Effets des antiandrogènes sur la prostate de rat : approches protéomiques et génomiques : mise en évidence d'un nouveau marqueur potentiel des effets antiandrogéniques

par Corinne Cayatte

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Bernard Rossi.

Soutenue en 2006

à Nice , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) .

mots clés

• Prostate
• Antiandrogènes
• Androgènes

Résumé

Les perturbateurs endocriniens sont des agents exogènes qui interfèrent avec les hormones naturelles agissant sur l'homéostasie, la reproduction, le développement ou le comportement des organismes. Leur abondance dans l'environnement pose un véritable problème de santé publique qui nécessite aujourd'hui de développer de nouvelles stratégies de recherche en toxicologie. Parmi celles-ci, la toxico-protéomique et la toxico-génomique sont en plein essor. La prostate, dont le développement et l'homéostasie sont sous le contrôle direct des androgènes, constitue un organe de choix pour étudier les effets des antiandrogènes, l'une des principales classes de perturbateurs endocriniens. Au cours de ce travail de thèse, nous avons ainsi étudié les effets de deux molécules de référence sur la prostate: le finastéride (inhibiteur de la 5 a-réductase de type 2), le flutamide (inhibiteur compétitif du récepteur aux androgènes). L'analyse toxicologique classique, définie par la directive 407 de l'OCDE étudie les effets sur un organisme engendrés par une exposition chronique de 28 jours à une substance. Elle comporte les mesures du poids des organes reproducteurs, des concentrations hormonales et des études histologiques. Ces analyses nous ont permis de confirmer l'activité antiandrogénique de ces 2 molécules, principalement caractérisée par une atrophie prostatique et une augmentation des concentrations circulantes de testostérone et d'hormone lutéinisante. L'étude comparative du protéome des prostates ventrales des animaux contrôles et traités pendant 28 jours nous a permis d'identifier 37 et 21 protéines, dont le niveau d'expression est modulé par l'exposition respectivement au finastéride et au flutamide. De manière intéressante, la fonction de ces protéines reflète l'atteinte du tissu épithélial prostatique : une diminution de l'activité sécrétoire, une dérégulation du stress oxydatif, de la détoxification et de l'apoptose, qui seraient responsables en partie de l'atrophie prostatique observée en réponse à la déprivation en androgènes. De plus, 7 protéines sont modulées de façon identique par les 2 antiandrogènes. Parmi celle-ci, nous avons mis en évidence, pour la première fois chez le rat, une protéine similaire à la L-amino acide oxydase-1 (Lao1) présente uniquement dans l'épithélium prostatique. Cette enzyme, dont l'expression est fortement augmentée par le finastéride et le flutamide, produit du peroxyde d'hydrogène qui pourrait jouer un rôle important dans l'atrophie prostatique induite par les antiandrogènes. Par ailleurs, une étude toxicologique aigüe a montré que le niveau d'expression de la Lao1 augmente fortement dès 48h après l'administration d'un bolus unique de flutamide, alors qu'aucune lésion tissulaire n'est observable histologiquement, ce qui fait de cette protéine un marqueur potentiel prédictif intéressant des effets des antiandrogènes. Enfin, l'étude du transcriptome des prostates ventrales de rats de cette dernière étude toxicologique aigüe, a révélé que la modulation d'expression de gènes impliqués dans la croissance, la prolifération et la mort cellulaire, le métabolisme des lipides et l'inflammation, déjà décrite après castration, intervient dès 8 h après traitement et constitue un marqueur prédictif précoce d'une activité antiandrogénique.

Titre traduit

Effects of antiandrogens on rat ventral prostate : proteomic and genomic approaches : discovery of a new biomarker of antiandrogenic effects

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Résumé

Endocrine disruptors (ED) are exogenous agents that interfere with natural hormones. ED act on homeostasis, reproduction, development and behaviour of organisms. Their abundance in environment has become a real public health issue which needs to develop new methods of screening such as toxico-transcriptomic and toxico-proteomic. Ventral prostate (VP), the development and homeostasis of which are under androgen control represents a valuable model to study the effects of antiandrogens, one of the most important class of ED. In the course of this thesis work, we have studied the effects on the VP of rats of two reference antiandrogenic compounds: finasteride (an inhibitor of 5a-reductase, the enzyme which converts testosterone into its more active metabolite dihydrotestosterone), flutamide, (a competitive inhibitor of testosterone binding to androgen receptor). Classical toxicological analyses, based on the OECD guideline 407, study the effects of a 28-day chronic exposure to a molecule. This method includes different parameters such as reproductive organ weight, hormonal levels and histological aspects. These analyses allowed us to confirm antiandrogenic action of finasteride and flutamide, characterized by an up-regulation of testosterone and luteinizing hormone concentrations and by an atrophy of ventral prostate. Proteomic analyses of VP of control and 28-day treated animals allowed to identify 37 and 21 proteins modulated by finasteride and flutamide treatment respectively. Interestingly, the functions of these proteins reflected the decrease of the secretory capacities of the gland and the misregulation of oxidative stress and apoptosis which are, at least partly, responsible for the VP atrophy observed under antiandrogenic treatment. Moreover, 7 proteins were found to be modulated both by finasteride and flutamide. Among them, a protein similar to L-amino acid oxidase 1 (Lao1), never identified before in rat and in prostate, was highly up-regulated upon exposure to antiandrogens. This enzyme, exclusively localized in epithelial compartment, produces hydrogen peroxide which could induce the prostate atrophy observed following androgen withdrawal. An acute toxicity study also revealed an early up-regulation of Lao1, occurring as soon as 48 h after administration of a single bolus of flutamide, in the absence of any sign of prostate injury, suggesting that this enzyme could be an interesting biomarker of antiandrogenic effects. Transcriptome analyses of the VP revealed since 8 h, the modulation of expression of arrays of genes associated to proliferation and cell death, lipid metabolism and inflammation, that could be used as an early biomarker predictive of the antiandrogenic properties of new compounds.