Introduction
Les hormones lutéinisante (LH) et gonadotrophine chorionique humaine (HCG) sont des glycoprotéines essentielles, jouant un rôle crucial dans la reproduction. Elles partagent une sous-unité alpha commune, mais diffèrent au niveau de leur sous-unité bêta, ce qui confère à chacune des fonctions spécifiques. Cet article explore les similarités et les différences structurelles entre l'HCG et la LH, en mettant en lumière leur origine évolutive commune et les mécanismes moléculaires qui sous-tendent leurs particularités.
Similitudes Moléculaires et Origine Évolutive
Les hormones antéhypophysaires LH, FSH et TSH, ainsi que l’hormone HCG, appartiennent à une famille de glycoprotéines. Elles sont formées par l’assemblage de deux chaînes polypeptidiques, désignées chaînes alpha et bêta. Au niveau protéique, les quatre hormones présentent une caractéristique commune : la présence de douze résidus cystéine à des sites identiques. Ces similitudes, observées tant au niveau protéique que nucléique, suggèrent une origine commune pour ces hormones et les gènes qui les codent. L'hypothèse est que ces gènes sont issus d’un même gène ancestral, et qu'ils sont apparus par des duplications géniques suivies de mutations indépendantes.
Tous les vertébrés possèdent le gène de LH bêta. Cependant, le gène de HCG bêta est uniquement présent chez les mammifères placentaires, notamment les primates et les équidés. Cette distribution phylogénétique restreinte offre des indices sur le moment de l'apparition de l'HCG au cours de l'évolution.
Différences Structurelles entre LH Bêta et HCG Bêta
Malgré des similitudes notables, les protéines LH bêta et HCG bêta présentent des différences significatives en termes de longueur. La protéine HCG bêta est constituée de 165 acides aminés, tandis que la protéine LH bêta en compte 141 (méthionine comprise). Cette différence de longueur est due à un mécanisme moléculaire précis. La comparaison des séquences nucléiques des gènes de ces deux hormones révèle une délétion d’un nucléotide en position 402. Cette délétion entraîne un décalage du cadre de lecture lors de la traduction, ce qui a pour conséquence la disparition du codon stop présent dans le gène de LH (codon n° 142).
La duplication du gène ne se limite pas à la séquence codante, mais s'étend également aux régions situées en amont et en aval de celle-ci. Pour illustrer l’allongement de la séquence codante de HCG par rapport à LH, il est utile de considérer une séquence appelée LHADNC. Cette séquence est constituée de la séquence codante de LH, suivie d’une séquence de nucléotides homologue de la fin de celle de HCG, mais non transcrite dans LH.
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La délétion survenue dans le duplicata, en entraînant un décalage du cadre de lecture, a conduit à la disparition du codon stop. Il est important de noter que l’ARNm comporte une région non codante après le codon stop UAA.
Implications Fonctionnelles des Différences Structurelles
Les différences structurelles entre l'HCG et la LH ont des implications fonctionnelles importantes. L'HCG, grâce à sa chaîne bêta plus longue et à sa glycosylation accrue, possède une demi-vie plus longue dans la circulation sanguine que la LH. Cela permet à l'HCG de maintenir la production de progestérone par le corps jaune pendant la grossesse, assurant ainsi le maintien de la gestation. La LH, quant à elle, joue un rôle crucial dans la stimulation de l'ovulation et la production d'hormones sexuelles par les ovaires et les testicules.
Évolution Convergente de l'HCG
La LH bêta est présente chez tous les vertébrés, tandis que l'HCG bêta n'est présente que chez quelques ordres de mammifères placentaires, notamment les primates et les équidés. On peut donc dater approximativement la duplication à l’origine des gènes de ces deux hormones. Elle est postérieure à l’apparition des mammifères placentaires. Les équidés n’étant pas les mammifères les plus étroitement apparentés aux primates, on peut supposer que l’apparition de HCG résulte d’une évolution convergente dans les lignées des primates et des équidés.
Relations Phylogénétiques avec d'Autres Hormones
Les taux d’identité entre les gènes FSH bêta, TSH bêta et LH bêta/HCG bêta sont suffisants pour affirmer que ces gènes sont homologues, et que ces protéines sont homologues. Cependant, les différences ne sont pas assez importantes pour pouvoir réaliser une phylogénie pertinente. Les gènes des hormones FSH et TSH n’étant pas sur le même chromosome que les gènes LH et HCG, il faut également faire intervenir un phénomène de transposition (ou translocation) de gènes lors de chacune des deux duplications les plus anciennes.
Familles Multigéniques et Évolution des Fonctions Hormonales
Les hormones GH (hormone de croissance produite par l’antéhypophyse), HPRL (hormone prolactine, produite par l’antéhypophyse) et HLP (hormone lactogène placentaire produite par le placenta) ont des actions différentes mais apparentées. Les mutations qui sont apparues ont amené à des fonctionnalités nouvelles pour les protéines codées, puisque toutes ces hormones ont des rôles différents. La comparaison des séquences protéiques et nucléiques au sein de chacun des groupes proposés (famille des gènes LH, FSH, TSH, HCG et famille des gènes GH, HPRL et HLP) permet de mettre en évidence des similitudes moléculaires et de dégager la notion de familles multigéniques. La prise en compte du taux d’identités permet de préciser les relations de parenté au sein de chacune de ces familles.
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Importance des Sites Identiques dans la Structure Protéique
L’alignement multiple des séquences protéiques des hormones LH, FSH, HCG et TSH permet de repérer l’existence de sites identiques remarquables, en particulier les cystéines. Ces résidus, en permettant la formation de ponts disulfures, jouent un rôle essentiel dans la stabilisation de la structure tridimensionnelle de la protéine, et donc dans ses propriétés.
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