Le rôle ambigu du facteur de transcription SF-1 dans l’expression génique du récepteur de la GnRH. Leçons de la transgenèse

An ambiguous role of steroidogenic factor 1 in the rat GnRH receptor gene expression. Lessons from transgenic mice

¹ Signalisation Cellulaire, Régulation de Gènes et Physiologie de l’Axe Gonadotrope, CNRS UMR 7079, Physiologie et Physiopathologie, Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, 75252 Paris cedex 05, France.
² Génétique, Développement et Pathologie Moléculaire, INSERM U567, CNRS UMR 8104, Institut Cochin, 24 rue du Faubourg Saint Jacques, Université René Descartes, 75014 Paris, France.
³ CNRS UMR 7079, Physiologie et Physiopathologie, Université Pierre et Marie Curie, 4 place Jussieu, Case courrier 256, 75252 Paris cedex 05, France. Tél. : 33 1 44 27 26 60. Fax : 33 1 44 27 26 50. E-mail: jean-noel.laverriere@snv.jussieu.fr

Résumé

Compte tenu du rôle primordial du récepteur de la GnRH dans le fonctionnement de l’axe de reproduction, la connaissance des assemblages moléculaires qui président à l’expression histospécifique et à la régulation de ce gène doit permettre, à terme, de mieux comprendre la physiologie et la physiopathologie de la fonction gonadotrope. Pour élucider ces mécanismes, nous avons mis en œuvre deux approches complémentaires in vivo et in vitro. Nous avons tout d’abord isolé le promoteur hypophysaire de ce gène et analysé son activité par transfection transitoire dans deux lignées de type gonadotrope, les cellules αCT3-1 et LβT2. Nous avons ainsi défini une première combinatoire de facteurs de transcription impliqués dans l’expression histospécifique maximale du gène du récepteur de la GnRH, où le facteur stéroïdogénique SF-1 joue un rôle décisif en interagissant avec des facteurs de transcription apparentés aux familles GATA et LIM à homéodomaine. De même, en démontrant la fonction stimulatrice du PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide) sur l’activité du promoteur, nous avons mis en évidence l’implication critique de SF-1 et son interaction avec un facteur apparenté à CREB. Ces avancées nous ont alors conduits à analyser l’activité de ce promoteur par transgenèse chez la Souris en utilisant le gène rapporteur de la phosphatase alcaline placentaire humaine. En accord avec les données obtenues in vitro, ce promoteur hypophysaire s’est avéré capable de conférer au transgène une expression spécifique des cellules gonadotropes. Il est également capable de cibler l’expression de la phosphatase alcaline dans plusieurs zones du système nerveux central, notamment le complexe hippocampo-septal. Certains de ces tissus n’expriment pas SF-1, suggérant qu’in vivo son rôle ne serait pas aussi déterminant que le prédisaient les expériences réalisées in vitro. De manière surprenante, au cours de l’ontogenèse hypophysaire, le transgène s’exprime dès 13,5 jours postconception alors que le facteur SF-1 n’est pas encore présent. In vivo, SF-1 ne serait donc pas nécessaire à l’activation du gène du récepteur de la GnRH pendant les étapes précoces du développement. Ces résultats sont cohérents avec les données obtenues après invalidation générale ou ciblée dans l’hypophyse du gène codant SF-1, suggérant que le récepteur de la GnRH s’exprime malgré l’absence de ce facteur. Connaître le ou les facteurs responsables de l’activation du gène du récepteur de la GnRH lors des étapes précoces du développement devrait permettre de mieux cerner le rôle de SF-1, non seulement dans l’expression du gène du récepteur mais, plus généralement, dans la physiologie et la physiopathologie de la fonction gonadotrope.

Abstract

Because the GnRH receptor plays a paramount role within the reproductive axis, the understanding of the molecular apparatus that governs the tissue-specific expression and regulation of this gene must lead to a better knowledge of the physiology and the physiopathology of the gonadotrope function. To elucidate these mechanisms, we have used two complementary in vivo and in vitro approaches. Firstly, we have isolated the pituitary promoter of the rat GnRH receptor gene and investigated its activity using transient transfection into two gonadotrope-derived cell lines, the (αT3-1 and the LβT2 cell lines. We have thus defined a primary set of transcription factors involved in the tissue-specific expression of the GnRH receptor gene. These include the steroidogenic factor-1 (SF-1) which plays a decisive role while functionally interacting with proteins related to the GATA and LIM homeodomain families of transcription factors. In addition, we highlighted the critical implication of SF-1 and its functional interaction with a CREB-related factor in the stimulatory action of PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide) on promoter activity. These results have led us to analyze the activity of this promoter by transgenesis in the mouse using human placental alkaline phosphatase as a reporter gene. In agreement with the in vitro data, the pituitary promoter was found to confer gonadotrope-specific activity in the pituitary. It was also able to direct transgene expression in several areas of the central nervous system known to express the endogenous GnRH receptor, in particular in the hippocampo-septal complex. Some of these tissue do not express SF-1, suggesting that, in vivo, its role would not be as decisive as suggested by the in vitro experiments. Surprisingly, during pituitary ontogenesis, the transgene is expressed as early as E 13.5 whereas SF-1 is not yet present in the pituitary. Thus, in vivo, SF-1 would not be necessary for the activation of the GnRH receptor gene during the early developmental stages in the pituitary. These results are consistent with data obtained following general or pituitary-specific knockout of the gene encoding SF-1, suggesting that the GnRH receptor is expressed despite the absence of this factor. Identifying the factors responsible for the activation of the GnRH receptor gene at these early developmental stages should make it possible to refine the role of SF-1, not only in gene regulation but more generally, in the physiology and the physiopathology of the gonadotrope function.