Prolactin modulation of thermoregulatory circuits provides resilience to thermal challenge of pregnancy.
Sharon R. Ladyman and al, Cell Reports April 2025.
Mots-clés
Thermal homeostasis, prolactin receptors, glutamate neurons.
La régulation de la température corporelle est une fonction essentielle du système nerveux central pour assurer un métabolisme cellulaire optimal. Chez les mammifères, cette régulation est principalement assurée par la zone pré-optique (POA) de l'hypothalamus, qui reçoit des informations sur la température périphérique et corporelle. Les neurones thermosensibles de la POA transmettent ensuite ces signaux à d'autres régions du cerveau pour déclencher des réponses physiologiques et comportementales adaptées. Il existe plusieurs sous-populations de neurones sensibles à la chaleur (WRNs, Warm-Responding Neurons), exprimant des récepteurs hormonaux (notamment leptine et oestrogène Esr1).
Pendant la grossesse, la thermorégulation est d'autant plus importante puisqu'une température corporelle élevée est tératogène. On observe d'abord une élévation de la température corporelle en début de grossesse liée à la progestérone, suivie d'une augmentation de la chaleur corporelle induite par l'augmentation du métabolisme maternel et foetal et l'augmentation des ingesta par la mère. Pourtant, la température corporelle baisse en fin de grossesse. Ceci met en évidence un mécanisme protecteur visant à favoriser la dissipation de la chaleur pour protéger le foetus.
Un rôle important dans ces ajustements thermorégulateurs est attribué à la prolactine, sécrétée par l'hypophyse pendant la grossesse et la lactation. Des études chez les bovins et les rongeurs ont montré qu'un déficit en prolactine provoque une intolérance à la chaleur (1), à l'inverse une hypersensibilité au récepteur de la prolactine (Prlr) améliore la tolérance thermique (2) et une hyperprolactinémie chronique abaisse la température corporelle. Le séquençage récent de l'ARN de la POA met en évidence plusieurs populations de neurones thermosensibles exprimant le gène Prlr (3). On peut alors formuler l'hypothèse du rôle de la prolactine sur l'aire pré-optique pour faciliter l'adaptation thermique pendant la grossesse.
L'objectif de l'étude est donc d'identifier les neurones thermosensibles exprimant le récepteur Prlr puis de tester l'effet de l'activation et de l'inactivation des Prlr sur la température corporelle et d'analyser l'impact sur la survie des portées soumises à un stress thermique.
Méthodes et Résultats
Résultat 1 – Les récepteurs à la prolactine (Prlr) font partie du circuit neuronal thermorégulateur.
Il s'agit d'identifier si les Prlr sont activés par la chaleur.
Les chercheurs ont utilisé des souris transgéniques Prlr-iCre/ tdTomato qui expriment une protéine fluorescente rouge (tdTomato) spécifiquement dans les récepteurs Prlr. Les souris mâles et femelles non gravides ont été exposées à une température ambiante élevée (38 °C) pendant 180 minutes, puis comparées à des témoins maintenus à 22 °C. L'analyse neuronale en immunohistochimie permet ensuite d'étudier la localisation des récepteurs Prlr en parallèle de la localisation de la protéine c-Fos qui est un marqueur d'activation neuronale.
L'exposition à 38 °C a significativement augmenté le nombre de neurones exprimant c-Fos dans le préoptique rostral (rPOA) et le préoptique médian (MnPOA) chez les mâles et surtout chez les femelles (p inférieur à 0,0001). Une forte colocalisation est observée entre les neurones fluorescents (tdTomato, donc Prlr+) et les neurones activés (c-Fos+), indiquant que les neurones sensibles à la prolactine participent à la réponse thermique (Figure 1). Dans d'autres régions hypothalamiques (préoptique latérale, hypothalamus médiobasal), aucune superposition entre c-Fos et Prlr n'a été observé. Ces résultats démontrent l'existence de sous-populations distinctes de neurones sensibles à la chaleur exprimant le récepteur à la prolactine dans le rPOA et le MnPOA.
Figure 1.
Résultat 2 – L'activation des neurones sensibles à la Prl induit une hypothermie marquée.
Il s'agit de tester si l'activation des Prlr dans la POA modifie la température corporelle.
Un récepteur activateur (DREADD) a été introduit dans les souris transgéniques au niveau des neurones de la POA présentant des récepteurs de la Prlr, à l'aide d'un vecteur viral. L'injection de CNO (Clozapine N-oxide) permet ensuite d'activer uniquement les DREADD. Les courbes de température mettent en évidence une baisse rapide et soutenue de la température corporelle, une réduction de la dépense énergétique et de la prise alimentaire. On ne retrouve pas de perturbation du cycle reproducteur, ni de l'activité locomotrice immédiate. Les neurones Prlr de la POA régulent la température et le métabolisme.
Résultat 3 – Absence d'effet de l'exposition aiguë à la Prolactine sur l'activation neuronale.
L'objectif est d'étudier l'effet de l'exposition aiguë à la prolactine sur l'activité des neurones exprimant Prlr.
Pour cela, des souris transgéniques GCaMP6/Prlr-iCre ont été générées avec un indicateur calcique qui émet une fluorescence en fonction des variations du calcium intracellulaire, reflet de l'activité neuronale dans les cellules exprimant Prlr. Des tranches de cerveau ex vivo (environ 200 μm d'épaisseur) contenant le rPOA et le MnPOA ont été obtenues à partir de souris mâles et de femelles non gravides, présentant donc des niveaux circulants de prolactine faibles. Celles-ci ont ensuite été exposées à une solution contenant de la prolactine avec réalisation d'un enregistrement en continu de l'activité neuronale par microscopie à fluorescence, permettant d'étudier les variations de concentration intracellulaire en calcium.
Les réponses neuronales à la prolactine ont été hétérogènes, avec une augmentation ou une diminution de fluorescence de certaines cellules du rPOA et du MnPOA. La majorité des récepteurs à la Prlr n'ont pas de réponse calcique aiguë à la prolactine.
Ces résultats indiquent que la prolactine n'active pas ces neurones de manière aiguë, elle semble donc agir via une voie de signalisation lente et transcriptionnelle avec l'activation du facteur STAT5 et non par une activation membranaire directe.
Résultat 4 – L'action de la prolactine dans la POA est nécessaire aux changements adaptatifs de la thermorégulation pendant la grossesse.
L'objectif est d'évaluer l'impact de la perte du récepteur à la Prlr dans les neurones de la POA exposés à une température élevée.
Une suppression ciblée du Prlr est obtenue après l'injection d'un virus AAV-Cre dans la POA des souris. Un suivi thermique est réalisé ensuite par télémétrie chez les souris femelles tout au long du cycle reproductif (avant et pendant la gestation). Chez les souris témoins, on retrouve une élévation de la température corporelle dès le début de la grossesse, suivie d'une hausse supplémentaire en milieu de gestation, enfin une diminution est observée en fin de grossesse. Cela met en avant un profil thermique dynamique et spécifique à la reproduction. Lors de la suppression du Prlr, on ne retrouve pas de différence avant la gestation (souris vierges) mais une hyperthermie significative chez les souris gestantes sans Prlr. Il n'a pas été possible de mesurer la température après la mise-bas, puisque les femelles abandonnent leur portée.
L'action de la prolactine sur les Prlr est indispensable à la baisse physiologique de la température observée en fin de gestation malgré l'augmentation du métabolisme gestationnel.
Résultat 5 – La modulation des circuits de thermorégulation par la prolactine assure une résilience face au défi thermique de la grossesse.
La majorité des neurones thermosensibles du POA sont glutamatergiques, c'est-à-dire libérant du glutamate. L'objectif est d'évaluer le rôle du récepteur Prlr dans les neurones glutamatergiques à température élevée.
Un nouveau modèle transgénique est réalisé avec la suppression sélective du Prlr dans les neurones glutamatergiques (Prlr^lox/lox/Vglut2^Cre). Deux cohortes ont ensuite été étudiées : l'une hébergée à température standard (22 °C) et l'autre exposée à une contrainte thermique de 30°C. Un suivi thermique est réalisé pendant la grossesse, associé à l'étude de la prise alimentaire, du gain de poids gestationnel et de la taille et survie des portées jusqu'à la lactation.
Concernant les résultats
À 22 °C, aucune différence significative n'a été observée entre les souris mutantes et témoins, que ce soit avant ou pendant la gestation.
À 30 °C, en revanche, les souris dépourvues de Prlr dans les neurones glutamatergiques ont montré une hyperthermie significative en fin de gestation (jour 16) comparées aux témoins (p = 0,033). Par ailleurs, les souris mutantes ont un moindre gain de poids gestationnel et sont marquées par une forte mortalité néonatale : taux de survie de 2 sur 11 portées et seulement 1 portée sur 11 atteint le sevrage (jour 20). La majorité des portées ont été abandonnées ou perdues dès le 3ème jour de lactation.
Les récepteurs de la prolactine présents sur les neurones glutamatergiques du POA sont indispensables pour l'adaptation thermique pendant la grossesse, particulièrement lorsque la température ambiante est élevée. En leur absence, les femelles ne peuvent pas dissiper efficacement la chaleur produite par le métabolisme gestationnel et cela affecte le déroulement de la gestation et la survie de la progéniture.
Discussion
Cette étude met en évidence le rôle central de la prolactine dans la régulation de la température corporelle pendant la grossesse. L'hormone, en agissant sur des neurones spécifiques de la région pré-optique antérieure de l'hypothalamus, permet à la femelle enceinte de maintenir un équilibre thermique optimal protecteur de l'hyperthermie délétère pour la grossesse et la survie néonatale.
Dans les limites de ce travail, nous noterons que le type précis de neurones sensibles à la Prolactine n'est pas encore identifié et que des approches génétiques plus ciblées sont nécessaires pour valider les sous-population neuronales spécifiques. Les effets observés pendant la lactation restent également à explorer.
Conclusion
Ainsi, la prolactine apparait comme un régulateur central de la thermorégulation, essentielle à la survie foetale et des portées. Son action, via les neurones glutamatergiques de la POA facilite la dissipation thermique face au métabolisme gestationnel croissant. Les neurones activés par la prolactine répondent à une voie de signalisation lente. Dans le contexte du réchauffement climatique, ces adaptations pourraient s'avérer cruciales pour la réussite reproductive des mammifères.
Références
1. Littlejohn M.D., Henty, K.M., Tiplady, K., Johnson, T., Harland, C., Lop- dell, T., Sherlock, R.G., Li, W., Lukefahr, S.D., Shanks, B.C., et al. (2014). Functionally reciprocal mutations of the prolactin signalling pathway define hairy and slick cattle. Nat. Commun. 5, 5861. https://doi. org/10.1038/ncomms6861 .
2. Dikmen, S., Khan, F.A., Huson, H.J., Sonstegard, T.S., Moss, J.I., Dahl, G.E., and Hansen, P.J. (2014). The SLICK hair locus derived from Senepol cattle confers thermotolerance to intensively managed lactating Holstein cows. J. Dairy Sci. 97, 5508–5520. https://doi.org/10.3168/jds.2014-8087 .
3. Moffitt, J.R., Bambah-Mukku, D., Eichhorn, S.W., Vaughn, E., Shekhar, K., Perez, J.D., Rubinstein, N.D., Hao, J., Regev, A., Dulac, C., and Zhuang, X. (2018). Molecular, spatial, and functional single-cell profiling of the hypothalamic preoptic region. Science 362, eaau5324. https://doi.org/10. 1126/ science.aau5324.
Marie TOROSSIAN
Interne en 8ème semestre
Gynécologie médicale
Grenoble
Dr Laure VILLARET
Praticienne Hospitalière
en Endocrinologie
CHU Grenoble
