NEUROENDOCRINOLOGIE L'AXE HYPOTHALAMIQUE Sécrétion d'hormone par un neurone, qui sont des cellules excitables et qui libèrent des neurohormones. L'axe hypothalamus hypophysaire se trouve dans le cortex cérébral, l'hypophyse étant en dessous de l'hypothalamus. Ils sont reliés tous les deux au reste du cortex par la tige hypophysaire (ou pituitaire) L'hypophyse est constituée de 3 parties : Le lobe nerveux (pars nervosa) qui correspond à l'hypophyse ou lobe postérieur. Cette partie libère la vasopressine (ADH) et l'ocytocine. ADH cible les cellules du tube collecteur au niveau du rein et les artères (pour la pression). L'ocytocine cible les muscles utérins (contraction), les canaux lactatifs (éjection du lait). Elle permet également l'éjaculation et certainement d'autres mécanismes mais son rôle est mal connu chez l'homme. Le lobe antérieur est composé de 2 parties : la pars intermedia et la pars distalis. Ce lobe libère ACTH, LH/FSH, TSH, GH et Prolactine *) La prolactine agit sur les glandes mammaires (synthèse de lait) et sur le système immunitaire. *) La GH (Grow Hormon) agit sur le foie (favorisation du métabolisme) et sur les os *) La TSH (Thyroïd Stimulating Hormon) agit sur la thyroïde qui en retour agit sur le métabolisme en général *) La LH/FSH (Hormones gonadotropiques) agit sur les gonades : Chez la femme : FSH stimule la phase folliculaire et les cellules de la granulosa. LH sur les cellules de la thèque et du corps jaune. Chez l'homme : FSH agit sur les cellules de Sertoli. LH sur les cellules de Leydig pour la synthèse de testostérone (quia git sur le métabolisme, voix, poils, muscles,...) *) L'ACTH (adénocorticotropine homorn) agit dans la production de cortisol au niveau des glandes corticosurrénales. Lors d'un stress le cortisol agit sur la néoglucogenèse. Il agit aussi sur la diminution du système immunitaire lors d'inflammation. Le cortisol agit au niveau fœtal au moment de la parturition (engagement de celle ci) On trouve 5 types de cellules ce qui explique pourquoi LH et FSH sont ensemble. Les cellules gonadotropes (LH/FSH), somatotrope (GH), Cellules à prolactine, cellules corticotropes (ACTH) et cellules thyroïcotropes (TSH). Le lobe intermédiaire synthétise une énorme préhormone la POMC qui donne P ( pou pré hormone), O pour les endorphines, M pour MSH et C pour ACTH (mais on arrive pas vraiment à la quantifier) MSH (mélanocyte stimulating hormon) permet un changement de la pigmentation (ce qui n'est pas le cas chez nous, où seul le soleil colore notre peau, on ne peut pas foncer ou éclaircir volontairement notre peau). Chez les Amphibiens elle permet de faire varier la couleur de la peau selon le milieu où ils se trouvent (plus ou moins foncée par la migration au sein des mélanocytes soit vers la membrane (foncement) soit vers le centre de la cellule (éclaircissement)) 2 origines pour la mise en place des cellules de l'hypophyse. RATHKE 1835 (poly page 1) La formation d'un diverticule qui grandit puis se détache du stomodéum pour venir se fixer sous le plancher (infundibulum) de l'hypothalamus qui lui aussi émet un diverticule, permet de « construire » l'axe. Chez le rat, la poche de RATHKE conserve une cavité appelée fente hypohysaire qui permet de délimiter les 2 parties du lobe. Chez l'homme cette distinction est difficile sauf par marquage car la cavité n'est pas présente. Le lobe nerveux contient les terminaisons de neurones neurosécréteurs (il n'y pas de cellules glandulaires) responsables de la sécrétion d'ADH et Ocytocine. Cependant les expériences de KAWAMURA (en 1998) les 2 parties de l'hypophyse ont une origine nerveuse. Il a greffé au niveau de territoires présomptifs des cellules pigmentées sur un œuf fécondé non pigmenté. Les bords du tube neural (crêtes neurales) constituent les lobes antérieurs de l'hypophyse et ne viennent pas du stomodénum. Pit : cellules olfactives Br : ventricule Ht: donnera le futur hypothalamus Tube neural pour le lobe nerveux Crête neural pour le lobe antérieur Relation entre le diverticule et le stomodénum par le plancher et le diverticule. Si l'on empêche cette intéraction physique, on observe pas de formation de l'hypophyse, pareil si cela est fait entre le toit et le stomodénum. 1er facteur de croissance BMP4 provenant du plancher de l'hypothalamus et doit pouvoir migrer vers la poche de RATHKE. Ce facteur permet la synthèse d'un facteur Trf1 2cd facteur de croissance FGF8 provient du toit du stomodénum et migre dans la poche et permet la production d'autres facteurs permettant la fin de la formation de l'hypophyse. (poly page 3) Tableau n°1 Large présence de somatotrope et gonadotrope 60 à 75% du nombres totale de cellules de l'adénohypophyse. C'est la taille des grains de sécrétions qui doit permettre de distinguer les types cellulaires. C'est plutôt grâce à des expériences telle la castration qui provoque une hypertrophie des cellules gonadotropes. Sur un rat castré à qui on injecte des broyas de testicules on remarque que les cellules reviennent à une taille normale. Mise en évidence d'un feed back négatif (rétrocontrôle) des hormones des gonades sur les cellules gonadotropes. Pour les autres cellules c'est pus difficile du fait de leur action globale, cependant une carte des types des cellules a pu être faite. Cette hypophyse régule l'organisme ou d'autres glandes endocrinienne mais elle doit également être régulée. C'est le rôle de l'hypothalamus. Fonction du lobe nerveux dépend bien de l'hypothalamus car on trouve des molécules qui activent : libérines (axe mélanotrope (lobe intermédiaire) il possède une innervation dopaminergique) ou qui inhibent : Statines DA, GABA issues de l'hypothalamus et 5-HT issue du noyau raphé Axe gonadotrope : LH-RH (libérine) ou Gn-RH Augmentation et libération de LH (principalement). On ne connait pas de stratines à ce jour. Axe corticotrope : CRH (libérine) agit sur ACTh Axe somatotrope : GRH (libérine) qui agit sur GH et SRIF (statine) Axe thyroïdotrope : TRH (libérine) TSH Axe lactotrope : on ne connait rien de bien spécifique TRH, neurotensine on aune légère stimulation sur la prolactine. Inhibition de ces cellules par le PIF (Prolactine Inhibition Factor) en fait la dopamine par l'hypothalamus. Les axes somatotrope et lactotrope sont différents des autres par leur cible (pas de cellules endocriniennes visées). Les autres sont inhibés par le feed back négatif des hormones produites. (poly page 4 figure 1) On s'intéresse à la formation de l'hypothalamus, donc du devenir du diencéphale. Courbures du cerveau pour occuper la cavité crânienne et déjà au bout de 2 mois le cerveau est quasiment définitif. Il s'hypertrophie et se retrouve à l'intérieure de l'encéphale. L'hypothalamus se trouve entre le chiasma optique et la partie postérieure du noyau arqué. Les ventricules III et IV sont assez petit. L'hypothalamus se trouve en plein sur le plan de symétrie du diencéphale. (poly page4 figure 5) Noyau paraventriculaire collé au ventricule III. Noyau médian est composé de 2 morceaux, le médian et le ventromédian. Au dessus on trouve l'aire hypothalamique latérale. (dans une aire les neurones sont moins ramassés sur eux mêmes). Noyau supraoptique (en fonction de sa position très proche au chiasma optique). Noyau suprachiasmatique collé au chiasma optique Noyau pré optique Corps mammillaire Tous ces noyaux sont pairs, c'est à dire qu'ils sont au nombre de deux, en symétrie par rapport au plan du diencéphale. Le seul noyau qui est impair est le noyau arqué (plancher du ventricule III) L'hypothalamus est une petite structure limité par le noyau préoptique et le corps mammillaire dorseo-ventralement et le noyau arqué et l'aire hypothalamique. (poly page 6) Si on prend la région pré optique. Sa première fonction est de réguler la reproduction : noyaux secrétant GnRH, eux mêmes recevant des informations afférentes les régulant. Elle joue une fonction de thermorégulation par la régulation des phénomènes de thermolyse. Si l'on détruit ces 2 noyaux par électrocoagulation on observe une incapacité à percevoir l'augmentation de la température corporelle. Noyaux suprachiasmatiques : Ils régulent les rythmes saisonniers et circadiens en étant directement liés à la rétine. Ce noyau est du coup renseigné par l'œil sur la période de la nuit. Il analyse via l'épiphyse également la durée des phases diurne et nocturne (la reproduction étant liée à la photopériode et à l'épiphyse). Soit reproduction au début du printemps (majeur partie des animaux) soit à l'automne (pour les Cervidés) Noyaux périventriculaires: Fonction endocrine CRH, TRH et somatostatine Noyaux supraoptiques : noyaux à ocytocine et vasopressine (équilibre hydrique et reproduction). Région sensible à la pression osmotique grâce à des osmorécepteurs. Noyaux paraventriculaires : Moins sensible à la pression osmotique mais on trouve des neurones à vasopressine et ocytocine. Régulation du stress (neurones à CRH et TRH). Ces noyaux sont divisés en 2 parties : La CRH est libérée dans l'éminence médiane Certains neurones de la zone parvicellulaire synthétisent aussi de l'AVP et ocytocine considéré comme des peptides accessoires. D'autres peuvent synthétiser également de la neurotensine. Noyaux ventromédian : neurones à CRH et TRH. Rôle important dans la prise alimentaire. Sans ces noyaux on remarque une hyperphagie (perte de la sensation de satiété) Aire hypothalamique latéral : Perte de la sensation de faim. Hypophagie. Le problème d'être dans une aire résulte de la difficulté à savoir quels sont les neurones responsables. Cette zone synthétise le neuropeptide Y également synthétisé par le noyau arquée. Noyau arquée : neurones à neuropeptides Y (NPY), POMC (proopiomélanocortine précurseur à l'ACTH), CART (cocaïne and amphetamine regulated transcript) et l'AgRP (agouti-related protein). POMC et CART entraînent une inhibition de la faim. Ils sont anorexigènes. La barrière hématoencéphalique n'est pas présente dans la partie basale du noyau arquée. NPY et AgRP sont inhibés lors de la prise alimentaire par des facteurs périphériques et également par le psychisme (dans le cas d'anorexie ou par la volonté). Les hormones hypothalamiques qui régulent la croissance se situent dans une zone proche de celle de la prise alimentaire. L'hypothalamus postérieur : joue dans la thermorégulation par les processus de thermogenèse. Ces variations captées par la moelle épinière. Régule aussi plus ou moins l'alternance veille/sommeil, agressivité, fuite. Hypophyse antérieur : Chez les Poissons les axones libèrent directement au niveau du lobe antérieur les hormones dans la circulation sanguine. A partir des Lissamphibiens les neurones hypothalamiques utilisent un relais (le système porte) et projettent leurs neuromédiateurs dans l'éminence antérieure. Chez les Poissons, l'origine des neurones régulant l'activité de l'hypophyse a été déterminé grâce à des colorations. On dépose un bout de colorant et on attend quelques jours et l'on fait des coupes du cerveau. Ce sont les neurones de l'hypothalamus par innervation directe qui régulent l'activité du lobe nerveux (cas de tous les Vertébrés) et sur l'hypophyse (cas des Poissons) au niveau des cellules gonadotropes. Chez les Vertébrés, ces neurones n'envoient pas leurs statines et libérines directement. Ils les libèrent dans une zone très vascularisée (système porte) où d'autres neurones récupèrent l'information et agissent sur les cellules gonadotropes de l'hypophyse antérieure. En libérant dans le système porte un neurone va pouvoir toucher une population de neurones au lieu d'un seul neurone dans le cas d'une innervation directe. Ce système permet également de contrôler plus efficacement la sécrétion des NP. (poly page 5 figure 3,2) Projection d'ocytocine et vasopressine dans la Pars Nervosa u niveau d'un capillaire où la barrière hématohypophysaire est quasi inexistante. (poly page 5 figure 3,3) Système porte, trajet court et bien canalisé 2 On parle souvent de veine porte alors qu'il s'agit plexus (réseau de capillaire) un dans la tige d'artérioles hypophysaire (éminence médiane quand système porte) qui provient de l'artère supérieure hypophysaire. Ce sang récupère, les neuropeptides (libérine et statine) et les vaisseaux (artérioles). 2 vaisseaux repartent du 1er plexus et gagnent le second situé dans l'hypophyse. Il n'y a pas de barrière hématohypophysaire. Les hormones synthétisées repartent dans les capillaires qui rejoignent la circulation générale. (poly page 5) Côté externe (bouche) on trouve des artérioles qui forment des anses et pénètrent dans l'éminence médiane avec une plus forte concentration que dans la partie la plus externe. Dans la zone interne on trouve de gros axones avec des varicosités (corps de Hering) et on n'observe pas de terminaisons dans cette partie. C'est donc le lieu de passage des axones des neurones à vasopressine et ocytocine. > TSOH (Tractus Supra Optico Hypophysaire) Dans la zone interne TTH (Tractus Hypothalamo Ante hypophysaire) on trouve de nombreuses terminaisons d'axones fins. Le réseau de capillaire est très important dans cette zone externe. Échanges entre les neurones hypothalamiques et le sang. (poly page 7) Système complet. Capillaires fenestrés au niveau du plexus 1aire et 2aire et le plexus de la Pars Nervosa. Toute cette zone neurohémale ne possède pas de barrière hématohypophysaire. Cela permet de faciliter les échanges. Organe vasculaire de la lame terminale permet l'entrée d'hormones mais la distance entre cet organe et le 1er plexus ne permet de feed back négatif. Les hormones stéroïdiennes liposolubles sont bloquées par la barrière hématohypophysaire excepté la testostérone. Globalement elles passent cependant mieux que les peptides. Annexe n°1 TRH 4aa Somatostamine 14aa GnRH 10aa CRH 41aa Dopamine 1aa GRH 44aa Il faut des capillaires fenestrés pour qu'ils puissent passer. TH : Tyrosine hydroxylose AAD : Amino Acide Décarboxylase Les neurones ne peuvent fabriquer que la DA au niveau des noyaux arquées et du thalamus. Les neurones du système sympathique possèdent que la DBH Les neurones de la médulo surrénale possède la PNMT pour fabriquer de l'adrénaline. Le lobe intermédiaire n'a quasiment pas de vaisseaux (globalement avasculaire) donc la seule régulation possible est d'amener des axones. (poly page 8 figure 6.1) Le neurone à GnRH à une sécrétion pulsatile. Libération dans le système porte Activation de la synthèse hypophysaire Libération dans la circulation Action sur les gonades Synthèse et libération d'hormones stéroïdes dans la circulation Cible des cellules concernées Ce système qui est assez long permet, du fait des nombreuses étapes une régulation poussée de l'ensemble. Rétrocontrôle de chaque étape. Toutes les émotions sont gérées par le système limbique, l'hypocampe dont leurs infos passent par le formix. En modifiant l'activité de l'hypothalamus par des facteurs (infos extérieures) celui-ci peut contrôler l'activité du système limbique. Les centres végétatifs vont être en partie sous influençant de l'hypothalamus donc presque une régulation neuroendocrinien. La notion neuroendocrine de l'hypothalamus définie par Erust Scharrer 1944 mise en évidence chez des Anélides. Le transfert rétrograde existe du lobe nerveux vers l'hypophyse. Pas entre le lobe antérieur vers le lobe nerveux. 1947 Green & Harris : Pas d'innervation dans le lobe antérieur des Vertébrés « supérieurs ». Au niveau médian beaucoup. Relais vasculaire entre les deux et donc l'existence de facteurs. 1969-70 Schally, Guillemin : Isolant le 1er facteur hypophysiotrope TRH Dans l'intestin un grand nombre de neurones capables de prélever des acides aa et les décarboxyle grâce APVD. Sérétonine, CCK, ... système neuroendocrinien diffus. Lobe nerveux de l'hypophyse. Capillaire non fenestré. Dans les terminaisons qu'à vésicules claires. On y trouve dopamine et SHT ici en évidence par 5-OH-DA qui est recapté car il s'agit de terminaisons catécholominergique. 2 types de terminaisons : Vésicules à coeur dense (250 à 350nm) Cristaux ocytocine et ADH Vésicules claires (40nm) Par l'immunocytologie on détermination le type d'hormones de vésicules. Dans les claires on arrive pas à mettre en évidence quoique ce soit. On suppose qu'il s'agit des vésicules recyclés. La mise en évidence des corps cellulaires du noyaux paraventriculaire (NPV) et noyaux supra optique (NSO) et des axones de l'éminence médiane vers la neurohypophyse. Grande disparité entre les axones de NPV (30%) et NSO (80%) qui se projettent jusqu'à l'éminence médiane. Rôle sur le tonus musculaire et hydrique et joue également sur l'hypothalamus. Préférentiellement le NSO produit des neurohormones, le NPV régule directement l'hypothalamus. Les 2 hormones (vasopressine et ocytocine) ont une structure très similaire 9 aa (seulement 2 aa différents situé en 3 et 8. Une phénylalanine en isoleucine et une arginine en isoleucine), très conservée au cours du temps. Elles sont synthétisées à partir de 2 préhormones *Pour AVP : Peptide signal AVP Peptide (neurophysine II) Glycoprotéine 19 aa *Pour l'ocytocine : Peptide signal 9aa 93aa 39aa Ocytocine Peptide (neurophysine I) 19aa 9aa 93aa Ces 2 préhormones sont libérées dans la circulation sanguine au niveau du système porte et c'est à ce niveau que les neurophysines sont elles aussi libérées mais l'on ne sait pas encore leur rôle (si elles ont en un). Les 2 gènes des neurohormones sont composés de 2 introns et 3 exons situés au même niveau sur 2 gènes identiques mais de manière opposée. Cela permet l'hypothèse qu'ils sont issus de la duplication du gène ancestrale (chez les cyclostomes (Agnathes) on ne trouve qu'un seul gène codant pour l'arginine vasotoxine). Le gène codant pour l'ocytocine est sensible aux œstrogènes ce qui semble logique vu son rôle dans les contractions utérines lors de la parturition et la stimulation de l'éjection du lait des glandes lactatrices. Il y a donc une régulation de l'activité du gène. En revanche les œstrogènes n'ont aucun effet sur la synthèse de vasopressine. C'est l'action du cortisol qui activent la synthèse de vasopressine lors de phénomènes de stress (augmentation de la pression sanguine). Dans la neurohypophyse, on trouve un seul lit de capillaires avec 2 apports artériels différents. L'un antérieur (artère hypophysaire supérieure) et l'autre postérieur (artère hypophysaire inférieure) Ces 2 artères possèdent une innervation orthosympathique (OS) par le 1er ganglion permettant une régulation du flux sanguin dans le lobe nerveux. Le drainage se fait par des veinules parallèles se jetant dans les veines jugulaires. (zone en pointillés) Les neurohormones (AVP et ocytocine) n'ont pour l'instant pas d'effets connus sur le lobe antérieur (LA). La fente hypophysaire empêche le drainage du lobe nerveux de l'hypophyse par le système porte, celui draine donc par les veines jugulaires. Dans le lobe intermédiaire (LI) on ne trouve quasiment pas de vaisseaux. Il faut cependant drainer les hormones FSH, GH, ß-endorphine, ACTH. Ces peptides diffusent donc pour rejoindre la circulation sanguine, ce sont donc des cellules endocrines (presque le seul cas dans l'axe hypothalamique). Elles sont cependant très innervées (terminaisons dopaminergique et GABAnergique). Ces innervations proviennent de la formation réticulée. Celles exocrines sont très richement vascularisées. Le lobe antérieur (LA) n'a qu'une source d'irrigation vasculaire : le réseau de l'artère hypophysaire antérieure. Le plexus 1aire envoie le sang vers le 2aire puis vers les artérioles du système porte. On a la concentration de certains types de cellules sécrétrices dans certain partie ce qui entraîne également une régionalisation des capillaires. Exemple : les neurones à GnRH projettent sur des vaisseaux sanguins qui irriguent les cellules gonadotropes. On a une économie des libérines et statines qui se retrouvent presque essentiellement sur leurs cellules cibles. Au niveau du plexus 1aire dans l'éminence médiane : 1. On trouve en contact avec le troisième ventricule la couche épendymaire (cellules microcilliées jointes par des jonctions serrées pour éviter la fuite du liquide céphalorachidien). 2. En dessous on trouve la couche sous épendymaire où l'on trouve quelques axones peptinergique ou cholinergique et des astrocystes 3. Ensuite vient la couche interne où se trouve un grand nombre d'axones catécholaminergique et peptidique (NPV et NSO). Les axones ont un gros diamètres et de nombreuses varicosités. * L'éminence médiane interne est constituée des 2 couches sous épendymaire et interne. 4. La couche réticulaire possède un grand nombre d'axones peptinergiques dont les terminaisons sont de faible diamètres 5. Enfin la couche externe est appelée palissadique. On trouve de nombreuses cellules gliales et des astrocystes qui s'orientent perpendiculairement pour former une barrière étanche toujours pour éviter la fuite éventuellement de liquide céphalorachidien. * * Les couches réticulaire et palissadique donnent l'éminence médiane externe Les neurones à libérines et statines projettent sur l'éminence médiane interne et d'une manière précise (régionalisation). Les noyaux péri et para ventriculaire (NPV), TRH, CRH et somatostatine projettent sur la couche interne (a). Les neurones à somatostatine du noyau périventriculaire projettent sur la base du 3ème ventricule (b). Les NPO (noyaux pré optique) à GnRH projettent sur la zone intermédiaire de l'éminence (c) Les noyaux arqués, dopaminergique, sur la zone ventrale (d) Régionalisation, donc, du drainage par les artérioles vers les cellules concernées. D'autres cellules comme celles à TRH et CRH sont diffuses et non pas besoin d'une régionalisation de la libération de leurs statines et libérines correspondantes. On a une correspondance entre la projection et l'irrigation (correspondance topologique). Les vaisseaux ne viennent que du système porte et pour moduler le flux sanguin on ne peut pas compter sur ces vaisseaux car ils n'ont pas de projections nerveuses qui permettrait une vasoconstriction. Ce contrôle se fait au niveau des artérioles hypophysaires supérieures. Le transport sanguin est donc passif entre le plexus 1aire et 2aire. Les artères hypophysaires inférieures n'ont pas vraiment d'effet sur la régulation du flux. Pas de vasoconstriction prouvée en injectant des drogues ou provoquant différents état d'anesthésie. Le flux reste identique. Cependant on observe des variations au niveau des artérioles hypophysaires supérieures. Certains neuropeptides (neuropeptide Y et VIP) sont capables de modifier le diamètre des artérioles, donc de diminuer le débit sanguin. On a un contrôle orthosympathique et un contrôle de l'hypothalamus. Le plexus 1aire est toute une microvascularisation qui forme 2 lits de capillaires l'un externe et l'autre interne. Celui interne est le résultat des anses qui montent de l'externe. Le plexus sous épendymaire est un réseau de capillaires encore plus fin provenant du plexus externe mais les neurohormones sécrétées à ce niveau diffusent et passent par le réseau de la partie ventrale de l'hypothalamus vers le noyau arqué. La barrière hépatique n'est pas très imperméable. Ces artérioles s'agencent en hexagones si l'on regarde par au dessus. Le diamètre des artérioles diminue avec les anses. Au niveau du plexus 1aire on a une régulation moins fine, les muscles lisses (sphincters) régulent régionalement le flux sanguin permettant une régulation beaucoup plus fine. Les microdomaines permettent de toucher des régions de populations cellulaires des axones (par exemple ceux à GnRH. Les neurones continuent de sécréter de la GnRH mais elle est moins transportée par le sang jusqu'à l'hypophyse. Les astrocystes entourent les anses et peuvent empêcher les neurohormones (statines ou libérines) des axones d'accéder aux vaisseaux sanguins ou laisser de la place pour leur diffusion. Les épithéliums fenestrés n'ont pas seulement un trou mais un ensemble de protéines qui composent un diaphragme limitant le passage des molécules.