Jacques Battin*

INTRODUCTION

La croissance est la manifestation la plus éclatante du cycle vital. Elle est contrôlée par de multiples facteurs, génétiques, nutritionnels, endocriniens, environnementaux. La croissance pré et post-natale est l'objet d'un intérêt scientifique accru grâce à la biologie moléculaire. En effet, celle-ci a permis d'identifier déjà de très nombreux gênes impliqués dans la croissance avec des mutations délétères et quand il n'existe pas de modèle mutant spontané chez l'animal, l'inactivation génique (knock-out ou mutagenèse ciblée) permet d'observer les effets sur le développement (1). Ainsi, l'embryologie et la physiologie nouvelles sont devenues moléculaires, comme autrefois l'ablation d'une glande en démontrait la fonction. C'est ainsi reconnaître que de nombreuses acquisitions ont été faites grâce à la transgénèse chez la souris dont le développement est parallèle à celui de l'homme, mais sur un temps beaucoup plus court qui facilite l'analyse.
Les retards de croissance (RC) ont des causes multiples : maladies viscérales chroniques acquises et constitutionnelles dont beaucoup sont héréditaires, maladies osseuses dont les défauts génétiques ont été identifiés pour les plus nombreuses d'entre elles comme l'achondroplasie, mauvais environnement psycho-social quelquefois, syndromes dysmorphiques en grande partie génétiques, enfin endocrinopathies avec au premier plan le déficit pituitaire en hormone de croissance (GHD). Celui-ci reconnaît des causes acquises, vasculaires, inflammatoires comme dans l'histiocytose X, traumatiques, tumorales comme les crâniopharyngiomes, l'irradiation par les rayons X, qui détruisent les différents types de cellules hypophysaires sécrétant les hormones polypeptidiques, d'où des déficits multiples. Il existe aussi des causes malformatives comme les anomalies de la ligne médiane.

Les GHD isolés idiopathiques sont prédominants à 70 % des cas, leur prévalence dans la population variant entre 1 sur 4000 et 1 sur 10 000 selon les estimations. Les formes familiales représentent un faible pourcentage de 3 à 5 %, mais sont d'un grand intérêt, car elles affectent les gênes qui concourent le long de l'axe somatotrope à la production, la sécrétion de l'hormone de croissance et à sa réceptivité sur les tissus cibles. L'autre séquence génique aussi remarquable est celle qui contrôle la détermination et la différenciation sexuelle, l'axe gonadotrope, afin que la reproduction assure la pérennité du cycle vital.
GENETIQUE DE L'AXE GH - IGF-I
L'hormone de croissance (GH) est essentielle à la croissance post-natale. Elle est sécrétée par les cellules somatotropes de l'ante-hypophyse de façon pulsatile sous l'effet combiné des deux neuro-peptides hypothalamiques, le GHRH stimulant et la somatostatine inhibitrice. Le gène codant pour la GH appartient à une batterie de 5 gènes homologues et apparentés (cluster), alignés dans le même sens transcriptionnel sur le chromosome 17 en q22-24. Le gène GH-I exprimé dans la pituitaire code pour la GH 22 kDA et est composé de 5 exons. On a identifié en amont des gènes de transcription Pit-1 et Prophet-1 de Pit-1 ou Pro-1 qui interviennent dans le développement et la différenciation des cellules pituitaires. Une fois dans la circulation, la GH se lie à son récepteur spécifique GH-R principalement au niveau du foie et des autres cellules cibles, condition indispensable pour la sécrétion d'IGF-I, polypeptide mitogène qui est en fait le véritable facteur de croissance, en particulier sur le cartilage. Le tableau I montre les différentes étapes de l'axe somatotrope avec les modèles animaux.
Les anomalies génétiques consistent en délétion ou perte de gènes entraînant des molécules protéiques tronquées, des mutations dont la liste ne cesse de s'étendre. Les enfants atteints sont soit homozygotes, c'est-à-dire ayant une mutation identique sur les deux allèles, soit des hétérozygotes composites, c'est-à-dire ayant des mutations sur des allèles différents. Le tableau II propose une classification clinique et moléculaire des RC par déficit en GH et résistance à la GH (2).

I - DEFICITS ISOLES FAMILIAUX EN GH

1) Le type 1 A transmis en RA a une taille normale à la naissance, une hypoglycémie néonatale fréquente, un microphallus et un RC post-natal précoce. La GH plasmatique est effondrée comme l'IGF-I. Le traitement par rhGH est rendu plus souvent inefficace par l'apparition d'anticorps anti-GH. Dans la plupart des cas, il s'agit d'une macro-délétion des deux allèles du gène GH-1 ou d'une mutation non-sens.

2) Le type 1 B, également RA, comporte un RC post-natal et un phénotype clinique et biologique de GHD. L'IRM montre une petite ante-hypophyse. Le traitement par rhGH est efficace. Le modèle murin, la souris Little, a un nanisme avec hypoplasie de l'hypophyse antérieure. et une résistance à GH RH en raison d'une mutation faux sens identifiée dans le domaine extra-cellulaire du récepteur de GH RH, lequel a été cloné chez l'homme en 1993. C'est ce qui a fait rechercher et découvrir en 1996, dans une famille d'origine indienne, la première anomalie moléculaire du GH RH-R humain avec un codon stop conduisant à une molécule délétée des domaines trans-membranaire et intra-cellulaire du récepteur. La même anomalie a été retrouvée dans une famille originaire du Sri Lanka étudiée en France. Dans une famille très consanguine a été décrit le nanisme Sindh, du nom d'un village pakistanais de la basse vallée de l'Indus. 17 sujets étaient affectés avec une taille finale adulte moyenne de 126,8 cm (118-135) pour les hommes et
113,5 cm (113-114) pour les femmes, soit -8 DS, ces sujets ayant une intelligence et une fertilité normales. L'anomalie moléculaire était une mutation non sens de
GH RH-R (3). Ainsi est prouvée l'importance du GH RH dans la sécrétion de GH, puisqu'une anomalie homozygote du récepteur entraîne un sévère nanisme.
Récemment, une équipe italienne a retrouvé cette anomalie chez 7 patients sur 22 appartenant à 19 familles (4). Les mutations du gène GH RH-R sont probablement une cause rare de GHD, car sur 58 patients avec sévère GHD étudiés par un groupe allemand, seulement 2 membres d'une même famille étaient homozygotes pour une mutation sur l'exon 7 de ce gène (5). Il faudra d'autres études pour voir s'il y a une variabilité phénotypique en relation avec les mutations de ce gène et si les mutations à l'état hétérozygote retentissent sur la taille finale. Ces observations ont l'intérêt de montrer que des anomalies moléculaires du gène du récepteur de GH RH peuvent être à l'origine de cas familiaux de GHD, alors que le gène de GH est normal.
Quant à l'absence de mutation du gène de GH RH, identifié depuis 1985 à la fois chez les humains et les animaux, l'explication plausible est qu'étant fortement exprimé dans le placenta et donc impliqué dans le métabolisme foetal, sa déficience serait incompatible avec la survie du foetus.

II - DEFICITS FAMILIAUX ASSOCIES

Les mutations du gène Pit-1 entraînent une absence de plusieurs hormones pituitaires GH, TSH, PRL. C'est un excellent exemple de pleiotropisme, c'est-à-dire d'effets phénotypiques multiples dus à un seul gène. Les premiers cas humains rapportés en 1992 avaient été précédemment publiés comme des hypothyroïdies centrales sans rattrapage de taille malgré le traitement thyroïdien, jusqu'à ce que le déficit en GH et PRL ait mis sur la voie des mutations dominantes ou récessives de Pit-1 (6-7). Ce gène est un facteur de transcription vital pour le développement, la survie et la différenciation des trois types de cellules hypophysaires somato-lacto-thyréotropes. Pit-1 est impliqué dans deux modèles murins, RA, les souris naines Snell et Jackson ayant un hypopituitarisme post-natal.
Un autre facteur de différenciation est impliqué dans l'organogénèse hypothalamo-hypophysaire chez la souris naine Ames, Prophet Pit-1 ou Pro-1. Les mutations de ce gène entraînent un déficit en GH, PRL, TSH, GSH et occasionnellement ACTH. Le pronostic de taille finale sous traitement restitutif est bon. La recherche systématique de ces déficits associés devant tout retard statural avec selle turcique vide augmentera certainement le nombre de familles concernées, le spectre des mutations et amènera la découverte d'autres gènes de l'ontogenèse pituitaire, lorsque Pit-I et Pro-I sont normaux (8). Or, le nombre de ces facteurs de transcription et de différenciation dans l'organogenèse hypothalamo-pituitaire ne cesse de s'accroître Rpx, P-OTX, P-Lim, dont les mutations géniques sont candidates pour des RC (9).

III - SYNDROME D'HORMONE DE CROISSANCE BIO-INACTIVE

Vingt ans après la relation princeps de Kowarski, cette entité reste imprécise. Le retard statural est variable, souvent sévère, parfois à début intra-utérin. Le syndrome dysmorphique est comparable à celui de GHD. Le taux de GH de base et après stimulation est normal ou élevé, alors que IGF-I, IGF-BP3 sont abaissés, comme dans les syndromes de résistance à GH. La réponse au test de génération d'IGF-I et IGF-BP3 est plus élevée que dans les GHD. Le traitement par hormone de croissance accélère en général la vitesse de croissance. La mise en évidence d'une faible activité biologique de GH par bioassay sur des cellules NB2 est le seul moyen d'affirmer ce syndrome de GH bioinactive (10). D'autres méthodes sont à l'essai pour déterminer s'il s'agit d'une forme bio inactive de l'hormone de croissance ou d'une bio-inactivation. L'hétérogénéité clinique et biologique se retrouve au niveau moléculaire (11), certaines mutations conférant à l'hormone de croissance mutée une affinité accrue pour la GH BP, ce qui peut expliquer dans ces formes l'inefficacité thérapeutique de la GH exogène.
Le syndrome de GH bioinactive existe bien. Il est à rechercher dans les RC sans déficit en GH, mais avec IGF-I basse, ce qui nécessite désormais de conserver du sang et de l'ADN pour tester les nouveaux outils qui permettront de mieux le définir.

IV SYNDROME D'INSENSIBILITE A GH PAR DEFICIT DU RECEPTEUR DE GH

L'incapacité de la GH à exercer son action sur la croissance est soit acquise, par développement d'anticorps anti-GH, maladies cataboliques, hépatiques, digestives, soit primaire par anomalie génétique du récepteur de GH. Celle-ci a été décrite en 1966 chez des juifs yéménites par Laron qui pensait alors que la GH détectable chez ces patients était bioinactive. De transmission récessive autosomique liée à une forte consanguinité, ce syndrome a ensuite été reconnu autour de la Méditerranée, principalement chez les juifs séfarades et également en Equateur.
Les traits cliniques sont très similaires à ceux de GHD dus aux mutations du gène GH, en particulier les épisodes hypoglycémiques, le microphallus présent une fois sur deux, le RC précoce et sévère, et la dysmorphie crânio-faciale. Celle-ci comporte un front bombé avec nez court et ensellé, des orbites peu profondes, la voix haut perchée, un étage moyen hypoplasique et une diminution de la hauteur de la face. Le RC est important de -5 à -10 DS. L'âge osseux est avancé pour l'âge, ce qui témoigne de l'action directe de GH sur le cartilage. La taille finale oscille entre 105 et 141 cm pour les hommes, 95 et 125 cm pour les femmes. La marche est acquise avec retard en raison de l'hypotonie musculaire. L'enfant est dodu avant de devenir obèse, ce qui témoigne de l'action métabolique de GH sur la masse maigre et grasse. L'ostéopénie est marquée. L'intelligence dépend de la fréquence des épisodes d'hypoglycémie (12). Dans le groupe équatorien, il a été noté une mortalité précoce et un risque cardio-vasculaire accru pour les adultes. La puberté est retardée, mais la fertilité est normale.
Le syndrome biologique est évocateur dans l'insensibilité complète du syndrome de Laron, avec un taux de GH normal ou élevé contrastant avec l'effondrement d'IGF-I, IGF-II, GH PB, IGF-BP3, et la non élévation d'IGF-I et BP3 au test de génération par la GH exogène, qu'il est donc inutile de prescrire, alors que seule l'IGF- I recombinante se montre efficace sur la vitesse de croissance et la maturation des os du massif facial (13).
Le gène humain du GHR appartient à la super famille des récepteurs aux cytokines. Il a été cloné en 1987 et localisé sur le chromosome 5 : il s'étend sur
87 Kb et comporte 9 exons codants de 2 à 10. Les anomalies du GHR consistent en délétion, mutation non sens, faux sens, d'épissage, décalant le cadre de lecture, soit plus de 30 mutations différentes rapportées dans le domaine extra-cellulaire et plus récemment dans les domaines transmembranaire et intracellulaire (14), ce qui témoigne d'une grande hétérogénéité génétique, sans qu'une corrélation phénotype/génotype ait été trouvée entre le type et le site de la mutation et la sévérité du phénotype, qui peut être variable pour une même mutation (15). A l'opposé, le groupe équatorien qui est un isolat avec effet fondateur a une homogénéité génétique. On a retrouvé la même mutation, " E180 splice ", chez un juif oriental, ce qui fait présumer que cette mutation a pu être apportée en Equateur par un colon d'origine séfarade (16).
Comme il existe des formes partielles dans les autres syndromes d'insensibilité hormonale, il est probable que les formes partielles d'insensibilité à GH correspondent à des RC moins sévères avec apparence physique normale et GH BP normale. Rappelons que la GH BP est la protéine circulante qui correspond en partie au domaine extracellulaire du récepteur. C'est ce qui est retrouvé dans 25 % des patients de la cohorte européenne (12). Ces patients se présenteraient comme des petites tailles idiopathiques avec des mutations homozygotes ou hétérozygotes composites ou encore comme des hétérozygotes à effet dominant négatif. Ces faits sont en cours de discussion, car ils sont contradictoires. En effet, les hétérozygotes obligatoires du groupe équatorien ont une taille normale. Un mutant animal spontané existe chez le poulet SL-X.

V - DELETION DU GENE HUMAIN D'IGF-I :
UN MODELE DE RCIU

La confirmation la plus remarquable du rôle d'IGF-I dans la croissance foetale et post-natale a été apportée par l'observation anglaise princeps publiée en 1996 et jusqu'ici unique (17). Le patient né à 37 SA avait un RCIU majeur. Il mesurait en effet 37,8 cm, soit -5,4 DS, pesait 1,4 kg, soit -3,9 DS avec un PC de 22 cm, soit
-4,9 DS. Le défaut de croissance persista pour atteindre -7 DS à 15 ans avec un âge osseux peu retardé, ce qui conforte à nouveau l'idée que la GH agit directement sur la maturation osseuse. Il avait un retard mental modéré, une microcéphalie et une surdité neurogène, ce qui est en faveur du rôle d'IGF-I dans le développement cérébral. La GH était élevée aux taux de base et après stimulation, cependant que l'IGF-I restait indosable. La BP3 étant normale représente l'examen clef qui permet de différencier cette anomalie de celle qui concerne le récepteur de la GH où la BP3 est diminuée. La résistance à la GH exogène a fait utiliser l'IGF-I recombinante avec succès. Il a été démontré une délétion homozygote partielle du gène d'IGF-I qui est ainsi compatible avec la vie. Les parents, cousins au premier degré, avaient une taille à -1,8 DS pour le père et -1,4 DS pour la mère, ce qui pose là encore le problème du retentissement de l'hétérozygotie.
Ainsi, les manifestations des déficits en IGF- I diffèrent de celles de GHD par le RCIU et les anomalies sensorielles et cérébrales. Sur un plan pratique, quand on est confronté à un enfant avec RC et IGF-I bas, on se demandera s'il s'agit d'une anomalie hypothalamique, pituitaire, d'une insensibilité à GH par anomalie du récepteur ou d'une délétion du gène IGF- I. (Tableau III)
Les souris transgéniques avec une délétion homozygote du gène d'IGF- I ont une croissance post-natale diminuée et une réduction de 40 % du poids et de la taille de naissance, sans rattrapage ultérieur.

VI - D'AUTRES GENES ?

Si jusqu'ici on n'a pas trouvé de mutation du gêne IGF-I R, connu depuis 1986, chez des patients avec RC et RCIU, c'est probablement parce que cette situation est léthale, comme l'est l'inactivation de ce gène chez la souris qui nait avec un RCIU, une réduction de 60 % du poids, une hypoplasie musculaire, un défaut de maturation de la face et des os, et meurt précocement. L'inactivation couplée d'IGF- I et de son récepteur est également léthale (18). Il existe ensuite dans la cascade somatotrope tous les gènes post-récepteur impliqués dans la transduction du signal.
Un des derniers gènes impliqués est le SHOX (pour Short stature HOmeo X) situé à l'extrémité des bras courts des chromosomes sexuels dans la région pseudo-autosomale (X p22-3 et X p11-3) dont l'existence était suggérée dans la croissance par la corrélation génotype-phénotype et la taille des patients atteints d'anomalies des gonosomes, c'est-à-dire ayant une ou trois copies de chromosomes sexuels. Ce gène a 6 exons dont les mutations des exons 4 et 5 ont été mis en cause dans 60 % des cas de syndrome de Léri-Weill et dans les petites tailles familiales idiopathiques, mais pour à peine 1 % dans les estimations les plus récentes (19-20).
Il faudrait aussi citer tous les gènes qui permettent une croissance osseuse normale et dont les mutations causent des chondrodysplasies. Il faudrait aussi citer les nombreux syndromes microdélétionnels identifiés par FISH qui s'accompagnent de retard statural, comme le syndrome de Prader-Willi (del 15 q11-3) ou de Williams (del 7 q11-23). Les disomies uniparentales maternelles du chromosome 7 où l'absence de contribution paternelle de ce chromosome entraîne une petite taille, comme dans le syndrome de Russell-Silver. On sait maintenant que si les deux génomes maternel et paternel sont nécessaires au développement normal et ont une constitution génique identique (à part les chromosomes sexuels), ils ne fonctionnent pas de manière équivalente, mais complémentaire. Nombreux en effet sont les gènes soumis à empreinte parentale, donc à expression mono-allèlique (l'un est actif, l'autre silencieux) qui interviennent dans la croissance. L'empreinte génomique révèle la nécessité d'un dosage génique modulé pour éviter l'insuffisance, comme l'excès du développement qui deviendrait tumorigène. On en a un exemple avec la surexpression du gène d'IGF-II liée à la perte d'allèle maternel, du type isodisomie paternelle de la région 11 p15 retrouvée dans certaines tumeurs de Wilms et dans le syndrome de Beckwith-Wiedemann qui comporte une croissance exagérée et un risque élevé de tumeurs embryonnaires. A l'inverse, l'inactivation du gène d'IGF-II qui est situé sur le chromosome 7 de la souris, homologue du chromosome 11 humain, a montré le rôle essentiel d'IGF-II dans la croissance foetale. En effet, le croisement de mâles porteurs de cette délétion provoquée avec des femelles produit des souriceaux hétérozygotes nains (RCIU), tandis que des femelles délétées croisées avec des mâles intacts (sauvages) ont une descendance hétérozygote se développant normalement (21).
Enfin, on ne peut détailler la multitude des RCIU syndromiques et les syndromes dysmorphiques monogéniques avec retard statural (22) qui montrent que le champ de la recherche des gènes de la croissance est illimité.

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