Hormones animales

Cette partie ne traitera que les hormones animales, pour plus d'informations sur la notin d'hormone, consulter (l'article sur les hormones, et pour le hormones végétales consulté l'article sur les phytohormones

Les hormones animales comme les hormones végétales sont impliquées dans les communications intercellulaires.

L'hormone animale est une substance chimique :

• sécrétée en faible quantité par des tissus spécialisés
• déversée directement dans le courant sanguin et transportée par le système vasculaire.

Elle agit à distance:

• sur des cellules spécifiques en produisant des effets spécifiques, une seule hormone peut agir sur plusieurs cibles et produire des effets différents.
• comme régulateur physiologique du métabolisme et comme intégrateur en synergie avec une ou plusieurs autres hormones.

Les produits de la neurosécrétion tels que les "hypothalamic releasing factors" (hormones hypothalamiques) sont considérés comme de véritables hormones parce qu'elles sont transportées dans le sang bien que seulement sur une courte distance entre l'hypothalamus et l'hypophyse.

Les glandes endocrines

Les glandes endocrines sont:

• l'hypothalamohypophyse,
• la thyroïde,
• les parathyroïdes,
• les glandes surrénales,
• le pancréas endocrine,
• l'épiphyse,
• les gonades (ovaires chez les mamifères femme, testicules chez l'homme) et le placenta.

Les hormones travaillent ensemble pour contrôler les processus vitaux fondamentaux :

• le contrôle de la production énergétique
• le contrôle de la composition et du volume liquidien extracellulaire
• l'adaptation à l'environnement
• la croissance et le développement
• la reproduction

Classification des hormones

On peut envisager la classification des hormones de 2 façons: une classification chimique et une classification fonctionnelle.

Classification chimique

Il peut y avoir une spécificité d'espèce en particulier pour les hormones polypeptidiques, dont la composition en acides aminés n'est pas strictement identique d'une espèce à l'autre.

CLASSIFICATION CHIMIQUE DES HORMONES

• AMINES :
  • Adrénaline
  • Noradrénaline
  • Thyroxine
  • Triiodothyronine
  • Mélatonine

• STÉROÏDES :
  • Oestrogènes
  • Progestérone
  • Androgènes dont la testostérone
  • Glucocorticoïdes dont le cortisol
  • Minéralocorticoïdes dont l'aldostérone

• POLYPEPTIDES :
  • Hormone de croissance ou growth hormone (GH)
  • Prolactine
  • Hormone antidiurétique (ADH)
  • Ocytocine
  • Insuline
  • Glucagon
  • Calcitonine
  • L'hormone corticotrope (ACTH)
  • Les hormones hypothalamiques
  • La parathormone
  • La calcitonine

• HORMONES GLYCOPROTÉiQUES :
  • L'hormone thyréotrope (TSH)
  • Les hormones gonadotropes (LH et FSH)
  • L'hormone chorionique gonadotrophique (HCG)

Classification fonctionnelle

Elle se fait en fonction de la destination des hormones :

• hormones d'action ubiquitaire : glucocorticoïdes, hormones thyroïdiennes, hormone de croissance, insuline
• hormones d'action restreinte ou réservée à certains tissus ou organes; les hormones antéhypophysaires pour les glandes endocrines cibles, l'hormone antidiurétique et les minéralocorticoïdes pour le rein.

Le caractère ubiquitaire ou localisé de l'action d'une hormone dépend en fait de la présence de récepteurs. Par exemple, tous les tissus disposent de récepteurs pour les hormones thyroïdiennes. Quelques tissus spécialisés contiennent des récepteurs à la prolactine ou aux androgènes. C'est la différenciation cellulaire qui confère à l'hormone sa spécialisation fonctionnelle. Malgré cette apparente diversité toutes les hormones passent par des étapes qui, sans être identiques, sont semblables dans leurs principes généraux ce qui permet de les étudier globalement : ces étapes sont la biosynthèse, la libération, le transport sanguin, la fixation sur un récepteur spécifique, l'induction d'une réponse, et la destruction. Un tel ensemble nécessite enfin un système de régulation. Ce sont donc ces différentes étapes qui vont être envisagés ci-dessous.

Métabolisme général d'une hormone

Biosynthèse et sécrétion

Pour les hormones polypeptidiques ou protéiques le processus de synthèse est celui des protéines. Il se déroule au niveau des ribosomes, du réticulum endoplasmique granuleux. De là, les hormones sont transférées à l'appareil de Golgi où a lieu la formation des granules sécrétoires dont le contenu est expulsé hors de la cellule, le plus souvent par exocytose. Il faut ajouter que, dans la plupart des cas, le produit qui se trouve dans les granules sécrétoires n'est pas l'hormone elle-même mais un précurseur de poids moléculaire plus important: une prohormone elle-même provenant d'une préprohormone. Pour les stéroïdes, le précurseur est constitué par le cholestérol et la transformation s'effectue grâce à des enzymes situées dans les mitochondries et le réticulum endoplasmique. Il n'y a pas de stockage sous forme de granules. Les amines ont un mode de formation assez semblable à celui des stéroïdes, le précurseur étant un acide aminé. Mais le stockage cellulaire se fait sous forme de granulations particulièrement bien étudiées pour les catécholamines : dans ces granules, les CA sont liées à l'ATP et à des protéines spécifiques. Le complexe est lui-même lié à la membrane du granule. L'expulsion de la cellule se fait par exocytose. Quant aux hormones thyroïdiennes, le processus est très particulier puisque la synthèse a lieu à l'intérieur de la thyroglobuline, ultérieurement soumise à une protéolyse libérant les hormones thyroïdiennes. Le calcium joue un rôle très important dans les phénomènes d'exocytose.

Transport

Les hormones sont ensuite déversées dans l'espace péricellulaire d'où elles gagnent la circulation qui leur permettra d'atteindre les cellules cibles. Dans la circulation, la plupart des hormones de petit poids moléculaire sont liées à l'albumine ou à des protéines spécifiques, le cortisol à la transcortine ou cortisol binding globulin ou CBG, la thyroxine à la TBG ou Thyroxin Binding Globulin, la testostérone à la SBP ou Sex Binding globulin. Cette liaison avec la protéïne de transport est réversible.

(H) + (P) ↔ (HP)

(H) : concentration de l'hormone libre

(P) : concentration en protéine de transport (HP): concentration de l'hormone liée.

La nature de cette réaction équilibrée maintient une certaine fraction de l'hormone à l'état libre. On admet qu'au niveau des tissus, seule cette hormone libre peut se fixer sur le récepteur cellulaire.

Inactivation

Dès sa mise en circulation, l'hormone va être l'objet de processus chimiques complexes. Pour l'essentiel, ces processus aboutissent à l'inactivation de l'hormone: attaque des protéines par des enzymes protéolytiques, transformation des stéroïdes et des amines après hydroxylation et ou oxydation en composés glucuro et sulfoconjugués. En fait, ces processus n'inactivent pas forcément l'hormone. La thyroxine peut être transformée dans un certain nombre de tissus en un composé encore plus actif, la triiodothyronine. Le même phénomène peut être observé à partir de certains androgènes que le foie peut transformer en testostérone. Les dérivés inactifs sont éliminés soit par voie biliaire, soit dans les urines, une quantité très faible d'hormone étant éliminée. La plupart des hormones sont détruites rapidement et ont une demi vie dans le sang de l'ordre de 10 à 30 minutes. Cependant, certaines telles que les catécholamines ont des demi vies de l'ordre de quelques secondes, alors que la demi vie des hormones thyroïdiennes sont mesurées en jours. Cependant, la connaissance de la demi vie d'une hormone ne présume pas du temps de l'action hormonale. Certaines hormones produit leurs effets physiologiques presque instantanément, alors que d'autres nécessitent une période de minutes ou d'heures avant que les réponses physiologiques puissent survenir. Certaines réponses disparaissent dès que l'hormone disparaît de la circulation alors que d'autres persistent pendant des heures après que le taux d'hormones soit revenu à des niveaux de base.

Récepteurs hormonaux

L'hormone transmet un message à distance

Le récepteur reçoit ce message. Il y a un rapprochement physique hormone récepteur. Il existe une affinité mutuelle. Les propriétés des récepteurs sont les suivantes :

• la spécificité : un récepteur est spécifique d'une hormone ou d'un groupe d'hormones. Les récepteurs hormonaux reconnaissent une hormone de façon hautement spécifique. Ceci résulte de structures complémentaires de l'hormone et du récepteur. Elles sont bien entendu liées à la structure chimique des 2 éléments. Les structures secondaire et tertiaire d'une hormone sont d'importance essentielle. Cependant, il peut y avoir plusieurs types de récepteurs pour une hormone donnée.

• la saturabilité : sur une cellule et donc dans un tissu donné, le nombre de récepteurs d'une hormone est limité, c'est à dire qu'au-delà d'une certaine quantité d'hormone la quantité saturante, il n'y a plus de place pour une liaison spécifique de cette hormone.

• la réversibilité indique que la réaction de liaison n'est pas à sens unique et qu'à tout moment il existe une probabilité non négligeable de séparation spontanée du complexe hormone-récepteur.

La saturabilité et la réversibilité représentent une protection contre un envahissement massif de la cellule par l'hormone. Il existe divers types de récepteurs :

• des récepteurs intracellulaires capables de transférer l'hormone dans les noyaux des cellules, spécifiques des petites hormones : hormones stéroïdienne et thyroïdienne.

• des récepteurs membranaires fixés sur les membranes plasmiques des cellules et qui fixent les hormones peptidiques, glycoprotéiques et les amines.

Les récepteurs intracellulaires

Ils concernent les hormones lipidiques comme les stéroïdes ainsi que les hormones thyroïdiennes. Ces hormones passent à travers la membrane par un mécanisme passif. Une fois entrées dans la cellule, les hormones continuent leur trajet puisqu’elles franchissent la membrane nucléaire et interagissent via des récepteurs protéiques avec le génome. Il existe quand même une différence entre les mécanismes d’action des deux catégories d’hormones reconnues par des récepteurs intracellulaires :

• Dans le cas des stéroïdes, ces hormones liposolubles et hydrophobes se fixent sur une protéine réceptrice dans le cytosol et forment un complexe qui ensuite pénètre dans le noyau (translocation).
• Par contre, les hormones thyroïdiennes atteignent librement le noyau et reconnaissent

des récepteurs nucléaires présents en permanence sur la séquence d’ADN cible. Comme pour les récepteurs transmembranaires, la liaison d’une hormone stéroïde ou thyroïdienne sur son récepteur spécifique active celui-ci. Le récepteur activé agit alors sur une séquence d’ADN particulière, « l’élément de réponse » à l »’hormone. Cet »élément de réponse » est localisé dans la région du « promoteur » d’un gène cible. Le promoteur étant la partie du gène qui régule son expression, la fixation du complexe/récepteur sur l’élément de réponse modifie le taux de transcription de ce gène en ARN messager. Comme les hormones stéroïdes et les hormones thyroïdiennes ont des récepteurs spécifiques et que chacun de ces récepteurs reconnaît un élément de réponse propre, alors chaque hormone a un effet différent sur le génome. Ainsi, les hormones stéroïdes et thyroïdiennes stimulent ou inhibent la synthèse de protéines spécifiques dans les cellules cibles et transforment leur fonctionnement. Cet impact nécessite quelques heures pour se développer mais l’effet est durable.

Les récepteurs transmembranaires

Ils concernent les hormones polypeptidiques, les hormones glycoprotéiques et les amines. Les récepteurs membranaires sont inclus dans la membrane plasmique et sont constitués de polypeptides. Les hormones se fixent sur un site spécifique du récepteur. Elles vont transmettre leur message par l'intermédiaire de seconds messagers qui sont de plusieurs types.

AMP cyclique

La fixation de l'hormone sur le récepteur membranaire active une enzyme intramembranaire l'adénylate-cyclase par l'intermédiaire d'une protéine G. Au repos, la protéine G est liée à une molécule de guanosine diphosphate (GDP) et est inactive. Quand l'hormone se fixe sur le récepteur, le récepteur interagit avec la protéine G et produit un changement de structure de la protéine G qui se lie à une molécule de guanosine triphosphate (GTP). La sous unité αs se dissocie des sous unités de la protéine G. La sous unité portant le GTP s'associe à l'adényl cyclase activant l'enzyme qui produit l'AMPc à partir de l'ATP. La sous unité αs liée à la cyclase est une GTPase. L'hydrolyse de GTP en GDP et en phosphate inorganique (Pi) entraîne la dissociation de l'αs de la cyclase et sa réassociation aux sous unités βγ. La cyclase arrête alors la production du second messager. L'hormone se dissocie du récepteur. L'Ètat inactif du système est restauré. L'AMP cyclique peut être transformée en 5' AMP par une phosphodiéstérase. Ceci interrompt le message hormonal. L'action de la phosphodiestérase nécessite la présence de Mg++ intracellulaire et est activée parfois par le Ca++. Les méthyl xanthines telles que la caféïne et la théophylline inhibent l'activité de la phosphodiestérase. La protéine kinase AMP cyclique dépendante phosphorylise d'autres protéines les activant ou les inactivant. Le Ca++ et le Mg++ sont nécessaires à l'action de cette protéine kinase AMP cyclique dépendante. D'autres systèmes que l'adénylate cyclase existe. Par exemple le guanylate-cyclase génère le 3' 5' guanosine monophosphate (GMP cyclique) à partir du guanosine triphosphate.

Le Ca++ comme second messager

Le niveau de calcium intracellulaire est le résultat de plusieurs processus récurrents qui font entrer ou sortir le Ca++ du cytoplasme vers l'espace extracellulaire ou les organelles intracellulaires. Le Ca++ peut être fixé spécifiquement par une protéine la calmoduline. Celle-ci normalement est peu saturée en Ca++. Si la concentration intracellulaire du Ca++ augmente, la calmoduline est activée et elle va en retour agir sur une quinzaine d'enzymes importantes qui dépendent d'elles.

Inositol triphosphate, diacylglycérol et acide arachidonique

Des seconds messagers peuvent être formés par l'hydrolyse des phospholipides de la couche interne de la membrane. L'hydrolyse est catalysée par 2 enzymes membranaires la phospholipase C et la phospholipase A2 activée par des protéines G spécifiques.

Inositol triphosphate et diacylglycérol : Lorsque l'hormone se fixe sur le récepteur, il y a activation d'une protéine G. Celle-ci va stimuler la phospholipase C. La phospholipase C clive alors le phosphatidyl inositol diphosphate (PIP2) membranaire en diacylglycérol et inositol triphosphate (IP3).

• IP3 se combine avec des récepteurs particuliers du réticulum endoplasmique et des mitochondries et permet la libération de Ca++. Le Ca++ se fixe sur la calmoduline et permet l'activation de protéines kinases.
• le diacylglycérol (DAG) reste dans la membrane où il active une protéine kinase C

Acide arachidonique : Il peut y avoir également activation d'une phospholipase A2. Celle-ci va entraîner la libération de l'acide arachidonique à partir du phosphoinositol. L'acide arachidonique est ensuite métabolisée en différents produits appelés éïcosanoïdes :

• prostaglandines et thromboxane
• leucotriènes
• autres métabolites actifs. Tous ces produits sont en particulier retrouvés dans les phénomènes inflammatoires

Ces seconds messagers peuvent interagir les uns avec les autres

La phosphorylation protéique, influencée par les 3 systèmes a des conséquences régulatrices complexes. L'interaction est possible car des enzymes ou des protéines du cytosquelette ou des canaux ioniques membranaires peuvent être modifiés sur plus d'un site, chacun par une protéine kinase différente dépendante de divers seconds messagers. La notion de récepteur est importante car elle a fourni l'explication de certains troubles pathologiques : défaut ou manque de récepteurs à l'hormone de croissance dans certaines formes de nanisme familiales dans le diabète insipide néphrogénique où il y a défaut de concentration urinaire malgré des taux très importants d'hormone antidiurétique dans le sang de même, on peut avoir un pseudohermaphrodisme masculin avec testicules féminisants : l'aspect apparent est féminin, mais le génotype est XY. En fait, il s'agit d'une insensibilité périphérique aux androgènes. L'administration de grosses doses de testostérone est sans effet chez ces sujets.

Régulation endocrinienne

Portant sur la sécrétion hormonale

Les conditions du milieu intérieur ne sont évidemment pas stables: l'apport des nutriments est discontinu. Mais en plus, les besoins de l'organisme varient en fonction de l'état (croissance, sommeil, agression). La production hormonale va donc devoir s'adapter à ces conditions. Le mécanisme de base est la rétroaction ou feed-back. Ce mécanisme consiste à maintenir à une valeur déterminée une variable biologique en comparant sa valeur actuelle à la valeur prescrite et en utilisant la différence entre ces 2 valeurs pour actionner un dispositif qui tend à réduire cette différence. Les détails de cette régulation seront vus pour chaque type d'hormones. L'augmentation de la sécrétion hormonale peut aussi être produite en réponse à des signaux provenant de l'environnement. Un environnement menaçant provoque la libération des hormones hypophysaires et surrénaliennes. Dans de telles réponses aux stimuli externes, un composant sensoriel du système nerveux détecte le stimulus et la sécrétion est affectée d'une façon similaire à un simple réflexe. Il n'y a pas de rétroaction négative, mais la sécrétion hormonale est arrêtée avec la cessation du stimulus externe.

Portant sur l'activité hormonale

De multiples facteurs peuvent intervenir :

• le nombre des récepteurs peut varier et l'hormone elle-même peut régler le nombre de récepteurs. Quand la concentration hormonale baisse, il y a une augmentation du nombre de récepteurs : "up regulation". Quand la concentration augmente, le nombre de récepteurs diminue : "down regulation". Mais une autre hormone peut parfois régler le nombre des récepteurs. C'est ainsi que le nombre des récepteurs cardiaques aux catécholamines est sous la dépendance des hormones thyroïdiennes. Un excès d'hormones thyroïdiennes multiplie par 2 ou 3 le nombre des récepteurs cardiaques aux catécholamines.
• la sensibilité des récepteurs à l'hormone peut être modifiée.
• La tachyphylaxie: c'est la diminution de la réponse d'un organe à des injections répétées d'une même hormone.