Évolution des hormones thyroïdiennes

Abstract du premier article : hormones thyroïdiennes

 Les hormones thyroïdiennes (THs, T₃/T₄) sont des régulateurs centraux essentiels qui relient de nombreuses tâches biologiques, dont la croissance embryonnaire et postnatale, la fonction reproductive et les réponses comportementales et physiologiques au stress. Récemment, j’ai proposé une nouvelle théorie pour expliquer le rôle des TH dans l’évolution des vertébrés. Ici, je passe en revue le concept et discute de sa capacité à expliquer les changements au fil du temps dans la morphologie, le comportement et l’histoire de la vie des hominidés. Les TH sont produites de manière distinctement pulsatile et semblent générer des rythmes TH spécifiques à l’espèce avec des décalages ontogéniques distincts. Les variations individuelles des rythmes TH génétiquement contrôlés (phénotypes TR) doivent générer des variations individuelles coordonnées de morphologie, de reproduction et de comportement au sein des populations. La sélection pour toute manifestation d’un phénotype TR particulier dans une population ancestrale sélectionne tous les traits sous contrôle thyroïdien, ce qui entraîne des changements rapides et bien coordonnés chez les descendants. Le concept fournit la première explication vraiment plausible d’un certain nombre de phénomènes, y compris l’évolution convergente de la bipédie chez les premiers hominidés, le dimorphisme sexuel spécifique à l’espèce, les changements coordonnés de la morphologie, de la fonction cérébrale et de la longueur de l’intestin au fil du temps chez les hominidés, l’adaptation au froid chez Homo neanderthalensis, l’évolution indépendante possible de H. sapiens en Asie, et l’adaptation régionale des populations d’hominidés. Ce nouveau paradigme fournit un cadre théorique unique pour expliquer les origines humaines qui a des implications importantes pour la santé humaine.

Les hormones thyroïdiennes de source maternelle sont nécessaires au fœtus humain pour son développement normal. Après la naissance, la croissance rapide du cerveau et du squelette qui se produit au début de la période postnatale dépend également de niveaux relativement élevés d’hormones thyroïdiennes disponibles. Cette dépendance aux hormones thyroïdiennes pour une croissance normale est caractéristique de tous les vertébrés, mais pas seulement des humains. Bien que la nature essentielle des hormones thyroïdiennes dans le développement soit bien reconnue, son importance évolutionniste a été pratiquement ignorée.

Chez les vertébrés, des traits qui reflètent des différences reconnaissables dans la croissance et le développement sont couramment notés à la fois au sein d’une espèce et entre elles. Les changements dans les taux et le calendrier du développement embryonnaire et postnatal chez les espèces ancestrales rendent possible une grande variété de différences de taille et de forme dans les populations descendantes, un modèle évolutionniste bien connu sous le nom d’hétérochronie. L’hétérochronie a été identifiée comme le mode de spéciation le plus courant dans pratiquement toutes les lignées, bien que la façon dont ces changements sont mis en œuvre ne soit pas encore claire. De nombreuses recherches évolutionnistes se sont concentrées sur le rôle de ce que l’on appelle les gènes Hox dans l’initiation du changement précoce du développement embryonnaire. Les hormones thyroïdiennes, ainsi que l’acide rétinoïque (un dérivé de la vitamine A), ont été identifiées comme essentiels à l’expression de nombreux gènes Hox , et pourtant le rôle central des hormones thyroïdiennes dans la régulation du développement ne semble pas avoir été pris en compte.

Bien que la glande thyroïde des vertébrés produise des hormones sous plusieurs formes, les deux principales sont T₃ (triiodothyronine) et T₄ (thyroxine). Alors que les deux formes sont sécrétées par la glande thyroïde, la conversion en T₃ par déiodisation de T₄ se produit également dans le sang et les tissus. T₃ a une demi-vie plus courte et est plus métaboliquement actif que T₄. T₃ peut être plus impliqué dans la régulation des gènes et la₄ plus important dans le développement, bien que dans de nombreux cas, il soit difficile de savoir quelle forme est impliquée. Le terme « hormones thyroïdiennes » (TH) est donc utilisé ici pour désigner les deux formes ensemble, et T₃ ou T₄ pour se référer spécifiquement à chaque forme.

Les TH contrôlent à eux seuls le taux métabolique cellulaire et de base, la migration et la différenciation précoces des cellules embryonnaires, ainsi que l’expression d’un certain nombre de gènes stratégiques. Elles sont essentielles au développement fœtal et à la croissance postnatale de l’ensemble du système nerveux central (SNC), y compris les yeux et le cerveau. Dans le système digestif, on sait que les TH sont responsables de la différenciation de la muqueuse épithéliale de l’intestin grêle (où se produit l’absorption des nutriments) et qu’elles affectent le moment de l’éruption dentaire et la formation de l’émail des dents.

Les TH fonctionnent également comme des cofacteurs essentiels dans la production et l’utilisation d’autres hormones essentielles, et contrôlent ainsi le fonctionnement du cerveau, des organes reproducteurs, des glandes surrénales et des follicules pileux. De plus, les TH contrôlent la libération et l’utilisation des hormones de croissance, qui stimulent le foie à libérer le facteur de croissance analogue à l’insuline I (IGF-I), une hormone importante dont il a été démontré qu’elle varie dans différentes populations humaines et de singes. Les TH doivent être présents pour que les hormones hypophysaires et surrénales soient sécrétées et exercent leurs effets sur les tissus. Par conséquent, l’un des rôles les plus importants des TH est de s’assurer que tous les organes producteurs d’hormones donnent une réponse coordonnée aux conditions physiques, physiologiques et psychologiques changeantes.

La libération de TH dans la circulation sanguine est distinctement de nature pulsatile en raison du stimulus intermittent pour la sécrétion de TH que la glande reçoit de l’hypophyse (via la thyrotropine ou l’hormone stimulant la thyroïde, TSH). Ce modèle pulsatile de production de TH est sa caractéristique la plus critique. La pulsatilité prend son origine dans la cascade hormonale, où la stimulation électrique des récepteurs de la rétine et du SNC relaient les signaux à la glande pinéale. La glande pinéale traduit ces signaux électriques en un message biochimique, principalement la neurohormone mélatonine. La libération pulsatile de mélatonine pinéale stimule la sécrétion pulsatile de l’hormone de libération de la thyrotropine (TRH) par l’hypothalamus. Les impulsions de TRH stimulent les rafales de TSH de l’hypophyse, et les impulsions de TSH stimulent enfin la libération pulsatile de TH par les glandes thyroïdes.

Une fois que les TH ont été libérés, elles sont disponibles pour un certain nombre de fonctions corporelles, via des actions directes et permissives. De nombreux chercheurs semblent avoir complètement perdu de vue cette relation. Les articles sur la signification biologique de la sécrétion d’hormones pulsatiles mentionnent peu les TH. Étant donné que les hormones hypophysaires sont très dépendantes des TH pour leur libération, le fait que les TH soient également produites de manière pulsatile suggère que les TH peuvent être le stimulateur cardiaque qui entraîne la pulsatilité chez les autres.

La raison pour laquelle les TH sont si fortement impliqués dans le changement évolutif n’est pas seulement due à leur rôle crucial dans le développement embryonnaire et la croissance postnatale, mais aussi parce qu’ils sont le seul facteur qui relie les traits morphologiques, physiologiques et comportementaux essentiels.

Dans le cadre d’un réexamen critique de la domestication en tant que processus évolutif, j’ai développé une théorie pour expliquer le rôle des TH dans les événements de spéciation hétérochroniques pour tous les taxons de vertébrés. La théorie affirme que le mécanisme biologique responsable de la génération de nouvelles espèces – des populations descendantes isolées sur le plan reproductif avec une série distinctive de traits bien coordonnés – implique la sélection de variantes particulières des modèles de production de TH (phénotypes du rythme thyroïdien) qui se produisent naturellement au sein des espèces ancestrales. Ici, je passe en revue le concept en utilisant l’évolution des hominidés comme un exemple particulièrement intéressant.

Une nouvelle perspective comme celle-ci est attendue depuis longtemps en biologie de l’évolution. Elle fournit un mécanisme biologique précis pour rendre compte du changement évolutionniste et constitue une théorie puissante basée sur des hypothèses biologiques explicites qui peuvent être testées expérimentalement. En conséquence, le concept fournit un cadre théorique solide pour les recherches futures. Il s’agit d’un changement de paradigme significatif parce qu’il examine la question de l’évolution des espèces dans une direction complètement différente de celle des modèles génétiques de population qui ont dominé le domaine jusqu’à présent. De plus, la théorie reflète et prédit plus précisément la nature complexe des relations inter- et intra-spécifiques que nous sommes maintenant en mesure de discerner à l’aide de méthodes d’analyse phylogénétique. Le plus étonnant est peut-être la capacité de ce nouveau concept à rendre l’évolution personnelle – quelque chose que l’ancien paradigme ne pourrait jamais faire. L’examen du rôle potentiel des TH dans l’évolution des hominidés fournit des informations cruciales pour comprendre comment les TH affectent la santé de chacun d’entre nous à mesure que nous grandissons, nous reproduisons et vieillissons.

Abstract du deuxième article : iode

Chez les vertébrés, les hormones thyroïdiennes (TH, thyroxine et triiodothyronine) sont des molécules de signalisation cellulaire essentielles. Les TH régulent et coordonnent la physiologie à l’intérieur et entre les cellules, les tissus et les organismes entiers, en plus de contrôler la croissance et le développement embryonnaires, via des effets régulateurs dose-dépendants sur les gènes essentiels. Bien que les invertébrés et les plantes n’aient pas de glandes thyroïdes, beaucoup utilisent les TH pour se développer, tandis que d’autres stockent l’iode sous forme de dérivés de TH ou de molécules précurseurs de TH (iodotyrosines) ou produisent des hormones similaires qui agissent de manière analogue. De tels rôles développementaux communs pour les iodotyrosines dans tous les règnes suggèrent qu’un mécanisme de signalisation endocrinien commun pourrait expliquer le changement évolutif coordonné dans tous les organismes multicellulaires. Ici, j’élargis mon hypothèse précédente sur le rôle des TH dans l’évolution des vertébrés en proposant un rôle évolutif critique pour l’iode, l’ingrédient essentiel de toutes les iodotyrosines et de TH. L’iode est connu pour être crucial pour la vie dans de nombreux organismes unicellulaires (y compris les cyanobactéries anciennes), en partie parce qu’il agit comme un puissant antioxydant. Je propose qu’au cours des 3 à 4 derniers milliards d’années, la facilité avec laquelle diverses espèces d’iode deviennent volatiles, réagissent avec des composés organiques simples et catalysent des réactions biochimiques explique pourquoi l’iode est devenu un constituant essentiel de la vie et de l’atmosphère terrestre – et un marqueur potentiel des origines de la vie. D’un rôle initial d’antioxydant membranaire et de catalyseur biochimique, le couplage spontané de l’iode avec la tyrosine semble avoir créé une molécule polyvalente, hautement réactive et mobile, qui au fil du temps s’est intégrée dans la machinerie de production d’énergie, la fonction des gènes et la réplication de l’ADN dans les mitochondries. Les iodotyrosines se sont ensuite couplées pour former des TH, les molécules de signalisation cellulaire omniprésentes utilisées par tous les vertébrés. Ainsi, en raison de leur histoire évolutive, les TH, ainsi que leurs dérivés et précurseurs, sont non seulement devenues essentielles pour communiquer à l’intérieur et entre les cellules, les tissus et les organes, et pour coordonner le développement et la physiologie du corps entier chez les vertébrés, mais elles peuvent également être partagées entre des organismes de différents règnes.