HORMONES STÉROÏDES: STRUCTURE, SYNTHÈSE, MÉCANISME D'ACTION - LA BIOLOGIE - 2025

Les hormones stéroïdes sont des substances produites par les glandes endocrines et sont rejetées directement dans le flux circulatoire, ce qui conduit aux tissus où exercent leurs effets physiologiques. Son nom générique vient du fait qu'il a un noyau stéroïdien dans sa structure de base.

Le cholestérol est la substance précurseur à partir de laquelle toutes les hormones stéroïdes sont synthétisées, qui sont regroupées en progestatifs (par exemple progestérone), œstrogènes (estrone), androgènes (testostérone), glucocorticoïdes (cortisol), minéralocorticoïdes (aldostérone) et vitamine D.

Comparaison de la structure d'une hormone stéroïde (cortisol) avec une molécule de même nature chimique (vitamine D3) (Source: L'éditeur original était Palladius sur Wikipedia anglais. Via Wikimedia Commons)

Bien que les différentes hormones stéroïdes présentent entre elles des différences moléculaires qui leur confèrent leurs différentes propriétés fonctionnelles, on peut dire qu'elles ont une structure de base qui leur est commune et qui est représentée par le cyclopentaneperhydrophénanthrène de 17 atomes de carbone.

Structure des stéroïdes

Les stéroïdes sont des composés organiques de nature très diverse qui ont en commun ce que l'on pourrait considérer comme un noyau parent consistant en la fusion de trois cycles de six atomes de carbone (cyclohexanes) et d'un des cinq atomes de carbone (cyclopentane).

Cette structure est également connue sous le nom de «cyclopentaneperhydrophénanthrène». Puisque les anneaux sont liés entre eux, le nombre total d'atomes de carbone qui le composent est de 17; cependant, la plupart des stéroïdes naturels ont des groupes méthyle aux carbones 13 et 10, qui représentent les carbones 18 et 19, respectivement.

Schéma de la structure polycyclique à quatre cycles du cyclopentaneperhydrophénanthrène (Source: NEUROtiker via Wikimedia Commons)

De nombreux composés stéroïdiens naturels ont également un ou plusieurs groupes à fonction alcoolique dans la structure cyclique et sont donc appelés stérols. Parmi eux, le cholestérol, qui a une fonction alcool au carbone 3 et une chaîne hydrocarbonée latérale de 8 atomes de carbone liée au carbone 17; atomes numérotés de 20 à 27.

Structure d'un stéroïde. Image modifiée de MarcoTolo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

En plus de ces 17 atomes de carbone, les hormones stéroïdes peuvent avoir 1, 2 ou 4 de plus de ces atomes dans leur structure, pour lesquels trois types de stéroïdes sont reconnus, à savoir: C21, C19 et C18.

C21

Les C21, comme la progestérone et les corticostéroïdes surrénaliens (glucocorticoïdes et minéralocorticoïdes), sont dérivés du «prégnane». Il a 21 atomes de carbone car au 17 du cycle basique sont ajoutés les deux des groupes méthyle des carbones 13 et 10, et deux carbones de la chaîne latérale attachée à C17 qui à l'origine, dans le cholestérol, était de 8 carbones.

C19

Les C19 correspondent aux hormones sexuelles à activité androgénique et sont dérivés de «androstane» (19 atomes de carbone), qui est la structure qui subsiste lorsque le prégnane perd les deux carbones de la chaîne latérale C17, qui est remplacé par un hydroxyle ou un groupe cétonique.

C18

Les stéroïdes C18 sont des hormones féminines ou œstrogènes qui sont synthétisés principalement dans les gonades féminines et dont la caractéristique marquante, par rapport aux deux autres types de stéroïdes, est l'absence du méthyle présent dans ces derniers attachés au carbone en position 10.

Lors de la synthèse à partir du cholestérol, des modifications enzymatiques se produisent qui modifient le nombre de carbones et favorisent les déshydrogénations et les hydroxylations de carbones spécifiques de la structure.

Synthèse

Les cellules qui produisent des hormones stéroïdes sont situées principalement dans le cortex des glandes surrénales, où sont produits des glucocorticoïdes tels que le cortisol, des minéralocorticoïdes tels que l'aldostérone et des hormones sexuelles mâles telles que la déhydroépiandrostérone et l'androstènedione.

Les gonades sexuelles mâles sont responsables de la production d'androgènes, y compris les hormones déjà mentionnées et la testostérone, tandis que les follicules ovariens qui atteignent la maturation produisent de la progestérone et des œstrogènes.

La synthèse de toutes les hormones stéroïdes commence à partir du cholestérol. Cette molécule peut être synthétisée par des cellules qui produisent des hormones stéroïdes, mais elle est majoritairement obtenue par ces cellules à partir de lipoprotéines de basse densité (LDL) présentes dans le plasma circulant.

Synthèse des hormones surrénales (Source: médecin endocrinien via Wikimedia Commons)

- Synthèse au niveau du cortex surrénalien

Dans le cortex surrénalien, trois couches sont distinguées, connues de l'extérieur en tant que zones glomérulaire, fasciculaire et réticulaire, respectivement.

Dans le glomérulaire, les minéralocorticoïdes (aldostérone) sont principalement synthétisés, dans les glucocorticoïdes fasciculaires tels que la corticostérone et le cortisol, et dans les androgènes réticulaires tels que la déhydroépiandrostérone et l'androstènedione.

Synthèse des glucocorticoïdes

La première étape de la synthèse se produit dans les mitochondries et consiste en l'action d'une enzyme appelée cholestérol desmolase, appartenant à la superfamille du cytochrome P450 et également connue sous le nom de «P450scc» ou «CYP11A1», qui favorise l'élimination de 6 des les atomes de carbone de la chaîne latérale liés à C17.

Sous l'action de la desmolase, le cholestérol (27 atomes de carbone) se transforme en prégnénolone, qui est un composé à 21 atomes de carbone et représente le premier des stéroïdes de type C21.

La prégnénolone se déplace vers le réticulum endoplasmique lisse, où, sous l'action de l'enzyme 3β-hydroxystéroïde déshydrogénase, elle subit une déshydrogénation au niveau de l'hydroxyle du groupe alcool du carbone 3 et devient progestérone.

Par l'action de la 21β-hydroxylase, également appelée «P450C21» ou «CYP21A2», la progestérone est hydroxylée au carbone 21 et se transforme en 11-désoxycorticostérone, qui retourne dans les mitochondries, et à laquelle l'enzyme 11β-hydroxylase (« P450C11 "ou" CYP11B1 ") se transforme en corticostérone.

Une autre ligne de synthèse dans la zone fasciculaire et qui ne se termine pas par la corticostérone, mais par le cortisol, se produit lorsque la prégnénolone ou la progestérone sont hydroxylées en position 17 par la 17α-hydroxylase («P450C17» ou «CYP17») et converties en 17-hydroxypregnolone ou 17-hydroxyprogestérone.

La même enzyme déjà mentionnée, la 3β-hydroxystéroïde déshydrogénase, qui convertit la prégnénolone en progestérone, convertit également la 17-hydroxypregnolone en 17-hydroxyprogestérone.

Cette dernière est portée successivement par les deux dernières enzymes de la voie qui produit la corticostérone (21β-hydroxylase et 11β-hydroxylase) en désoxycortisol et cortisol, respectivement.

Actions glucocorticoïdes

Les principaux glucocorticoïdes produits dans la zone fasciculaire du cortex surrénalien sont la corticostérone et le cortisol. Les deux substances, mais surtout le cortisol, présentent un large spectre d'actions qui affectent le métabolisme, le sang, les réponses de défense et de cicatrisation des plaies, la minéralisation osseuse, le tube digestif, le système circulatoire et les poumons.

Concernant le métabolisme, le cortisol stimule la lipolyse et la libération d'acides gras pouvant être utilisés dans le foie pour la formation de corps cétoniques et de protéines de basse densité (LDL); diminue l'absorption du glucose et la lipogenèse dans le tissu adipeux et l'absorption et l'utilisation du glucose dans le muscle.

Il favorise également le catabolisme des protéines en périphérie: dans le tissu conjonctif, la matrice musculaire et osseuse, libérant ainsi des acides aminés utilisables dans le foie pour la synthèse des protéines plasmatiques et pour la gluconéogenèse. Il stimule en outre l'absorption intestinale du glucose en augmentant la production de transporteurs SGLT1.

Une absorption intestinale accélérée du glucose, une production hépatique accrue et une utilisation réduite de ce glucide dans les tissus musculaires et adipeux favorisent une élévation des taux de glucose plasmatique.

Concernant le sang, le cortisol favorise le processus de coagulation, stimule la formation des granulocytes neutrophiles et inhibe celle des éosinophiles, basophiles, monocytes et lymphocytes T. Il inhibe également la libération de médiateurs inflammatoires tels que les prostaglandines, les interleukines, les lymphokines, l'histamine et la sérotonine.

En général, on peut dire que les glucocorticoïdes interfèrent avec la réponse immunitaire, ils peuvent donc être utilisés en thérapeutique dans les cas où cette réponse est exagérée ou inappropriée, comme dans le cas de maladies auto-immunes ou dans les greffes d'organes pour réduire rejet.

- Synthèse androgénique

La synthèse androgénique au niveau du cortex surrénalien se produit principalement au niveau de la zone réticulaire et à partir de la 17-hydroxypregnolone et de la 17-hydroxyprogestérone.

La même enzyme 17α-hydroxylase, qui produit les deux substances que nous venons de mentionner, a également une activité 17,20 lyase, qui supprime les deux carbones de la chaîne latérale C17 et les remplace par un groupe céto (= O).

Cette dernière action réduit le nombre de carbones de deux et produit des stéroïdes de type C19. Si l'action est sur la 17-hydroxypregnénolone, le résultat est la déhydroépiandrostérone; Si, au contraire, la substance affectée est l'hydroxyprogestérone, le produit sera l'androstènedione.

Les deux composés font partie des soi-disant 17-cétostéroïdes, car ils ont un groupe cétone au carbone 17.

La 3β-hydroxystéroïde déshydrogénase convertit également la déhydroépiandrostérone en androstènedione, mais la plus courante est que la première est convertie en sulfate de déhydroépiandrostérone par une sulfokinase, présente presque exclusivement dans la zone réticulaire.

Synthèse des minéralocorticoïdes (aldostérone)

La zona glomerularis n'a pas l'enzyme 17α-hydroxylase et ne peut pas synthétiser les 17-hydroxystéroïdes précurseurs du cortisol et des hormones sexuelles. Il n'a pas non plus de 11β-hydroxylase, mais il possède une enzyme appelée aldostérone synthétase qui peut produire la corticostérone, la 18-hydroxycorticostérone et l'aldostérone minéralocorticoïde en séquence.

Actions des minéralocorticoïdes

Le minéralocorticoïde le plus important est l'aldostérone synthétisée dans la zone glomérulaire du cortex surrénalien, mais les glucocorticoïdes présentent également une activité minéralocorticoïde.

L'activité minéralocorticoïde de l'aldostérone se développe au niveau de l'épithélium tubulaire du néphron distal, où elle favorise la réabsorption du sodium (Na +) et la sécrétion de potassium (K +), contribuant ainsi à la conservation des niveaux de ces ions dans le fluides corporels.

- Synthèse des stéroïdes sexuels masculins dans les testicules

La synthèse des androgènes testiculaires se produit au niveau des cellules de Leydig. La testostérone est la principale hormone androgène produite dans les testicules. Sa synthèse implique la production initiale d'androstènedione comme décrit précédemment pour la synthèse des androgènes au niveau du cortex surrénalien.

L'androstènedione est convertie en testostérone par l'action de l'enzyme 17β-hydroxystéroïde déshydrogénase, qui remplace le groupe cétone sur le carbone 17 par un groupe hydroxyle (OH).

Dans certains tissus qui servent de cible à la testostérone, elle est réduite par une 5α-réductase en dihydrotestostérone, avec un plus grand pouvoir androgène.

- Synthèse des stéroïdes sexuels féminins dans les ovaires

Cette synthèse se produit de manière cyclique accompagnant les changements qui se produisent pendant le cycle sexuel féminin. La synthèse se produit dans le follicule, qui mûrit au cours de chaque cycle pour libérer un ovule et ensuite produire le corps jaune correspondant.

Les œstrogènes sont synthétisés dans les cellules granulaires du follicule mature. Le follicule mature a des cellules dans sa thèque qui produisent des androgènes tels que l'androstènedione et la testostérone.

Ces hormones se diffusent vers les cellules de la granulosa voisines, qui possèdent l'enzyme aromatase qui les convertit en œstrone (E1) et 17β-estradiol (E2). À partir des deux, l'estriol est synthétisé.

Actions des stéroïdes sexuels

Les androgènes et les œstrogènes ont pour fonction principale le développement des caractères sexuels masculins et féminins respectivement. Les androgènes ont des effets anabolisants en favorisant la synthèse de protéines structurales, tandis que les œstrogènes favorisent le processus d'ossification.

Les œstrogènes et la progestérone libérés au cours du cycle sexuel féminin sont destinés à préparer le corps de la femme à une éventuelle grossesse à la suite de la fécondation de l'ovule mature libéré pendant l'ovulation.

Mécanisme d'action

Si vous avez besoin de vous rafraîchir la mémoire sur le mécanisme d'action des hormones, il est recommandé de regarder la vidéo suivante avant de poursuivre la lecture.

Le mécanisme d'action des hormones stéroïdes est assez similaire dans tous. Dans le cas des composés lipophiles, ils se dissolvent sans difficulté dans la membrane lipidique et pénètrent dans le cytoplasme de leurs cellules cibles, qui possèdent des récepteurs cytoplasmiques spécifiques de l'hormone à laquelle ils doivent répondre.

Une fois le complexe hormone-récepteur formé, il traverse la membrane nucléaire et se lie dans le génome, à la manière d'un facteur de transcription, à un élément de réponse hormonale (HRE) ou gène de réponse primaire, qui à son tour au lieu de cela, il peut réguler d'autres gènes appelés réponse secondaire.

Le résultat final est la promotion de la transcription et la synthèse des ARN messagers qui sont traduits dans les ribosomes du réticulum endoplasmique rugueux qui finissent par synthétiser les protéines induites par l'hormone.

L'aldostérone comme exemple

Molécule d'aldostérone

L'action de l'aldostérone s'exerce principalement au niveau de la partie finale du tube distal et dans les canaux collecteurs, où l'hormone favorise la réabsorption de Na + et la sécrétion de K +.

Dans la membrane luminale des principales cellules tubulaires de cette région, il existe des canaux épithéliaux Na + et des canaux K + de type «ROMK» (Renal Outer Medullary Potassium Channel).

La membrane basolatérale a des pompes Na + / K + ATPase qui aspirent en continu Na + de la cellule dans l'espace interstitiel basolatéral et introduisent K + dans la cellule. Cette activité maintient la concentration intracellulaire de Na + très faible et favorise la création d'un gradient de concentration pour cet ion entre la lumière du tubule et la cellule.

Ce gradient permet à Na + de se déplacer vers la cellule à travers le canal épithélial, et comme Na + passe seul, pour chaque ion qui se déplace, il reste une charge négative non compensée qui fait que la lumière du tubule devient négative par rapport à l'interstitium. Autrement dit, une différence de potentiel transépithéliale est créée avec la lumière négative.

Cette négativité de la lumière favorise la sortie du K + qui se déplace par sa concentration plus élevée dans la cellule et la négativité de la lumière est sécrétée vers la lumière du tubule pour être finalement excrétée. C'est cette activité de réabsorption de Na + et de sécrétion de K + qui est régulée par l'action de l'aldostérone.

L'aldostérone présente dans le sang et libérée de la zone glomérulaire en réponse à l'action de l'angiotensine II, ou à l'hyperkaliémie, pénètre dans les cellules principales et se lie à son récepteur intracytoplasmique.

Ce complexe atteint le noyau et favorise la transcription de gènes dont l'expression finira par augmenter la synthèse et l'activité des pompes Na + / K +, des canaux épithéliaux Na + et ROMK K +, ainsi que d'autres protéines. Réponse qui aura pour effet global la rétention de Na + dans l'organisme et l'augmentation de l'excrétion urinaire de K +.

Références

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