Les urotensines et l’adaptation à l’environnement chez les poissons Jean-Claude Le Mével Laboratoire de Neurophysiologie, U650, IFR 148 ScInBioS Brest, France. Collège de France - 08/04/10 - Séminaire ‘Sortir de l’eau ou le passage de la vie aquatique à la vie terrestre’

La migration du saumon atlantique 1000 mOsmkg-1 0.1 mOsmkg-1 ~ 300 mOsmkg-1 H2O

PLAN Introduction Bilan hydro-minéral chez les poissons euryhalins Contrôles neuroendocriniens de l’osmorégulation Cortisol Angiotensine II Urotensine II Conclusion

EAU DOUCE (<0.1 mOsmkg-1) Na+, Cl- Na+, Cl- IONS Na+, Cl- Plasma : < 300 mOsmkg-1 H2O Rein EAU intestin branchies Excrétion H2O, rétention ions

Rétention H2O, excrétion ions EAU de MER (1000 mOsmkg-1) Mg++ Ca++ SO4-- Na+, Cl- Na+, Cl- IONS Na+, Cl- Plasma : 300-400 mOsmkg-1 H2O Bilan hydro-minéral en ED et en EM. EAU X 3-10 Rétention H2O, excrétion ions

Transfert ED  EM : angiotensine II et dipsie ANG II X 3-10 AP Barrière hémato-encéphalique ? NTS CGV Muscles de l’œsophage Sphincter supérieur Cerveau antérieur Cerveau postérieur ANG II

(c. riche en mitochondries) (Eckert et al., Physiologie animale, DeBoeck Université)

c. riche en mitochondries Sang Eau douce m. basale m. apicale m. baso-latérale c. riche en mitochondries c. pavimenteuse Sang H+ ATP Eau douce 0.25 mM 130 mM PROLACTINE cortisol 125 mM 0.23 mM

c. riche en mitochondries EAU de MER m. basale m. apicale m. baso-latérale Eau de mer Sang c. riche en mitochondries 510 mM 440 mM 180 mM 200 mM GH IGF-I CORTISOL ANP ANG II Urotensines I, II

Osmolalité plasmatique, ACTH et cortisol plasmatiques activité Na+- K+- ATPasique ED  EM ED - ED ED - EM 33% (Craig et al, Am..J. Physiol., 2005) U-I, U-II ? Dans cette autre expérience, le transfert ED EM accroît aussi la concentration plasmatique de l’ACTH et du cortisol comme nous l’avons vu précédemment ( ne choisir qu’une seule diapo). Finalement après transfert, on remarque un pic de l’osmolalité plasmatique, du cortisol et de l’ACTH, 72 h après transfert ED EM. L’activité Na+-K+-APTASE augmente plus tardivement (action génomique du cortisol ?). (Craig, P. M. et al., Endocrinology, 2005)

Le système neurosécréteur caudal et les urotensines

Le système neurosécréteur caudal des poissons téléostéens Urotensine I Urotensine II CRF AVT Ach ……. (Lihrmann et al., Handb. Biol. Active Peptides, Ed. Abba J. Kastin, 2006)

mulet, Catostomus commersoni UI Howard Bern Karl Lederis mulet, Catostomus commersoni UI Howard Bern Le carrelet est avant tout une espèce euryhaline qui entre dans les estuaires et nage en eau douce l’ été. UII gobie, Gillichtys mirabilis

Co-localisation de l’U-I, U-II et du CRF au niveau des cellules de Dahlgren En utilisant des anticorps dirigés contre l’UII, l’UI ou la CRH, on peut démontrer que les c. de Dahlgren peuvent synthétiser l’un de ces peptides, co-localiser l’UI et la CRH ou parfois co-localiser l’ensemble des trois peptides UII, UI et CRH. Au niveau des extrémités terminales des axones des c. de Dahlgren au niveau de l’urophyse, la co_localisation de ces trois peptides peut aussi être observée dans les granules de neurosécrétion. Cela suggère une libération conjointe de ces peptides. Chez le carrelet, un seul gène est présent mais avec différents transcrits (ARNm car multiple sites de polyadénylation). Par contre chez d’autres espèces de poisson (carpe et mullet), de multiple gènes sont détectés mais avec 1 seul transcrit par gène. Southern Blot analyse l’ADN Nouthern blot analyse l’ARN. éer l’un dexprimlese Chaqune des cellules de Dahlgren pLes cellules de Dahlgren présentent une immunoréactivité qui peut être dirigée contre l’un des peptides contre I’UI, l’UI ou la CRH. 90%d’entre elles cosCertaines d’entre elles peuvent également co-localiser l’Idirigée à la fois contre l’UII, l’UIU4UUIn the CNSS, the partial co-regulation of CRF-related peptide expression maybe explained by the high degree of CRF and UI co-localization. In the flounder, more than 90% of the Dahlgren cells are immunoreactive for both CRF and UI, and in some axon terminals of the urophysis these peptides are co-localized to the same neurosecretory granules (Lu et al. 2004, McCrohan et al. 2007). Similarly, in situ hybridization revealed an overlapping pattern of CRF and UI expression throughout the CNSS of rainbow trout (Craig et al. 2005). In the POA, while co-expression of CRF and UI has not been ascertained, the expression pattern of these peptides appears to overlap in the parvocellular nucleus of the zebrafish POA (Alderman & Bernier 2007). Overall, as previously suggested (Alderman & Bernier 2007, McCrohan et al. 2007), our results indicate that CRF and UI in the POA and the CNSS may have shared roles and exhibit partial functional redundancy Copyright ©2006 The Endocrine Society (Lu, W et al., Endocrinology, 2005)

L’urotensine II Truite Grenouille Homme Evolution Récepteur : GPR14 Cerveau Moelle épinière L’urotensine II Urophyse (Douglas et Ohlstein, Trends Cardiovasc Med, 2000) Récepteur : GPR14 Récepteur UT Récepteur : GPR14 Récepteur UT Cellule de Dahlgren Urophyse Urotensine II Evolution Truite Grenouille Homme

Homologie de séquence du récepteur de l’urotensine II chez les vertébrés Le récepteur de l’urotensine II. UT receptor Forte homologie avec les séquences de poisson téléostéens. 83 % Faible avec celle de mammifères. 51 % avec homme.

Actions osmorégulatrices de l’urotensine II chez le carrelet

Transfert ED  EM * * * ED - ED Après acclimatation (2 semaines) En dépit de ces variations équivoques du taux plasmatique de l’UII après transfert, les variations de l’expression du récepteur de l’UII sont plus explicites. Les animaux adaptés à ED l’expression du récepteur de l’UII est réduite au niveau du rein par rapport aux animaux maintenus en EM. Après transfert aigüe EM ED, l’expression du récepteur diminue par rapport aux animaux SW SW. Après transfert inverse, ED EM, l’expression inverse est notée, le RNAm de l’UT est augmenté 24H après ce transfert. Au niveau des branchies, un pattern similaire est noté. L’expression de l’UT est plus faible chez les animaux adaptés en ED. Après transfert EM ED l’expression du récepteur de l’UII est réduite. Finalement, le transfert EM ED réduit l’expression du récepteur de l’UII au niveau des branchies et du rein et réduit le taux circulant de l’UII. Cela montre que les tissus répondent moins à l’UII en ED. Par contre, la sensibilité des tissus est augmentée après transfert inverse ED EM et le taux plasmatique de l ’ UII tend à augmenter. Cela peut signifier que le système UII ergique est plus important pour assurer l’adaptation en EM cad pour combattre la déshydratation et la surcharge en sel que l’hémodilution et la perte de sel en ED. Il est d’ailleurs bien démontré que l’UII chez les poissons peut permettre de conserver l’eau et de favoriser l’absorption active du Na+ et du Cl- au niveau de l’intestin. L’UII inhibe aussi le transport au niveau des épithélia comme la membrane, operculaire. Le transport de l’eau et des ions au travers des branchies et du rein est très sensible au changement de la pression de perfusion de ces tissus et au débit sanguin. La démonstration immunocytochimique de la présence du récepteur UT au niveau des parois vasculaires des vaisseaux des branchies et du rein a été faite. Les effets vasoactifs de l’UII au niveau de ces tissus altère profondément les échanges d’eau et de sel. Voici d’ailleurs une illustration des effets cardiovasculaires de l’UII (et de l’UI). Ces effets peuvent s’exercer par voie centrale et périphérique. Les modifications de la sensibilité des tissus à l’action de l’UII par changements de l’expression de UT est un mécanisme important d’adaptation des poissons euryhalins qui migrent entre différentes salinité et pourrait être un mécanisme qui a été conservé chez les mammifères. ED - ED Après acclimatation (2 semaines) ED - EM (modifié d’après Lu, W. et al., Endocrinology, 2006)

Transfert ED  EM * ARNm U-II urophyse U-II urophyse Après acclimatation

Transfert EM  ED * * * EM - EM EM - ED Après acclimatation le transfert EM ED réduit le taux circulant de l’UII et il également réduit l’expression du récepteur de l’UII au niveau des branchies et du rein et. Cela montre que les tissus répondent moins à l’UII en ED. EM - EM EM - ED Après acclimatation

Effets osmorégulateurs de l’U-II U-II favorise la libération de cortisol indépendamment de l’axe HPI. U-II accroît l’absorption intestinale d’eau en EM. U-II inhibe la libération de prolactine.

Effets cardiovasculaires de l’urotensine II

Injection IA d’U-II 50 pmoles Pré-injection Post-injection ECG (µv) ECG (µv) PDA(kPa) PDA(kPa)

(Le Mével et al., Am. J. Physiol, 1996) Injections IA d’U-II * ** * ** * * * ** * * * * * P < 0.05 vs 0 pmol (Le Mével et al., Am. J. Physiol, 1996)

Effets cardiovasculaires et osmorégulateurs de l’U-II Effets périphériques vasoconstricteurs Modifications de la perfusion des organes osmorégulateurs. Altérations du mouvement de l’eau et des ions au niveau des branchies et du rein.

Conclusion

rétention Na+ (Aldostérone) rétention H2O (ADH) U II ?? HOMME ANGII AVT U II ?? HOMME ANGII excrétion H2O rétention H2O excrétion Na+ rétention Na+ On voit que l’eau et les ions sont régulés en sens inverse selon que le poisson migre de l’eau douce à l’eau de mer ou vice versa. Finalement, on voit que les poissons euryhalins qui migrent de l’eau douce à l’eau de mer doivent boire beaucoup pour compenser les pertes hydriques par exosmose. Ce comportement est retrouvé chez les vertébrés terrestres qui doivent lutter contre la déshydratation. Cependant, chez les vertébrés terrestres le mouvement de l’eau et des ions va dans le même sens. Ces animaux retiennent l’eau et le NaCl. Eau douce POISSONS Eau de Mer

Remerciements Professeur Hubert Vaudry, IFRMP23, Université de Rouen. Professeur John Michael Conlon, University of Al-Ain, EAU. Docteurs Frédéric Lancien et Nagi Mimassi

De l’eau douce à l’eau de mer et l’inverse Jean-Claude Le Mével Laboratoire de Neurophysiologie, U650, IFR 148 ScInBioS Brest, France. Collège de France - 8/04/10 - Séminaire ‘Sortir de l’eau ou le passage de la vie aquatique à la vie terrestre’