cortisol; Androgènes: testostérone • Cibles et Actions, Régulation • Aldosterone stimule le rein : reabsorbtion sodium et eau => augmente volume sanguin et pression • Sous contrôle majeur du SRAA Système Renine-Angiotensine-Aldosterone (cf chapitre Excrétion) • Sous contrôle mineur de l’axe corticotrope hypothalamo (CRF)-hypophysaire (ACTH) • Glucocorticoides augmentent le métabolisme glucidique et protidique. • Action immunosuppressive également (diminue les réactions inflammatoires, type allergie). • Sous contrôle majeur de l’axe corticotrope hypothalamo (CRF)-hypophysaire (ACTH) LBM 44 RAPPEL: BIOSYNTHÈSE DES STÉROIDES STRESS AND THE ADRENAL GLAND. LBM 47 LBM 48 LBM 49 Glandes endocrines des Vertébrés: diversité anatomique Hormones des Vertébrés: diversité des effets ENDOCRINOLOGIE • Glandes endocrines et exocrines • Sécrétion endocrine d’agents inter-cellulaires de communication à distance • Voies de régulation et boucles de rétroaction • Rappel sur les récepteurs et second messagers • Le complexe hypothalamo-hypophysaire des Vertébrés • Hypothalamus • Neurohypophyse • Adenohypophyse • Quelques autres systèmes hormonaux des Vertébrés • Pancréas: insuline et glucagon • Thyroide: T3-T4, PTH et calcitonine • Surrénale: réponse au stress • Quelques systèmes hormonaux d’invertébrés • Glycémie: CHH des Crustacés, • Développement: Ecdysone et mue des insectes • LBM 53 INVERTEBRATE REGULATORY SYSTEMS • Système endocrine: semble exister chez tous les Metazoa • • encore beaucoup de lacunes hors des Vertébrés Effets antagonistes fréquents. • Chez Hydra, une hormone stimule croissance et multiplication asexuée et inhibe la reproduction sexuée. • Chez Aplysia, une neurohormone stimule la ponte des oeufs et inhibe nutrition et locomotion. De nombreuses expériences d'ablation ou de cautérisation de structures nerveuses indiquent l'existence d'un déterminisme hormonal dans la croissance et le développement des mollusques, des vers ou des échinodermes. Mieux étudié chez les Arthropodes LBM 54 + lactate (produit du métabolisme anaérobie) DÉVELOPPEMENT DES ARTHROPODES • Insectes • Ecdysone : sécrétée par une paire de glandes prothoraciques; structure stéroide; stimule la mue et la métamorphose Sécrétion régulée par une neuro-hormone (Brain hormone, PTTH) : analogue au complexe hypothalamo-hypophysaire. Les deux sous l’influence d’une troisième hormone juvénile (JH, HJ); sécrété dans les Corpora allata; maintient les caractères larvaires/juvéniles • Crustacés : L'organe X, de type neurohumoral et localisé dans les pédoncules oculaires produit une hormone inhibitrice (MIH : molt inhibiting hormone). Cette hormone passe par transport axonal dans une glande sinusale d'où elle est sécrétée. La MIH inhibe la production d'une hormone de mue de type ecdystéroïde, comparable à celle des insectes. Cette hormone est produite au niveau d'un organe Y, thoracique, comparable à la glande prothoracique des insectes. LBM 56 RÉGULATION HORMONALE DU DÉVELOPPEMENT DES INSECTES LBM 57 hormone prothoracotrope (PTTH, ecdysiotropine, prothoracotropine) hormone juvénile (HJ) ß -ecdysone (HM, hormone de mue)
