L’ 2003 : une année riche en nouveautés

2003 : une année riche en nouveautés
dans la génétique du déficit gonadotrope isolé
N. de Roux*
L’
intégrité de l’axe gonadotrope permet le déroulement
normal de la différenciation sexuelle durant la vie fœtale, de la puberté et, par conséquent, une fertilité normale. Plusieurs anomalies génétiques entraînant l’absence de
puberté ont été décrites dans les gènes codant pour les protéines connues de l’axe gonadotrope telles que le récepteur de
la GnRH (1), les gonadotrophines LH et FSH et leurs récepteurs (2) ou bien les enzymes de la stéroïdogenèse (3). Dans
le même temps, le clonage positionnel a permis la caractérisation de nouvelles protéines telles que DAX-1 (4), KAL1 (anosmine) (5, 6) et des facteurs de transcription participant au développement de l’hypophyse (7-9). Néanmoins, la fréquence
de ces anomalies génétiques étant relativement faible, il a été
suggéré le rôle majeur joué par d’autres protéines dans la physiologie de l’axe gonadotrope dont deux ont été caractérisées
durant l’année 2003 par des approches de génétique humaine
ou d’invalidation systématique chez la souris.
L’hypogonadisme hypogonadotrope est défini par une diminution de la synthèse des hormones sexuelles associée à une
diminution paradoxale de la concentration plasmatique des
gonadotrophines LH et FSH (10). Le déficit gonadotrope peut
être isolé ou faire partie d’un déficit antéhypophysaire impliquant d’autres hormones. Ce déficit peut également être syndromique, en étant le signe majeur révélé généralement pendant la puberté (syndrome de Kallmann), ou participer à un
tableau clinique complexe présent à la naissance ou dans
l’enfance. Le syndrome de Kallmann et le déficit gonadotrope
dit idiopathique sont les deux formes d’hypogonadisme hypogonadotrope isolé. Ces deux formes se différencient essentiellement par la présence (syndrome de Kallmann) ou l’absence
(idiopathique) d’une anosmie. Cette différence phénotypique
est fondamentale puisque, jusqu’à présent, les gènes impliqués
sont différents.
Plusieurs mutations et délétions du gène Kal1 ont été décrites
dans le syndrome de Kallmann depuis les premières descriptions en 1991 (5, 6). Ce gène est localisé sur le chromosome
X, seuls les garçons sont malades et les femmes sont porteuses
saines. En avril 2003, les premières mutations inactivatrices
du gène du récepteur 1 du FGF ont été décrites par une équipe
de l’Institut Pasteur dans une forme autosomale dominante du
syndrome de Kallmann (11). Ce mode de transmission peut
* Laboratoire d’hormonologie et de biologie moléculaire, hôpital de Bicêtre,
INSERM U584, faculté de médecine Necker-Enfants malades.
paraître paradoxal dans une maladie de la reproduction mais
il est le reflet de l’hypogonadisme partiel parfois observé,
notamment chez les femmes.
Depuis 1997, plusieurs mutations inactivatrices du récepteur
de la GnRH ont été décrites dans l’hypogonadisme hypogonadotrope isolé, dit idiopathique (12, 13). La fréquence de ces
mutations dans les formes familiales est proche de 50 %. Il
était donc justifié de rechercher le ou les autres gènes responsable du déficit gonadotrope isolé sans anosmie.
L’un de ces gènes vient d’être caractérisé par une équipe de
l’INSERM (14). Il code pour un récepteur couplé aux protéines G dont la seule fonction biologique connue était d’inhiber la capacité métastatique des cellules tumorales (15). Ce
gène est devenu candidat grâce à la cartographie du génome
réalisée au sein d’une seule famille comprenant cinq frères et
sœurs ayant un déficit gonadotrope isolé, ce qui a permis de
définir une région candidate sur le bras court du chromosome
19 (figure 1A). Plusieurs gènes de cette région ont été séquencés avant GPR54, car la relation entre sa fonction biologique
et l’axe gonadotrope n’était pas évidente. Certains arguments
plaidaient néanmoins en faveur d’une participation de ce récepteur dans des processus neuroendocriniens, dont son expresBSG NR3B
FSTL3 EPLG6
A
IHH2.1
D19S814
Chromosome 19
0
II
Famille
1
D19S565
D19S878 D19S424*
3500
2000
IHH2.2
1000
Point de recombinaison
GPR54
B
IHH2.3
D19S883
D19S886*
pTer
Nouvelles approches
Nouvelles approches
1
III
1
2
3
4
5
6
7
524
369
C
Figure 1. Caractérisation de la délétion. A : Extrémité télomérique
du bras court du chromosome 19. Les gènes séquencés sont indiqués.
B : Amplification par PCR de l’exon 5 dans la famille 1 (symboles
bleus : individus atteints). C : Conséquence théorique de la délétion de l’exon 5 sur la structure protéique du récepteur GPR54 (région délétée).
Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition (VIII), n° 1, janvier/février 2004
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Nouvelles approches
Nouvelles approches
sion dans l’hypothalamus et l’hypophyse ainsi que l’augmentation de la concentration plasmatique d’ocytocine après injection intraveineuse, de la souris, du ligand de GPR54.
Le génotypage des cinq exons de ce gène à partir de l’ADN
des individus malades de cette famille a mis en évidence une
délétion homozygote comprenant l’extrémité 3’ de l’intron 4
et l’extrémité 5’ de l’exon 5 (figure 1B). Cette délétion est
responsable de la synthèse d’un récepteur ne comprenant pas
les deux derniers domaines transmembranaires (figure 1C).
Il est bien connu que ces récepteurs tronqués ne sont pas fonctionnels. De plus, la recherche de cette délétion dans une population témoin a été négative, ce qui indique qu’il ne s’agit pas
d’un polymorphisme. Ce travail a permis de démontrer le lien
génétique entre une perte de fonction du récepteur GPR54 et
l’hypogonadisme hypogonadotrope.
Dans le même temps, une équipe américaine confirmait l’implication de GPR54 dans la génétique du déficit gonadotrope
isolé grâce à une approche similaire dans une famille originaire d’Arabie saoudite très informative et l’étude d’un cas
sporadique (16). Dans ce travail, trois mutations ponctuelles
responsables d’une perte de fonction de GPR54 ont été
décrites. Le dernier argument confirmant définitivement le rôle
de GPR54 dans la régulation de la synthèse de la LH et de la
FSH a été apporté par l’observation d’un déficit gonadotrope
isolé chez les souris dont le gène GPR54 a été invalidé (16).
Un nouveau chapitre de le physiologie de l’axe gonadotrope
vient donc de s’ouvrir grâce à la génétique humaine. Le ligand
de GPR54 est un peptide RF-amide dérivé de la protéine KiSS1
synthétisée notamment dans le système nerveux central et par
le placenta (17). Ce peptide est également connu pour sa fonction inhibiteur de métastases (15). Les mécanismes moléculaires de la régulation de l’axe gonadotrope par GPR54 sont
pour l’instant inconnus. Les modèles animaux ainsi que la
comparaison des phénotypes observés dans l’espèce humaine
devraient aider à mieux les comprendre. Ces travaux de génétique humaine combinés avec ceux de la souris indiquent que
GPR54 ne participe pas à la différenciation sexuelle durant la
vie fœtale mais qu’il joue un rôle majeur dans la régulation de
la synthèse de la LH et de la FSH durant la puberté et probablement après la puberté. GPR54 pourrait donc devenir une
cible thérapeutique majeure dans les maladies dépendant de
l’axe gonadotrope.
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Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition (VIII), n° 1, janvier/février 2004
Références
1. De Roux N, Young J, Misrahi M et al. A family with hypogonadotropic hypogonadism and mutations in the gonadotropin-releasing hormone receptor.
N Engl J Med 1997 ; 337 : 1597-602.
2. Themmen APN, Huhtaniemi IT. Mutations of gonadotropins and gonadotropin receptors : elucidating the physiology and pathophysiology of pituitarygonadal function. Endocr Rev 2000 ; 21 : 551-83.
3. Kalantaridou SN, Chrousos GP. Clinical review 148 : Monogenic disorders
of puberty. J Clin Endocrinol Metab 2002 ; 87 : 2481-94.
4. Zanaria E, Muscatelli F, Bardoni B et al. An unusual member of the nuclear
hormone receptor superfamily responsible for X-linked adrenal hypoplasia
congenita. Nature 1994 ; 372 : 635-41.
5. Franco B, Guioli S, Pragliola A et al. A gene deleted in Kallmann's syndrome
shares homology with neural cell adhesion and axonal path-finding molecules.
Nature 1991 ; 353 : 529-36.
6. Legouis R, Hardelin JP, Levilliers J et al. The candidate gene for the X-linked Kallmann syndrome encodes a protein related to adhesion molecules. Cell
1991 ; 67 : 423-35.
7. Dattani MT, Martinez-Barbera JP, Thomas PQ et al. Mutations in the
homeobox gene HESX1/Hesx1 associated with septo-optic dysplasia in human
and mouse. Nat Genet 1998 ; 19 : 125-33.
8. Netchine I, Sobrier M L, Krude H et al. Mutations in LHX3 result in a new
syndrome revealed by combined pituitary hormone deficiency. Nat Genet 2000 ;
25 : 182-6.
9. Wu W, Cogan JD, Pfaffle RW et al. Mutations in PROP1 cause familial combined pituitary hormone deficiency. Nat Genet 1998 ; 18 : 147-9.
10. Seminara SB, Hayes FJ, Crowley WF Jr. Gonadotropin-releasing hormone
deficiency in the human (idiopathic hypogonadotropic hypogonadism and Kallmann's syndrome): pathophysiological and genetic considerations. Endocr Rev
1998 ; 19 : 521-39.
11. Dode C, Levilliers J, Dupont JM et al. Loss-of-function mutations in
FGFR1 cause autosomal dominant Kallmann syndrome. Nat Genet 2003 ; 33 :
463-5.
12. Beranova M, Oliveira LM, Bedecarrats GY et al. Prevalence, phenotypic
spectrum, and modes of inheritance of gonadotropin-releasing hormone receptor mutations in idiopathic hypogonadotropic hypogonadism. J Clin Endocrinol Metab 2001 ; 86 : 1580-8.
13. De Roux N, Milgrom E. Inherited disorders of GnRH and gonadotropin
receptors. Mol Cell Endocrinol 2001 ; 179 : 83-7.
14. De Roux N, Genin E, Carel J et al. Hypogonadotropic hypogonadism due
to a loss of function of the KiSS1 derived peptide receptor (GPR54). A new
mechanism of regulation of the gonadotropic axis. Proc Natl Acad Sci USA
2003 ;100 (19) : 10972-6.
15. Harms JF, Welch DR, Miele ME. KiSS1 metastasis suppression and emergent pathways. Clin Exp Metastasis 2003 ; 20 (1): 11-8.
16. Seminara SB, Messager S, Chatzidaki EE et al. The GPR54 gene as a regulator of puberty. N Engl J Med 2003 ; 349 (17) : 1614-27.
17. Horikoshi Y, Matsumoto H, Takatsu Y et al. Dramatic elevation of plasma
metastin concentrations in human pregnancy : metastin as a novel placentaderived hormone in humans. J Clin Endocrinol Metab 2003 ; 88 : 914-9.