Chez les vertébrés adultes, TRα1 et TRβ1 ont des patrons d’expression très larges [ 10]. Les isoformes TRα, exprimées très tôt au cours du développement, sont retrouvées en grande quantité dans les muscles squelettiques et le tissu adipeux brun. Les isoformes TRβ présentent quant à elles une distribution spatiotemporelle plus restreinte : exprimées généralement plus tardivement au cours du développement, TRβ1 est majoritairement trouvée dans le cerveau, le foie et les reins, et TRβ2 a une distribution tissu-spécifique dans l’hypothalamus, l’hypophyse antérieure, l’oreille interne et la rétine [11, 12]. Ces variations de structure et d’expression tissulaire suggèrent fortement l’existence de différences fonctionnelles pour les différents TR.

Le premier co-activateur cloné a été SRC-1 (steroid receptor coactivator-1), identifié par une approche double-hybride sur la base de son interaction avec le récepteur de la progestérone en présence de ligand [ 13]. Il fut ensuite démontré que SRC-1 est également capable d’inter-agir avec les holo-TR (TR ayant fixé la T₃). SRC-1 joue probablement un rôle important au sein de l’axe hypothalamo-hypophyso-thyroïdien, les souris invalidées présentant une résistance partielle aux HT. Il s’agit d’une protéine ubiquitaire d’environ 160 kDa, qui représente la famille des facteurs p160, dont la plupart possèdent une activité HAT intrinsèque, mais peuvent aussi recruter des HAT ou des méthyltransférases supplémentaires. D’autres coactivateurs de TR ont également été mis en évidence : il s’agit des familles CBP/p300 et p/CAF, et de la famille des protéines TRAP/DRIP, ces dernières assurant notamment la liaison de l’ARN polymérase II [ 14, 15] (Figure 2B).

Quant aux corépresseurs, l’utilisation de systèmes double-hybride utilisant comme appâts le TR ou l’hétérodimère RXR/TR a montré que les protéines N-CoR [ 16] et SMRT (silencing mediator for retinoid and thyroid receptors) [ 17] interagissent avec les apo-TR (TR en l’absence de ligand), notamment sous forme de complexes avec des HDAC, et participent à la répression de la transcription de gènes régulés positivement en présence de T₃ (Figure 2A). Le nombre de corépresseurs et de coactivateurs des récepteurs nucléaires identifiés a considérablement augmenté, contribuant ainsi à la compréhension des mécanismes moléculaires de la régulation de nombreux gènes.

L’introduction, directement dans les hypothalamus de souris nouveau-nées, d’une construction TRH-luciférase (TRH-luc, le promoteur du gène TRH étant cloné en amont du gène rapporteur luciférase) et de vecteurs d’expression d’isoformes des TR complexés avec un polymère cationique, la polyéthylènimine, nous a permis de suivre les réponses transcriptionnelles in vivo : un des points forts de cette approche est de pouvoir modifier le statut thyroïdien des animaux et observer l’impact de ces modifications sur la transcription du gène étudié, mais aussi d’étudier les régulations physiologiques à des stades définis du développement. Les résultats montrent que le transgène TRH-luc est régulé de manière physiologique par la T₃. Alors que la surexpression de TRβ1 ou TRβ2 ne perturbe pas la régulation transcriptionnelle du transgène, la surexpression de TRα1 la bloque : TRα1 semble donc incompatible avec la régulation physiologique du gène TRH, sa surexpression rendant le promoteur TRH moins accessible aux isoformes TRβ [ 23]. L’utilisation d’un agoniste de la T₃ (GC-1) [ 24], qui se lie de manière préférentielle aux isoformes TRβ, nous a permis de confirmer cette hypothèse [ 25]. L’étude de souris n’exprimant ni TRβ1, ni TRβ2 (TRβ^−/− ) [ 26] a permis de mieux caractériser la régulation du gène TRH par la T₃. Alors que le transgène TRH-luc n’est plus réprimé par la T₃ chez ces animaux, le simple fait de surexprimer les isoformes TRβ1 ou TRβ2 permet de rétablir cette régulation dépendante de T₃ : les isoformes TRβ sont donc toutes les deux capables d’assurer cette répression [25].

La contribution de chacune des isoformes α et β de TR a été étudiée en observant l’expression du gène TRH endogène dans les PVN de souris invalidées TRβ^−/− ou TRα ^0/0 (gène du TRα délété) [ 27]. Si la répression du gène TRH dépendante de T₃ est abolie chez les souris TRβ^−/− , une telle répression a pu être caractérisée chez les souris TRα ^0/0 , confirmant le rôle mineur des isoformes TRα dans ce mécanisme. Par ailleurs, une perte de répression est également observée chez les souris ayant seulement perdu l’expression de TRβ2 (TR2β^−/− ) [ 28], ce qui souligne l’importance propre de TRβ1 et de TRβ2. Enfin, les souris TRβ^−/− , délétées des deux isoformes b1 et β2, présentent non seulement une perte de la répression en présence de T₃, mais également une perte de l’activation en son absence [25], ce qui permet d’attribuer à TRβ1, au moins, un rôle d’activateur en l’absence de T₃.

Ces expériences fonctionnelles ont soulevé la question des fondements structuraux de la spécificité de fonction des isoformes TRβ versus TRα. Les différences structurales les plus importantes résidant dans leur extrémité aminoterminale, il était possible que cette région soit responsable de la différence d’effet de TRα1 versus TRβ1/2 dans la répression transcriptionnelle du gène TRH par la T₃. L’utilisation de TR chimériques, correspondant à l’échange de domaines aminoterminaux entre les deux isoformes TRα1 et TRβ1, montre que les chimères TRα1 portant l’extrémité aminoterminale de TRβ1 se comportent comme TRβ1 (de même que les chimères TRβ1 portant l’extrémité aminoterminale de TRα1 se comportent comme TRα1) lorsqu’elles sont exprimées dans l’hypothalamus de souris nouveau-nées [ 29]. Il semble donc que la région aminoterminale confère, à elle seule, la spécificité d’action dans la régulation négative du gène TRH [29]. Cette région serait vraisemblablement impliquée dans des interactions avec des comodulateurs nucléaires.

En ce qui concerne les interactions TR/co-activateurs dans la régulation négative du gène TRH par la T₃, il semble que les effets opposés des isoformes TRα1 et TRβ1 n’impliquent pas de différence dans le recrutement des co-activateurs, au moins en ce qui concerne SRC-1 [29]. Il est ainsi probable que d’autres cofacteurs, encore à identifier, interagissent spécifiquement avec les différents TR, entraînant des effets transcriptionnels opposés. Grâce à la technique du double-hybride chez la levure, il devrait être possible d’isoler et distinguer, à partir de banques d’ARN de PVN d’hypothalamus de souris, les partenaires préférentiels des TRβ et des TRα.

Dans les analyses de transfert de gènes in vivo menées par notre équipe, la séquence promotrice du gène TRH de rat utilisée est localisée entre - 547 à + 83 : au sein de cette région, le site 4 est le seul site fonctionnel conservé chez l’homme, la souris et le rat, signant ainsi une probable importance fonctionnelle. Dans le même type d’expérience, l’utilisation d’un transgène TRH-luc dont le site 4 à été délété a permis de confirmer l’importance de ce site dans la régulation du gène TRH dépendante de T₃, notamment au niveau de son activation en l’absence de ligand [29]. Les expériences de retard sur gel ont quant à elles montré l’importance du site 4 sauvage (versus muté) pour la fixation des TR. Cependant, aucune différence d’interaction de TRα1 ou TRβ1 avec le TREn du promoteur du gène TRH n’a été décelée, que ce soit en présence ou en l’absence de ligand. Au final, si le site 4 dans le promoteur TRH est bien un TREn nécessaire à la régulation du gène TRH dépendante de T₃, les résultats obtenus suggèrent une fois de plus que des facteurs transcriptionnels encore inconnus interagiraient différemment avec les isoformes TRα et TRβ pour assurer leurs effets opposés.

L’analyse du promoteur du gène TRH a révélé l’existence d’un site CRE (élément de réponse à l’AMPc), juxtaposé au site 4, dont on sait qu’il participe à la régulation du promoteur du gène TRH par CREB [ 37]. Cette promixité des deux sites empêcherait la fixation simultanée de CREB et du TR sur leurs éléments de réponse respectifs : l’encombrement stérique créé par la liaison de CREB au site CRE pourrait alors être une composante non négligeable de la régulation du gène TRH par les TR au niveau du site 4. Ce modèle fut notamment proposé pour la régulation du gène TSH par la T₃ in vitro [ 38] : les auteurs suggéraient que le promoteur soit activé par l’AMPc en l’absence de ligand ; en présence de T₃, la fixation par TRβ1 de l’histone désacétylase HDAC2, via son DBD, créerait un encombrement stérique inhibant l’activation assurée par l’AMPc.