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Dépôt Institutionnel de l’Université libre de Bruxelles / Université libre de Bruxelles Institutional Repository
Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:
Galand, P. (1987). Action des oestrogènes sur le tractus génital femelle (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.
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A S
U N I V E R S I T E L I B R E DE BRUXELLES
F a c u l t é d e s S c i e n c e s
ACTION DES OESTROGENES SUR LE TRACTUS GENITAL FEMELLE
T h è s e d ' a g r é g a t i o n
d e l ' e n s e i g n e m e n t s u p é r i e u r P a u l G a l a n d
I n s t i t u t d e R e c h e r c h e I n t e r d i s c i p l i n a i r e ( I R I I Î I I N )
( D i r e c t e u r :
l ' r o f e s s e u r 3.L. DUMONT)
E a c u l t é d e s S c i e n c e s
ACTION DES OESTROGENES SUR LE TRACTUS GENITAL FEMELLE
T h è s e d ' a g r é g a t i o n
d e l ' e n s e i g n e m e n t s u p é r i e u r
P a u l G a l a n d
I n s t i t u t d e R e c h e r c h e I n t e r d i s c i p l i n a i r e
( I R I I 3 H N )
( D i r e c t e u r :
P r o f e s s e u r J . E . DUMONT)
q u i l e p r e m i e r m ' e n s e i g n a l a v a l e u r d e l ' e x p é r i m e n t a t i o n e t du l i b r e e x a m e n . . . e t l a d i f f é r e n c e q u ' i l y a e n t r e u n " a n i m a l i n s t r u i t " e t 1 ' " h o n n ê t e h o m m e " d e s p h i l o s o p h e s
à J u l i e e t C a r o l e , p o u r l e s
" w e e k - e n d s " g â c h é s e t l e s h i s t o i r e s d u s o i r p a s r a c o n t é e s à c a u s e d e c e l l e - c i
e t à N i c o l e , e l l e s a i t
p o u r q u o i , . . . e t a u s s i p o u r s a p a t i e n c e u n e
f o i s d e p l u s m i s e à r u d e é p r e u v e , e t p o u r l e
t e m p s " p r o t é g é " s a n s l e q u e l c e c i n ' a u r a i t p u
ê t r e r é a l i s é .
P a r m i l e s c h o s e s a g r é a b l e s q u i a c c o m p a g n e n t l a p r é s e n t a t i o n d ' u n m é m o i r e , s e t r o u v e l ' o c c a s i o n q u i e s t a i n s i o f f e r t e d ' e x p r i m e r à c e u x q u i y o n t d r o i t l a r e c o n n a i s s a n c e q u e l ' o n a p o u r e u x .
A p l u s i e u r s t i t r e s , j e d o i s a u P r o f e s s e u r J a c q u e s D U M O N T , D i r e c t e u r d u L a b o r a t o i r e d e R e c h e r c h e s I n t e r d i s c i p l i n a i r e s
( I R I B H N ) , u n e p r o f o n d e g r a t i t u d e .
C e r t e s , j e l u i s u i s r e c o n n a i s s a n t d ' a b o r d d e m ' a v o i r " a c c u e i l l i d a n s s o n l a b o r a t o i r e " , m a i s c e t t e f o r m u l e c r e u s e , d o n t j e s a i s c o m b i e n ( t r o p ) s o u v e n t i l a e u à l a l i r e , n e r e n d q u e
m é d i o c r e m e n t c o m p t e d e l a r é a l i t é q u ' e l l e r e c o u v r e .
C o m m e à t a n t d ' a u t r e s , a v a n t e t a p r è s m o i , l e P r o f e s s e u r DUMONT m ' a , a u d é p a r t , o r i e n t é d a n s u n e v o i e e n f r i c h e d o n t s e u l , à l ' é p o q u e , i l e n t r e v o y a i t l e s p o s s i b i l i t é s d ' a v e n i r .
C ' e s t l u i q u i , d è s 1 9 6 4 , m ' a s u g g é r é c o m m e v o i e i n t é r e s s a n t e l a r e c h e r c h e d e l ' a p p l i c a t i o n à d e s t i s s u s h u m a i n s i n v i t r o , d e s n a i s s a n t e s t e c h n i q u e s d e l a " c i n é t i q u e c e l l u l a i r e " . -
E t c ' e s t l u i a u s s i q u i , e n s u i t e , m ' a e n c o u r a g é à m e n e r , p a r a l l è l e m e n t à c e t t e v o i e , d ' a u t r e s r e c h e r c h e s p l u s f o n d a m e n t a l e s , f o n d é e s i n i t i a l e m e n t s u r l e r e c o u r s a u x m ê m e s mé t h o d o l o g i e s .
La p r o f o n d e s a g e s s e d ' u n e t e l l e d é m a r c h e r é s u l t e d u f a i t q u e l e s d e u x c h a m p s d ' a c t i v i t é s e f e r t i l i s e n t m u t u e l l e m e n t . D a n s c e s t e m p s o ù l ' a c c e n t e s t s o u v e n t m i s e x c l u s i v e m e n t s u r l ' a p p l i c a t i o n , c e l a m é r i t e r a i t d ' ê t r e m é d i t é .
D ' a u t r e p a r t , l a f o r m u l e " a c c u e i l l i d a n s s o n l a b o r a t o i r e " d i t m a l c e d o n t , c o m m e c h a c u n d e s c h e r c h e u r s d e l ' I R I B H N , j e s u i s
r e d e v a b l e : l ' e n v i r o n n e m e n t r é e l l e m e n t i n t e r d i s c i p l i n a i r e , l e c l i m a t d e c o n t i n u e l l e i n f o r m a t i o n e t f o r m a t i o n , l ' i n t e r a c t i o n p r e m a n e n t e , l e c o n s e n s u s s u r l a n é c e s s i t é d e l a p o u r s u i t e d ' u n e
r e c h e r c h e o r i g i n a l e d e q u a l i t é , s o n t a u t a n t d e f a c t e u r s f a v o r a b l e s q u e l e P r o f e s s e u r DUMONT a s u i n s t a u r e r s a n s a u t r e a c t e d ' a u t o r i t é q u e c e l u i q u e c o n s t i t u e s o n p r o p r e e x e m p l e , e t s a n s a u t r e p r e s s i o n q u e l a c r a i n t e d e l e d é c e v o i r .
C ' e s t p o u r t o u t c e l a , e t a u s s i p o u r l e s c o n s e i l s a v i s é s , d e s
c r i t i q u e s p e r t i n e n t e s e t a m i c a l e s , t o u j o u r s c o n s t r u c t i v e s e t t o u j o u r s f o n d é e s s u r l e s f a i t s e t s u r u n e c o n n a i s s a n c e
e n c y c l o p é d i q u e d e l a l i t t é r a t u r e , e t a u s s i p o u r ê t r e r e s t é ,
m a l g r é l ' é n o r m i t é d e s e s t â c h e s , c e C h e f d e s e r v i c e q u i t r a v a i l l e
e n l a i s s a n t p o r t e o u v e r t e , a u p r o p r e c o m m e a u f i g u r é , q u e j e
v o u d r a i s l e r e m e r c i e r i c i e n l u i f a i s a n t l ' h o m m a g e d u p r é s e n t
t r a v a i l .
o n t é t é e t r e s t e n t a s s o c i é s à l a r é a l i s a t i o n d e s r e c h e r c h e s d o n t t r a i t e l e p r é s e n t t r a v a i l .
L e u r n o m a p p a r a î t d é j à p a r m i l e s a u t e u r s d e s t r a v a u x q u i s o n t r e p r i s d a n s c e m é m o i r e , m a i s c e t t e s i m p l e r é f é r e n c e n e m ' e m p ê c h e p a s d e c i t e r :
F e r n a n d LEROY q u i , a p r è s m ' a v o i r a p p r i s , ( a v e c F r e d d y R O D E S C H , l ' i n s t i g a t e u r d e n o t r e s i f r u c t u e u s e c o l l a b o r a t i o n ) à d i s t i n g u e r l ' u t é r u s d e l ' i n t e s t i n , m ' i n i t i a a u x a r c a n e s d e s a p h y s i o l o g i e . S a c o n t r i b u t i o n i n i t i a l e p u i s n o s c o l l a b o r a t i o n s é p i s o d i q u e m e n t r é p é t é e s , o n t j o u é u n r ô l e d a n s l ' é l a b o r a t i o n d e c e r t a i n s
c o n c e p t s d é f e n d u s i c i , a u s s i i m p o r t a n t q u e s a c o n t r i b u t i o n à l ' a c c u m u l a t i o n d e s f a i t s s u r l e s q u e l s i l s s ' é t a y e n t .
L e s n o m b r e u s e s d i s c u s s i o n s q u e n o u s a v o n s e u e s s u r c e t h è m e e t s u r d ' a u t r e s , t a n d i s q u e n o u s é t i o n s c h a c u n l ' o e i l r i v é à n o t r e m i c r o s c o p e , o n t e n p l u s i e u r s p o i n t s i n f l u e n c é m o n i t i n é r a i r e .
A n d r e s T C H E R N I T C H I N , d o n t l e s p a s s a g e s p r o l o n g é s d a n s l e l a b o r a t o i r e o n t c o n s t i u é u n a p p o r t e t un s t i m u l u s i m p o r t a n t s e n o u v r a n t d e s p e r s p e c t i v e s o r i g i n a l e s .
V i v i a n e d e M A E R T E L A E R , q u i e u t u n r ô l e e s s e n t i e l d a n s l a c l a r i f i c a t i o n d e m e s i d é e s s u r l a c i n é t i q u e c e l l u l a i r e e t d e q u i l e s a v i s e t l e s c r i t i q u e s a m i c a l e s r e s t e n t e n c o r e p o u r m o i u n e p r é c i e u s e s a u v e g a r d e .
N i c o l e M A I R E S S E , q u i p a r t i c i p e à l ' a v e n t u r e d e p u i s p r e s q u e s e s d é b u t s ( à l ' é p o q u e du U - R N A , d o n t l ' a c t i o n m i m é t i q u e d e c e l l e d e l ' o e s t r a d i o l r e s t e e n c o r e u n e é n i g m e ) e t q u i e s t m a î t r e d ' o e u v r e a c t u e l l e m e n t d e s t r a v a u x s u r l ' I P q u e j e n ' a i i c i q u ' e f f l e u r é s .
J e a n - B a p t i s e R O G N O N I e t K a t h y A L E X A N D R E , q u i o n t a p p o r t é à l ' e n s e m b l e l e u r p i e r r e , t r a v a i l l é e e t p o l i e a v e c s o i n .
J a c q u e l i n e V A N S A N D E q u i n o u s m i t s u r l ' o r b i t e d e s n u c l é o t i d e s c y c l i q u e s e t n o u s f i t , à n o s d é b u t s , b é n é f i c i e r d e s o n
e x p é r i e n c e , d é j à g r a n d e , d e c e d o m a i n e .
M e r c i a u s s i à c e u x q u i o n t a p p o r t é l e u r a i d e t e c h n i q u e e t l e u r e n t h o u s i a s m e :
D e a n C H R E T I E N ( q u i , l a s s é d e l ' i n c e r t i t u d e d e s c o n t r a t s , s ' e s t
r e c y c l é d a n s l e s p l a s t i q u e s ) .
c o n t r a t s à t e m p s e t p r o u v a n t q u e l ' h i s t o l o g i e m è n e à t o u t à c o n d i t i o n d ' e n s o r t i r , r è g n e m a i n t e n a n t s u r l e d e s t i n f a m e u x d u
" S t e k k e r l a p a t t e " . )
J e v o u d r a i s f a i r e u n e m e n t i o n s p é c i a l e à d e u x p e r s o n n e s .
C h a n t a i D E G R A E F d ' a b o r d , q u i , c o n t r e v e n t s e t m a r é e s e t m a l g r é l ' a v e n i r i n c e r t a i n , a s s u r e d e p u i s l o n g t e m p s , s a n s q u ' o n l u i a i t e n c o r e t r o u v é d e l i m i t e d e c h a r g e , t o u t l e t r a v a i l d ' h i s t o l o g i e e t d ' h i s t o - r a d i o g r a p h i e d e c e s r e c h e r c h e s e t d e b i e n d ' a u t r e s e n c o r e .
J a c q u e s R O O R I J C K e n s u i t e , l e d e u x i è m e " p i l i e r " d e l ' U n i t é d e B i o l o g i e , p o u r s a p a r t i m p o r t a n t e e t s a p r é c i s i o n d a n s l a r é a l i s a t i o n d e s e x p é r i e n c e s . P o u r s a v i g i l a n c e a u s s i , à d é t e c t e r , d a n s s e s r é s u l t a t s e t d a n s c e u x d e l a l i t t é r a t u r e , l e
" c e q u i n e v a p a s " d ' o ù p e u t s o r t i r l a l u m i è r e .
J e v o u d r a i s e x p r i m e r i c i a u s s i ma g r a t i t u d e e t m o n a m i t i é à M i c h e l HEENEN e t à H a r r y B L E I B E R G .
B i e n q u e n o t r e c o l l a b o r a t i o n p o r t e s u r d ' a u t r e s d o m a i n e s q u e c e u x q u i s o n t c o u v e r t s p a r l e p r é s e n t m é m o i r e , e l l e a e x e r c é s u r s o n é v o l u t i o n u n e i n f l u e n c e q u i , b i e n q u ' i n d i r e c t e , n ' e n r e s t e p a s m o i n s c a p i t a i e .
L e s n o m b r e u s e s d i s c u s s i o n s a v e c M i c h e l H E E N E N o n t a s s u r é m e n t c o n t r i b u é , e n d e s p o i n t s q u e j e c o n n a i s e t d a n s d ' a u t r e s p l u s n o m b r e u x s û r e m e n t q u e j e n e d i s t i n g u e p a s , à m o d e l e r m e s i d é e s e t c o n c e p t i o n s s u r l a c i n é t i q u e c e l l u l a i r e e t s u r d ' a u t r e s d o m a i n e s .
M e r c i e n f i n à t o u s l e s m e m b r e s d e l ' I R I B H N q u i
g é n é r e u s e m e n t o f f e r t l e u r s r e m a r q u e s e t s u g g e s t i o n s a m i c a l e s , n o t a m m e n t l o r s d e s " s a c r o - s a i n t s " s é m i n a i r e s d u j e u d i .
La r é a l i s a t i o n f i n a l e d e i m p a r t i s n ' a u r a i t p a s s o u r i a n t e d e J a c q u e c h a l e u r e u s e m e n t .
c e m é m o i r e d a n s l e s é t é p o s s i b l e s a n s s RU M M E N S , q u e
t e m p s q u e j e m ' é t a i s l ' a i d e d é v o u é e e t j e r e m e r c i e t r è s
L e t r a v a i l a u t r a i t e m e n t d e t e x t e , f a i t à u n e v i t e s s e r e c o r d e t
d ' u n e m a n i è r e p a r f a i t e ( a u x e r r e u r s q u i me s o n t i m p u t a b l e s p r è s )
e s t l ' o e u v r e d e P a t r i c i a GOFFAUX q u e j e r e m e r c i e d e t o u t c o e u r
p o u r s a p a t i e n c e , s o n e f f i c a c i t é e t s o n e n t h o u s i a s m e .
c a s p a s m a l i c e .
C e t r a v a i l a b é n é f i c i é d e l ' a p p u i d u F o n d s N a t i o n a l d e l a R e c h e r c h e S c i e n t i f i q u e , d e m u l t i p l e s f a ç o n s : C r é d i t s d e R e c h e r c h e F N R S , FRSM ; s u b s i d e s p o u r s é j o u r à l ' é t r a n g e r e t c o n g r è s ; a c c u e i l d e c h e r c h e u r s " v i s i t e u r s " ( P r o f e s s e u r T C H E R N I T C H I N ; P r o f e s s e u r G E R S C H E N S O N ) ; e t m a n d a t s s u c c e s s i f s j u s q u ' à c e l u i , a c t u e l , d e M a î t r e d e R e c h e r c h e s .
C e s t r a v a u x o n t r e ç u l ' a p p u i F o n d a t i o n R . 4 3. HOGUET e t d e l a I l s o n t é t é p o u r s u i v i s à l ' I R I B H N E u r a t o m - ULB p u i s d a n s c e l u i d e s d e l a P o l i t i q u e S c i e n t i f i q u e .
é g a l e m e n t d e l a C G E R , d e l a L o t e r i e N a t i o n a l e .
d a n s l e c a d r e d e l ' A s s o c i a t i o n Ac t i e n s C o n c e r t é e s d u M i n i s t è r e
* * * * « « «
» » » * » » » » » » *
C H A P I T R E I
E F F E T DES OESTROGENES SUR LES PARAMETRES DE LA C I N E T I Q U E CELLULAIRE DANS LE TRACTUS G E N I T A L DE LA S O U R I S
CHAPITRE I - 1 CHAPITRE I - 2
INTRODUCTION
DONNEES EXPERIMENTALES
RESUMES D E I - 2 à I - 8 1 8 - 2 1
1 - 2
I - 3
I - 4
1 - 5 / 6
E v a l u a t i o n r a d i o a u t o g r a p h i q u e d u p o o l
p r o l i f é r a n t h o r m o n o s e n s i b l e d a n s l e c o m p a r t i m e n t g e r m i n a t i f d e l ' u t é r u s e t du v a g i n c h e z l a
s o u r i s o v a r i e c t o m i s é e ( E x p . C e l l R e s . 1 9 6 7 ) 2 2 -
A l t é r a t i o n d e l a d u r é e d e l a p h a s e S e t
du c y c l e d a n s l e s t i s s u s n o n - c i b l e d e s o u r i s c a s t r é e s d e p u i s v i n g t j o u r s , s o u s l ' e f f e t d e d o s e s é l e v é e s d ' o e s t r a d i o l
( N a t u r e 1 9 6 7 ) 3 2
3 1
- 3 5 E f f e t d ' u n e d o s e u n i q u e d ' o e s t r a d i o l s u r
l a p r o l i f é r a t i o n c e l l u l a i r e e t l e s p r o p r i é t é s h i s t o l o g i q u e s d e l ' u t é r u s e t d u v a g i n d e
s o u r i s
{3. E n d o c r . 1 9 7 1 ) 3 6 4 5
E v a l u a t i o n a u t o r a d i o g r a p h i q u e d e s e f f e t s d e s o e s t r o g è n e s s u r l a c i n é t i q u e c e l l u l a i r e d a n s l e s t i s s u s - c i b l e
( B a s i c A c t i o n S e x S t e r o i d s 1 9 7 1 ) 4 6 - 5 7
I - 7
1 - 8
E t a p e s p r é c o c e s d e l a c o r n i f i c a t i o n
v a g i n a l e c h e z l e s s o u r i s o v e r i e c t o m i s é e s é t u d e c i n é t i q u e p a r l a t h y m i d i n e t r i t i é e
( A n a t o m i c a l R e c o r d 1 7 6 - 1 9 7 3 ) 5 8 - 6 3 D é p e n d a n c e v i s - à - v i s d e l ' â g e , ( c . à . d .
d u t e m p s d e p u i s l a m i t o s e d e l a c e l l u l e - m è r e ) d e l a s e n s i b i l i t é d e s c e l l u l e s d e l a c o u c h e b a s a l e d e l ' é p i t h é l i u m v a g i n a l à l ' a c t i o n d i f f é r e n c i a t r i c e d e s o e s t r o g è n e s
( A m . 3 o u r n a l o f A n a t o m y 1 9 7 5 ) 6 4 - 7 0
s o n a b l a t i o n e x p é r i m e n t a l e c h e z l e r a t
C e l l T i s s u e K i n e t i c s 1 9 8 1 ) 7 1 - 7 9
CHAPITRE 1 - 3
D I S C U S S I O N - CONCLUSIONS 8 0 - 9 1
C H A P I T R E l i
A C T I O N S UTEROTROPHIQUES PRECOCES ( P H A S E I ) ET T A R D I V E S ( P H A S E I I ) DES OESTROGENES SUR L ' U T E R U S DE R A T .
RAPPORTS ENTRE CES DEUX P H A S E S .
CHAPITRE I I - 1 INTRODUCTION 9 2 - 9 4 CHAPITRE I I - 2 DONNEES EXPERIMENTALES
PREMIERE P A R T I E RESUME I I - 1 à I I - 8 9 5 - 9 7
I I - 1 E f f e t d e d i f f é r e n t e s d o s e s d ' o e s t r a d i o l e t d ' o e s t r i o l s u r d i v e r s p a r a m è t r e s d e l a p h a s e I d e l ' a c t i o n o e s t r o g é n i q u e . ( E x p e r i e n t i a 1 9 7 5 ) 9 8 - 9 9
I I - 2 C i n é t i q u e d e l ' a u g m e n t a t i o n d u n o m b r e d ' é o s i n o p h i l e s d a n s l ' u t é r u s a p r è s s t i m u l a t i o n p a r l ' o e s t r a d i o l
( N a t u r e 1 9 7 4 ) 1 0 0 - 1 0 1
I I - 3 E f f e t d ' u n e i n j e c t i o n i n t r a l u m i n a l e
d ' o e s t r o g è n e d a n s u n e c o r n e u t é r i n e s u r 1 ' é o s i n o p h i 1 i e e t s u r d ' a u t r e s p a r a m è t r e s d e l ' a c t i o n o e s t r o g é n i q u e d a n s l a c o r n e t r a i t é e e t d a n s l a c o r n e t é m o i n .
( J . E n d o c r . 1 9 8 3 ) 1 0 2 - 1 0 9
I I - 4 E f f e t d e l ' a c é t a t e d e c o r t i s o l à f o r t e s
d o s e s s u r l e s p a r a m è t r e s d e l a r é p o n s e d e p h a s e I à l ' o e s t r a d i o l d a n s l ' u t é r u s d u r a t ( M o l l e c u l a r C e l l u l a r E n d o c r . 1 9 7 5 ) 1 1 0 - 1 1 6 I I - 5 D i s s o c i a t i o n p a r 1 ' a c t i n o m y c i n e D d e
m é c a n i s m e s d i s t i n c t s d a n s l ' a c t i o n o e s t r o g é n i q u e s u r l ' u t é r u s d e r a t e o v a r i e c t o m i s é e .
( E x p e r i e n t i a 1 9 8 2 ) 1 1 7 - 1 1 8
n a f o x i d i n e ( a n t i - o e s t r o g è n e - a g o n i s t e p a r t i e l ) e t d e 1 ' o e s t r a d i o l , s u r l e s d e u x p h a s e s d e l ' a c t i o n o e s t r o g é n i q u e d a n s l ' u t é r u s d e r a t i m m a t u r e .
( J . S t e r o i d B i o c h e m . 1 9 8 4 ) 1 1 9 - 1 2 3 I I - 7 , I I - 8
A c t i o n d i f f é r e n t i e l l e d ' u n p r é t r a i t e m e n t p a r l a n a f o x i d i n e o u p a r 1 ' o e s t r a d i o l ,
s u r d i f f é r e n t s p a r a m è t r e s d e l ' a c t i o n d ' u n e i n j e c t i o n d ' o e s t r o g è n e s s u r l ' u t é r u s : I I - 7 P r é t r a i t e m e n t d e 4 8 h e u r e s
( M o l e c . C e l l . E n d o c r . 1 9 8 7 ) 1 2 4 - 1 3 0 I I - 8 P r é t r a i t e m e n t 2 4 h e u r e s
( J . S t e r o i d B i o c h e m . 1 9 8 3 ) 1 3 1 - 1 3 5
C O N C L U S I O N S P A R T I E L L E S DE LA P R E M I E R E P A R T I E 1 3 6
CHAPITRE I I - 2
R E S U L T A T S EXPERIMENTAUX - DEUXIEME P A R T I E E F F E T S DES OESTROGENES SUR LE TITRE EN
N U C L E O T I D E S CYCLIQUES DANS L ' U T E R U S DE RATS RESUMES DE I I - 9 à I I - 1 7 1 3 7 - 1 4 6
I I - 9 S u p p r e s s i o n p a r l e p r o p r a n o l o l d e
l ' é l é v a t i o n p r é c o c e d u t i t r e e n cAMP d a n s l ' u t é r u s d e r a t e s o v a r i e c t o m i s é e s e t s o u m i s e s à u n t r a i t e m e n t p a r
1 ' o e s t r a d i o l
( 3 . S t e r o i d B i o c h . 1 9 7 4 ) 1 4 7 - 1 5 1 I I - 1 0 S y n t h è s e d e l ' I . P . ( I n d u c e d p r o t é i n e )
d a n s c e s c o n d i t i o n s ( J . E n d o c r . 1 9 7 5 ) 1 5 2 - 1 5 5
I I - 1 1 C h a n g e m e n t d u c o n t e n u e n cGMP e t e n cAMP d a n s l ' u t é r u s d e r a t e s s t i m u l é e s p a r o e s t r o g è n e s . C i n é t i q u e c o m p a r é e à c e l l e d ' a u t r e s p a r a m è t r e s d e l a r é p o n s e u t é r i n e ( J . C y c l . N u c l . R e s . 1 9 7 8 ) 1 5 6 - 1 6 9
I I - 1 2 E f f e t s d e l ' o , p ' - D D T
( B i o c h e m . P h a r m a c o l . 1 9 8 7 ) 1 7 0 - 1 7 3
s o u s l ' e f f e t d e l ' o e s t r a d i o l r é s u l t e - t - i l d ' u n e a c t i o n h o r m o n a l e v r a i e ?
( M o l e c . C e l l . E n d o c r . 1 9 7 9 ) 1 7 4 - 1 8 2 I I - 1 4 S t i m u l a t i o n p a r l ' o e s t r a d i o l d e
l ' a c c u m u l a t i o n d e cGMP d a n s l ' u t é r u s d e r a t e s i m m a t u r e s , i n c u b é i n v i t r o
( E n d o c r i n o l o g y 1 9 8 0 ) 1 8 4 - 1 8 9
I I - 1 5 A u g m e n t a t i o n du t i t r e e n cGMP d a n s l ' u t é r u s i n v i t r o s o u s l ' a c t i o n d e s o e s t r o g è n e s : e f f e t d ' i n h i b i t e u r d e l a s y n t h è s e d e s p r o t é i n e s e t du RNA
( M o l e c u l a r C e l l u l . E n d o c r . 1 9 8 2 ) 1 9 0 - 1 9 5 I I - 1 6 I n d u c t i o n d e l ' " i n d u c e d p r o t e i n " ( I P ) d a n s
l e s t r o i s p r i n c i p a u x t i s s u s ( e p i t h e l i u m , s t r o m a , m y o m è t r e ) d e l ' u t é r u s
( M o l e c . C e l l . E n d o c r . 1 9 8 2 ) 1 9 6 - 2 0 4 I I - 1 7 E f f e t s d e l a c o l c h i c i n e s u r l ' a u g m e n t a t i o n
d e p o i d s h u m i d e e t d e c o n t e n u e n cGMP i n d u i t e p a r l ' o e s t r a d i o l d a n s l ' u t é r u s d e r a t 2 0 5 - 2 2 1
CHAPITRE I I - 2
R E S U L T A T S EXPERIMENTAUX : T R O I S I E M E P A R T I E I I - 1 8 R a p p o r t s e n t r e l a p h a s e I e t l a p h a s e I I
d e l ' a c t i o n o e s t r o g é n i q u e - r ô l e d u cGMP
( F i g u r e s 1 0 à 1 3 ) 2 2 2 - 2 2 6 I I - 1 9 C h o i x d ' u n e d o s e d ' o e s t r i o l (E 3 )
d é p o u r v u e d e t o u t e f f e t s u r l e d é v e l o p p e m e n t d e l ' h y p e r t r o p h i e d e p h a s e I I m a i s i n d u i s a n t u n e p h a s e I - D o u b l e i n j e c t i o n d e E 3 à c e t t e d o s e ( F i g u r e s 1 4 à 1 9 ) 2 2 7 - 2 3 4
C H A P I T R E I I I
D I S C U S S I O N GENERALE - CONCLUSIONS ( F i g . 2 0 REFERENCES A D D I T I O N N E L L E S
- 2 1 ) 2 3 5 - 2 4 4
2 4 5
E F F E T D E S O E S T R O G E N E S SUR L E S P A R A M E T R E S
DE. LA. C I N E T I Q U E C E L L U L A I R E DANS LL TRACTUS GENITAL DE LA S O U R I S
CHAPITRE I - 1 . - INTRODUCTION
" T h e p r i m a r y p u r p o s e o f e s t r o g e n i s t o s b i m u l a t e u t é r i n e c e l l s t o i n o r e a s e i n s i z e a n d n u m b e r . T h i s h y p e r t r o p h y a n d h y p e r p l a s i a s e t s t h e s t a g e f o r s u b s é q u e n t m o d i f i c a t i o n s i n d u c e d b y p r o g e s t é r o n e , w h i c h r e s u i t i n a r é c e p t i v e e n v i r o n m e n t f o r b l a s t o c y s t i m p l a n t a t i o n . " ( 3 . H . CLARK e t E . 3 . PECK 3 t . 1 9 7 9 )
U n e v i s i o n a u s s i f i n a l i s t e d u r ô l e d e s o e s t r o g è n e s s u r l e u r t i s s u - c i b l e d a n s l e t r a c t u s g é n i t a l c o n s t i t u e u n e h y p o t h è s e , u n
" m o d è l e " c o m m e o n d i t a u j o u r d ' h u i , r a i s o n n a b l e .
E n c o r e f a u t - i l c e p e n d a n t e n d é f i n i r c t i a c u n d e s t e r m e s . C e q u e f a i s a n t , l ' o n d é c o u v r i r a t r è s v i t e c o m b i e n d ' i n c o n n u e s i l f a u t r é s o u d r e p o u r a r r i v e r à u n e d e s c r i p t i o n c o r r e c t e e t c o m p l è t e d e s p a r a m è t r e s d e l a c i n é t i q u e c e l l u l a i r e d o n t i l f a u d r a , d a n s u n s e c o n d t e m p s , d é f i n i r l a o u l e s c a u s e s i m m é d i a t e s o u i n d i r e c t e s . C ' e s t l ' o b j e t d u p r é s e n t c h a p i t r e q u e d e t e n t e r d e d é m o n t e r l e s é l é m e n t s c o n s t i t u t i f s d ' u n e t e l l e d e s c r i p t i o n c o m p l è t e d e l a c i n é t i q u e c e l l u l a i r e d a n s l e s é p i t h é l i u m s d e l ' u t é r u s e t d u v a g i n d e s r o n g e u r s .
T o u t d ' a b o r d , q u e l q u e s d é f i n i t i o n s d o i v e n t ê t r e p o s é e s c o n c e r n a n t l ' a c c e p t i o n d e s t e r m e s q u e n o u s u t i l i s e r o n s i c i :
* H y p e r t r o p h i e : A u g m e n t a t i o n d e s d i m e n s i o n s d ' u n o r g a n e o u d ' u n t i s s u r é s u l t a n t d e l ' a u g m e n t a t i o n d e l a
t a i l l e , e t n o n du n o m b r e , d e s e s c e l l u l e s e t / o u du v o l u m e , du p o i d s , d e s d i m e n s i o n s d e s e s a u t r e s c o n s t i t u a n t s ( f i b r e s , e a u , p a r e x e m p l e ) .
D a n s l e s d o s a g e s b i o c h i m i q u e s , r a m e n e r l e s d o s a g e s a u c o n t e n u e n DNA p e r m e t d ' e x c l u r e l a p a r t i c i p a t i o n é v e n t u e l l e d ' u n e a u g m e n t a t i o n d e l a c e l l u l a r i t é .
* H y p e r p l a s i e : A u g m e n t a t i o n d e l a t a i l l e d ' u n o r g a n e o u
d ' u n t i s s u p a r l ' a u g m e n t a t i o n du n o m b r e d e t o u t o u p a r t i e d e l ' e f f e c t i f d e s e s p o p u l a - t i o n s c e l l u l a i r e s c o n s t i t u t i v e s . ( I l n ' e s t p a s e x c l u d ' a i l l e u r s q u e l ' a u g m e n t a t i o n d e l a c e l l u l a r i t é g l o b a l e p u i s s e r é s u l t e r d e
l ' i m m i g r a t i o n d a n s l e t i s s u d e c e l l u l e s d ' o r i g i n e e x o g è n e ) .
- 1 -
C i n é t i q u e c e l l u l a i r e : U n e d e s c r i p t i o n c o m p l è t e d e
l a c i n é t i q u e d ' u n e p o p u l a t i o n c e l l u l a i r e , a u s e i n d ' u n t i s s u p a r e x e m p l e , e t c o n t r a i r e - m e n t à l ' u s a g e t e n a n t à n e m e t t r e l ' a c c e n t q u e s u r l ' a s p e c t " p r o l i f é r a t i o n e t c y c l e m i t o -
t i q u e " , d o i t e n f a i t i n t é g r e r l ' e n s e m b l e d e s f l u x q u i r é g i s s e n t l ' é q u i l i b r e d y n a m i q u e
( " s t e a d y s t a t e " ) d u t i s s u .
C ' e s t a i n s i q u e l ' o n p e u t d i s t i n g u e r e n r è g l e g é n é r a l e d e u x c o m p a r t i m e n t s ( q u i n e s o n t p a s
n é c e s s a i r e m e n t t o p o g r a p h i q u e m e n t d i s t i n g u a b l e s a u m i c r o s c o p e ) : u n c o m p a r t i m e n t g e r m i n a t i f
(1^) e t u n c o m p a r t i m e n t d i f f é r e n c i é ( D ) . ( v o i r f i g u r e 1 ) .
L ' é q u i l i b r e e s t r é g i p a r l e s c o n s t a n t e s d e f l u x d ' e n t r é e e t d e s o r t i e d e c h a c u n d e s c o m - p a r t i m e n t s - En s t e a d y s t a t e d y n a m i q u e , l e s f l u x s ' é q u i l i b r e n t e n s o r t e q u e , p o u r c h a q u e c e l l u l e p r o d u i t e e n P , u n e c e l l u l e e n t r e e n D e t u n e a u t r e q u i t t e c e d e r n i e r c o m p a r t i m e n t
( p a r m o r t c e l l u l a i r e o u e x f o l i a t i o n p a r e x e m p l e ) .
On v o i t i m m é d i a t e m e n t q u e l ' h y p e r p l a s i e t e l l e q u ' e l l e e s t d é f i n i e c i - d e s s u s n e d o i t p a s ê t r e p r i s e c o m m e s y n o n y m e d ' h y p e r a c t i v i t é p r o 1 i f é r a t i v e , c o n t r a i r e m e n t à u n u s a g e e r r o n é e t f r é q u e n t .
I l s u f f i t e n e f f e t q u e c e s s e o u d i m i n u e l e "
t a u x d e s o r t i e du c o m p a r t i m e n t D p o u r q u ' a u g - m e n t e s o n e f f e c t i f ( c o n t i n û m e n t d a n s l e p r e m i e r c a s , j u s q u ' à u n n o u v e l é q u i l i b r e à u n e t a i l l e a c c r u e d a n s l e d e u x i è m e c a s ) . A u t r e e x e m p l e , u n e a u g m e n t a t i o n d e
l a c o n s t a n t e d e f l u x K B , s a n s m o d i f i c a t i o n d e KD ( v o i r f i g u r e 1 ) , a u r a p o u r e f f e t d e f a i r e c r o î t r e l e c o m p a r t i m e n t P e t l e
c o m p a r t i m e n t D , e t d o t i c d e p r o v o q u e r l e u r h y p e r p l a s i e .
N o t o n s q u e , s i d a n s l ' é p i t h é l i u m v a g i n a l l e c o m p a r t i m e n t P e s t t o p o g r a p h i q u e m e n t d é f i n i ( p a r l a c o u c h e b a s a l e ) , i l n ' e n e s t p a s d e m ê m e d a n s l ' é p i t h é l i u m l u m i n a i d e l ' u t é r u s .
- 2 -
L O S S
[<^^ ( d G a d . e x f o l i a t i o n . m i g r a t i o n )
D I F F E R E N T I A T E Û C O M P A R T M E N T ( m a t u r a t i o n , f u n c t i o n )
P R O G E N I T O R C O M P A R T M E N T ( p r o d u c t i o n of cells )
F i g u r e 1^ :
RENOUVELLEMENT C E L L U L A I R E AU S E I N D ' U N T I S S U . P = COMPARTIMENT PROGENITEUR (OU G E R M I N A T I F ) T = COMPARTIMENT DES CELLULES D I F F E R E N C I E E S
KB ; KD ; KL = C O N S T A N T E S DE FLUX C E L L U L A I R E S D A N S LA D I R E C T I O N I N D I Q U E E PAR L E S FLECHES CORRESPONDANTES
AU S E A D Y S r A T E , KD = KD ET NP X KD = ND X KL ( L e c a s d e
l ' a l i m e n t a t i o n d u c o m p a r t i m e n t P p a r u n e s o u r c e e x t é r i e u r e , u n c o m p a r t i men t - s o u c t i e p a r e x e m p l e , e s t i n d i q u é p o u r m é m o i r e a f i n d e c o u v r i r t o u t e s l e s s i t u a t i o n s t h é o r i q u e s p o s s i b l e s que l ' o n p e u t d é c r i r e e n a f f e c t a n t l e s c o n s t a n t e s d ' u n e v a l e u r p o s i t i v e o u n u l l e . )
3
n o u s u t i l i s o n s e s t c e l u i q u e n o u s a v o n s d é f i n i d a n s l ' a r t i c l e 1 - 1 c i - a p r è s .
1 1
r e p o s e s u r l e m o d è l e d e
B U R N 5e t
T A N N O C K( 1 9 7 0 ) ,
l u i - m ê m e b a s é s u r l e s c o n c e p t s d e
G Q
d e
L A J T H A ( 1 9 6 6 ) ,e t a u x q u e l s l a r e f o r - m u l a t i o n p a r
S M I T He t
M A R T I N ( 1 9 7 3 ) ,a d o n n é u n e l a r g e a u d i e n c e , e n l u i f o u r n i s s a n t d e s a r g u m e n t s d i r e c t s b a s é s s u r l a c i n é m a t o - g r a p h i e e n " t i m e l a p s e " d e c u l t u r e s c e l l u l a i r e s p r o
1i f é r a n t e s .
L e nom d e m o d è l e " u n d e t e r m i n i s t i c " , b i e n q u e s o u r c e d e d é b a t s s o u v e n t p l u s p h i l o s o p h i q u e s q u e s c i e n t i f i q u e s , a s a n s d o u t e c o n t r i b u é a u s u c c è s d e c e m o d è l e , a u t a n t q u e l e t i t r e d e l ' a r t i c l e d e
S M I T He t
M A R T I N"Do C e l l s C y c l e ? "
11 f a u t p r é c i s e r d ' e m b l é e q u e c e m o d è l e , s ' i l p r é s e n t e d e s a v a n t a g e s p o u r l e m a t h é m a t i c i e n , n o t a m m e n t c e l u i d e s i m p l i f i e r l e s o p é r a t i o n s d e s i m u l a t i o n d e l a c i n é t i q u e d e p o p u l a t i o n s c e l l u l a i r e s e t n o t a m m e n t c e l l e d e l a " c o u r b e d e m i t o s e s m a r q u é e s " , n e p e u t e n a u c u n c a s e x c l u r e d ' a u t r e s m o d è l e s q u i r e n d e n t , d e m a n i - è r e t o u t a u s s i c o h é r e n t e , c o m p t e d e l a v a r i a - b i l i t é d e s t e m p s i n t e r - m i t o t i q u e s a u s e i n d ' u n e p o p u l a t i o n e t l ' a t t r i b u e n t é g a l e m e n t e s s e n t i e l l e m e n t à c e l l e (Je l a p h a s e C, ^ .
C ' e s t l e c a s p o u r l e m o d è l e d e STEEL
( 1 9 7 2 ) ,m a i s a u s s i , c o m m e c e t a u t e u r l e s o u l i g n e , d ' a u t r e s m o d è l e s q u i s u p p o s e n t u n e d i s t r i b u - t i o n d e s t e m p s d e c y c l e e t d e G n o r m a l e ,
l o g n o r m a l e , o u g a m m a p a r e x e m p l e .
( H A R T M A N N , 1 9 7 5 )
* P h a s e : P a r GQ, n o u s e n t e n d o n s u n é t a t d e l a
~ c e l l u l e , o ù , t o u t e n r e s t a n t p o t e n t i e l l e m e n t
c a p a b l e d e p r o l i f é r e r , c ' e s t - à - d i r e d e r e v e n i r d a n s l e c y c l e , e l l e n e m a n i f e s t e c e t t e p o t e n t i a l i t é q u e s o u s l ' e f f e t d ' u n
s t i m u l u s a p p r o p r i é ( p a r e x e m p l e h é p a t e c t o m i e p a r t i e l l e d a n s l e f o i e d ' a n i m a u x a d u l t e s ) .
- 4 -
l a p h a s e G d e n o t r e m o d è l e e t c ' e s t
d ' a i l l e u r s p o u r q u o i , r e s t a n t e n a c c o r d a v e c l a t e r m i n o l o g i e d e s " G A P 5 " n o u s l ' a v o n s a p p e l é e P h a s e G p l u t ô t q u e d e l a d é s i g n e r p a r l a
n o t a t i o n Gg a m b i g u ë . ( U n e v a l e u r 0 p o u r "P "
d é c r i t d ' a i l l e u r s l ' e x i s t e n c e d ' u n e v r a i e p h a s e Gg . )
T o u t e c e l l u l e h o r s c y c l e n ' e s t é v i d e m m e n t p a s d è s l o r s u n e c e l l u l e e n Gg : i l p e u t s ' a g i r
d ' u n e c e l l u l e d é f i n i t i v e m e n t e n r e p o s , s t é r i l e , v o i r e d ' u n e c e l l u l e e n t r a i n d e s e d i f f é r e n c i e r o u d e m o u r i r .
- 5 -
S O M E P R O P E R T I E S O F A 'Go' M O D E L O F T H E C E L L C Y C L E
1. I N V E S T I G A T I O N ON T H E P O S S I B L E E X I S T E N C E O F N A T U R A L C O N S T R A I N T S O N T H E T H E O R E T I C A L M O D E L IN S T E A D Y -
S T A T E C O N D I T I O N S
V. Di; MAI.RTI:LAHR ANO P. G A L A N D
Groupe (le Physique et Unité de Biolof^ie, Institut île Rechcrclw Interdisciplinaire en Biologie Humaine et Nucléaire (L.M.N.) et Laboratoire de Statistique Médicale,
School of Medicine, Brussels
(Receii ed 22 April 1 9 7 4 ; revision receii ecl 2 8 Juiw 1 9 7 4 )
A B S T R A C T
Some models describingthekinetics ofcell prolifération présent thc major advantage of requiring a smail set of parameters for the complète description of the kinclic behaviour of cell populations. Among such models, that proposed by Burns &
Tannock (1970) ofTers the further advantage of allowing a generalized description of cell cycle that covers the 'G(," concept.
This model assumes that the cell lifc cycle consists of two phases: G-phase and C- phase. After division, the cells enter G-phase and romain thère for any length of time.
They leave this phase at a constant rate (^^j) to enter C-phase where they divide.
C-phase has a constant duration : 0. Only the two parameters 0 and kç-, are required for a complète kinctic description in the steady-state case. This is aiso true for an exponentially growing population, providcd cell loss is nul! or negligible.
We started from the équations relating A^;, Q and N^-JN (where N^- is the number of cells in G-phase and N the total cell numbers) associated with the foliowing models:
(1) Burns & Tannock (1970) model bascd on the hypothesis that the cells may differentiate from any phase of the cell cycle.
(2) A variant of this model where only the cells in G-phase may differentiate.
We describe an original method allowing the détermination of the parameters of the model from published 'iabelled mitosis' curves. We observe that the experi- mentally obtained values of those parameters constitute a non-randomly limited part of the set of values that one may theoretically have. This suggests the necessity for further assumption(s) restricting the model.
C o r e s p o n d e n c e : D r P. G a l a n d , B i o l o g y U n i t , I n s l i l u t d e R e c h e r c h e I n t e r d i s c i p l i n a i r e e n B i o l o g i e H u m a i n e e t N u c l é a i r e ( L . M . N . ) , S c h o o l o f M e d i c i n e , Bld d e W a t e r l o o 115, B-lOOO B r u s s e l s , B e l g i u m .
1 1
12 y. De Maertelaer and P. Galand I N T R O D U C T I O N
When trying to undersland howtheproliferativeactivityofa given lissuecell population may be stimulaled and regulated, it is of utmost importance to know whether the population considered is homogeneous or nol as regards the prolifcrativc activily. In olhcr words, delining the cell cycle as "the chain of cvcnis which a ccll passes ihrough while proceeding lowards division' (Lehmiller, 1971), il is important to know whclhcr part of the ccll popu- lation considered is not "out' of the cell cycle. If so, the next question is whether this status is réversible. This would imply that a stimulus may act on ihis subpopulation of cells by awakening them from their quiescent status. Such cells could be considered as "G,," cells while those that are irreversibly non-dividingare better termed as Ot^ehs (Valleron & Frindel.
1973) or 'nondividing' cells; this is, however, not a gênerai convention: there is an example of such 'dormant" cells termed G(, cells in the work by Wilson & Gehan (1970).
The Go concept introduced by Lajtha (1966) (see aiso review of Epifanova & Terskikh, 1969) still contains some ambiguity. In case I : the stimulus (wounding, hormonal treatment) is necessary to reveal the existence of a resting phase. Go cells (here opposed to 'non-dividing' cells) being unable to revert to the cycle in the absence of the stimulus (see Lehmiller, 1971 ), One may aIso consider (case 2) that Go cells are constantly iriggered to flow toward division (for example by the rcgulatory mechanisms which maintain a balance between prolifération and dilTerentiation activities in the cell population) to flow toward division. Brown & Oliver (1968) similarly considered the possible existence of such a modcl 'in which the cells would enter a GQ (or resting) phase soon after division and Ihen be brought back into ihc cycle on a random basis".
Stimulation of division in the first case implies mechanisms of the depression-type while one may imagine that the second model may be stimulaled, for example, by a simple incrcase of ihe basai metabolic Icvcl. In this second case, 'Go" is bcllcr understood as a scparalc phase in the cycle (Burns & Tannock, 1970). We therefore prefer to call this phase G-phase instead of G|,-phase.
Burns & Tannock (1970) have made a clear formulation of such a model of the cell cycle and analysed the sel of équations associated with this modcl. They have claimed that only two parameters are required for a complète kinelic description of such cell populations.
Thèse authors aIso présent some arguments supporting the model, especially in slowly renewing tissues. More recently, Smith & Martin (1973) have proposed that the model could be generalized lo rapidiy proliferating cells. Most interestingly Ihey show ihal lime-lapse cincmicrographic data on Ihe distribution of génération lime values of cells in culture fit the
prédictions of the model.
Il would be inleresting to invcstigate furlher the properlies of the model as well as ils
s i g n i f i c a n c e
for population-size control and the relationship between cell division and
dilTerentiation (see Epifanova & Terskikh, 1969). This prompted us to investigate, on //; vivo
biological
S y s t e m s ,the relative importance of the two parts that constitute the intermitotic
phase. For this, we devised a method for assessing the parameters of the model in renewing
tissues from the only complète data available in this realm:
n a m e l ythe fraction of labelled
mitosis curve (FLM curve). The présent papcr describes this melhod and its application lo
several animal tissues for which adéquate data were available in the literature, and whose
germinative compartment may be considered in a steady-state. The values obtained in real
biological
S y s t e m sfor Ihe fundamental parameters of the model are compared with the
Properties ofa 'Gq' model oj the ccll cycle 13
theoretical expectation. Exponentially growing cell populations are sludicd in a following paper.
The following scheme ( Fig. I ) redrawn from Burns & Tannock ( 1970) summari/es the essential éléments of the model. Appendix I gives the correspondence betwccn Burns & Tannock's (1970) and Smith & Martin's (1973) notations and those we used here. The basic hypothèses of the model are the following:
(i) The intermitotic phase consists of two parts: the G-phase and the C-phase.
(ii) The C-phase includes the usual S, G, and M phases of Quastler & Sherman (1959) as well as a possible minimum G|-phase through which any cell must pass aller mitosis (M) beforeenteringS-phase. It isassumed to have a constant durât ion (noted hyO). The possibility of a tîxed sub-G, phase between the end of mitosis and entry into G-phase is rcprcsented in Fig. 1 but will not be considered in the discussion.
(iii) Thecells leave G-phase at random (in accordance vvith Lajtha's (1966) concept of GQ).
(iv) For renewing lissues, cell loss (by dilTcrentiation. migration, dcath) must be taken into account. The cells are supposed to leave the cycle at random. A;, is the rate constant for cell loss from the population, while k^• is the rate constant for cell flow from G to C.
Burns & Tannock (1970) consider that cell loss occurs from any point in ihe cycle (G- or C-phase). For renewing tissues with a dilTcrentiation compariment the allernalivc possibility.
aiready considered in Lajtha's work (1966), seems more intcresting to us: i.e. that cell loss is from G-phase only. This would imply that cells in ihe C-phase are committed lo dividc and not (or much less (Lajtha, 1966)) susceptible lo stimuli for differentiation. The advantage of this hypothesis is that it (its with the deterministic characteristic of the C-phase and accom- modâtes such a concept as 'dichophase" or nul! state where the cells take the décision to ditferentiate or to divide (Builough, 1963, 1972). It also provides a period where the cell
D E S C R I P T I O N O F T H E M O D E L
Minimum \ G
C - phase S
j - _ J
G - p h a s e
FiG. 1. D i a g r a m s h o w i n g t h e m e a n f e a t u r c s o t Ihc m o d e l s u s e d . T h e d a s h c d a r r o w n e e d s o n l y t o b e c o n s i d e r e d in m o d e l I. A h y p o t h e t i c a l s u b - p h a s e n o t e d b y a n a s t e r i s k w l l l n o t be c o n s i d e r e d in t h e d i s c u s s i o n .
14 V. De Maertelaer and P. Galand
receives (and responds to) the regulatory signais for populalion-sizc and for dilfcrentiation control. Flow of the cells from G-phase lo C-phase would then be more easily conceived of as a triggered process. This hypothesis is especially interesting for cell populations endowed with fine control of proliferating vs. dividing aclivity.
The alternative is illustrated in Fig. I. The dashed arrow must be considered in the lirst modcl only. A'c(0'"id ^iX') represent respectively the number of cells in C-phasc and G-phase at time they are constant in steady-state. The total numbcr of cells A'(Oisalsoconstanland is equal to Nc(t)+ ^cO-
Modcl I : cc'll lossfi om any point of ihe cycle
From the foilowing équations:
*- = 2 7 ^ ^ <•)
where is the rate constant for cell production and
NcIN^l-e^-o (2)(Burns & Tannock, 1970), k(j may be easily written as a function of and N^/N, i.e.
, l n ( 2 - ^ c ; / ^ ) ( 2 - y V J A ^ ) I
NJN 0
(3)
with 0 $ NJN ^ I.
Moïk'll: loss of cells from G-phase only
Jn this case:
The number of cells in C-phase is
From (4) and (5), is:
k,N = ka.N,: (4)
Nc = k„.N.O (5)
I
-N J NI
Equations (I) to (3) are aiso valid for exponentially growing populations described by the first mode! (see Burns & Tannock, 1970). As thèse authors noticed a major advantage of this model is its simplicity; in fact, only two parameters kç, and 0 are required for a complète description of the proliferative characteristics of a population. This is not true for expo- nentially growing cell populations, if cell loss does occur: in this case a third parameter is required.
Considering the possibility that the existing regulatory process of the cell cycle may impose a supplementary condition on the cell cycle kinetics, thus restricting the number of indepen- dent kinetic parameters, wc investigatcd the ranges of variation of the threc parameters A,,, 0 and
N(ijNin several cell populations //;
riro.Theoretically
k^,and
0may vary
f r o m0
l o /and Nq/N may vary from 0 to 1. If the model corresponds closeiy to reality, the observed
JVQ/A'values,plotted in a
Ound k(- S y s t e mofaxes, must be randomly distributed, sincethereare
only two independeni paramclers. Asconccrns 0, and excluding thc case 0 = 0 (corrcsponding to a State of no prolifération), it seems logical to suppose the existence of a minimum 0 value that would correspond to the maximum rate at which a cell can complète the synthcsis of its DNA complément and the mitotic stages. Conversely, for a given tissue, 0 values of an order of magnitude similar to that of the lifc span of the species may be considcrcd as infinité.
M E A S U R E M E N T O F T H E P A R A M E T E R S OF T H E M O D E L F R O M FLM C U R V E S
As a prerequisite to this investigation, we developed a method for the détermination of k^- and Ofrom FLM curves, obtained accordingtoQuastler & Sherman (1959). Our method needs data as accurate as possible for the first wave and for the raise of the second wave of thèse curves. Simple examination of FLM curves gives a lirst approximation concerning 0 and indicates whether kc, value is high or low. Using a couple of (0, k^) values, chosen according to thèse rough indications, and the first wave expérimental values, we calculate(with équation (6) of Appendix 2) the theoretical points of the second wave for the time values for which expérimental data are given. Then we proceed by successive itérations of this calculation for judiciously chosen k^, and 0 values, i.e. values ensuring the convergence of the calculated second waves towards the expérimental one.
The values retained for thèse parameters are those giving theoretical points that fit al best the expérimental values. The optimization criterion is the minimization of the sum of squares of the différences between theoretical and expérimental values. A computer program coded in Fortran IV for the CDC 6500 (at the Free University of Brusscls, Belgium) has been written in order to perform this séries of calculations. A sample run is computed in approxi- mately 120 sec.
R E S U L T S
We have determined the values of kç^ and 0 from fourteen FLM curves found in the literature.
Only FLM curves obtained in vivo for tissues in steady-state condition of growth are con- sidered here. The results obtained are summarized in Table 1. The values of N^JN have been calculated using équation (6). Let us point out that theavailable FLM curves concerned cell populations with Q values between 8 and 19 hr (except one case where 0 = 43 hr).
The values obtained for A^; are less than 0-25 hr~'. Theoretically NJN may vary between 0 and 1, but our results indicate that the observed values for N^jN range from 0-28 to 0-56.
D I S C U S S I O N
Tlie observed parameters values are non-randomly distributedkc : no value higher than 0-25 hr"' is observed among the fourteen cases studied here.
Forcell cultures in exponential phase of growth, Smith & Martin (1973) noticed that ( 1 — e"*^) was below 0-50 hr~' ; this means that kc, in their sample remained below 0-70 hr~'.
0: because we dépend on FLM curves data, we are limited to cell populations with low 0 (for which it is easier to establish FLM curves with at least two waves). Our conclusions must
•>
16 V. De Maertelaer aiul P. Galand
TABLt I. C e l l c y c l e p a r a n i e l e r v a l u e s f o r f o u r l c e n //; vivo cell p o p u l a t i o n s in s t e a d y - s t a l e
C a s e N o . A o ( h r - ' ) / ^ ( h r ) A'(;, ;V 7", ( h r )
1 ( ) 0 5 2 16-0 0 - 5 4 6 2 5 - 6
2 ( ) l ) f i 2 17-0 0 - 4 8 7 25-1
3 ()• 153 1 0 0 0 - 3 9 5 13-3
4 0 - 1 7 0 9 - 0 0 - 3 9 5 I l - 9
5 0 1 3 4 1 9 0 0 - 2 8 2 2 2 - 7
6 0 0 9 9 1 0 0 0 - 5 0 3 15-1
7 0 1 1 5 14-0 0 - 3 8 3 18-3
8 0 1 1 7 10-5 0 - 4 4 9 14-8
9 0 - 2 4 3 8 - 0 0 - 3 4 0 10-1
10 0 - 1 7 5 9-5 0 - 3 7 6 1 2 - 4
11 0 - 1 1 3 10-5 0 - 4 5 7 14-9
12 0 - 0 1 9 4 3 - 0 0 - 5 5 0 6 9 - 3
13 0 - 0 7 8 10-0 0 - 5 6 2 16-4
14 0 - 1 0 2 12-5 0 - 4 4 0 17-4
M e a n o f N^J.N = 0 - 4 4 0 ± 0 - 0 2 2 . a n d 0 h a v c b e e n d e l e r m i n c d f r o m F L M c u r v e s , b y t h e i t é r a t i v e m e t h o d d e s c r i b e d . T h e cell c y c l e Ti is t h e s u m o f t h e m e a n r é s i d e n c e t i n i e s in G a n d C : il is i h u s c q u a l t o l/2Aci + 0.
TABL I: 2. R é f é r e n c e s f o r T a b l e 1
C a s e N o . T i s s u e R c f e r e n c c
1 C o l o n ; 3 0 7 0 - d a y - o l d m i c e T h r a s h c r ( 1 9 6 7 )
2 C o l o n ; 3 8 0 3 9 9 - d a y - o l d m i c e T h r a s h e r ( 1 9 6 7 )
3 H a i r f o l l i c i c s ; l ' e n i a l c C F i AnI m i c e 1 6 d a y s a l l e r p l u c k i i t g I J r o c k w e l l , T r u c c o & I ry ( 1 9 7 2 ) 4 C r y p t s o f s n i a l l i n l e s l i n e ; m a i e "August" rais ca 1 2 0 g L a m e r l o n , L o n l & (.Juasticr
w e i g h t ( 1 9 6 3 )
5 W o o l f o l l i c i c s ; a d u l l M e r i n o e w e ( 2 6 k g ) D o w n e s et al. ( 1 9 6 6 )
6 H a i r f o l l i c l e , m a l r i x ( m i c e ) G r i e m ( 1 9 6 6 )
7 P r i n c i p a l c e l l s ; 3X0 3 9 9 - d a y - o l d m a l c s w i s s A l b i n o m i c e T h r a s h e r & G r e u l i c h ( 1 9 6 6 ) 8 J e j u n a l c r y p i s , l O O - d a y - o l d m i c e H a g e m a n n , S i g d c s i a d & L e s h c r
( 1 9 7 0 )
9 l l e u m ; 3 - w e c k - o l d W i s l a r r a t s H o l f m a n & l'ost ( 1 9 7 2 )
1 0 D u o d e n a l c r y p i s ; 1 4 7 - d a y - o l d r a t s L e s h e r ei al. ( 1 9 6 6 ) 1 1 S m a l l i n t e s t i n e c r y p t s ; l O O - d a y - o l d m i c e L e s h e r & H o f l ' n i a n ( 1 9 6 6 )
1 2 L i v e r , 8 - w e e k - o l d W i s t a r rats P o s t & H o l T m a n ( 1 9 6 4 )
1 3 D u o d e n a l p r o g e n i t o r p o p u l a t i o n ; 3 0 - 7 0 - d a y - o l d m i c e T h r a s h e r & G r e u l i c h ( 1 9 6 5 ) 1 4 D u o d e n a l p r o g e n i t o r p o p u l a t i o n ; 3 8 0 3 9 0 - d a y - o l d m i c e T h r a s h c r & G r e u l i c h ( 1 9 6 5 )
E a c h k i n d o f t i s s u e c o n s i d e r e d in T a b l e 1 is m e n l i o n e d h c r e w i i h t h e r é f é r e n c e t o t h e p a p e r w h e r e w e f o u n d the F L M ciM-vc u s e d .
therefore not be generalized to slowly dividing cells. Thc Itick of 0 values less lhan 8 hr,
SLiggesting a lovvcr limil of 0 values, was expected since S-phasc and miiosis cannot conceiv-
ably shortcn indefinitely.
17
Nç-JN: contrary to the theoretical expectation, our results show that ail observed N(-JN values fall between 0-28 and 0-55. This is not a conséquence of the restriction on A(, values, vvhich does not imply a limitation on N^-JN of this order. The mean value of N^-JN is 0-440 and the standard error of the mean (SEM) is 0 022. Il thus seems that the répartition of the cells in G- and C-phase is submitted to some constraints. Il is worth insisling on the facl that
F i G . 2 . S e n s i t i v i t y o f t h e fini n g t o t h e p a r a m e t e r s A , - . a n d 0. E x p é r i m e n t a l d a l a d r o m H a g e m a n n eial., 1 9 7 0 ) : , p o i n t s c a l c u l a t e d I r o m t h e e x p é r i m e n t a l d a t a o n Ihelirst w a v e , w i t h t h e f o l l o w i n g p a r a m e t e r s v a l u e s : ( a ) 1 0 - 5 h r , A a = 0 - 1 1 7 h r ' : ( b ) « = 10-5hr,A<. = 0 1 3 7 h r ' ; ( c ) « = 9 - 5 h r , A c = 0 1 l 7 h r - ' .
we may not affirm that this is a gênerai property of populations in steady-state. Indeed thir- teen of fourteen curves are from mice or rats and also thirteen of fourteen pertain to digestive tract or follicles. In thèse conditions the 'natural constraint' observed could possibly be in- hérent to the two types of tissues which were studied and to the two small laboratory rodents in which thèse observations were performed. However, this possible restriction does not reduce
2
V. De Maertelaer and P. Galand
the importance of our observation. It is reasonable to assume that it will prove to be valid for other tissues and animais. More data are needed to define the actual range of variation for
and
NcINmore precisely before drawing any définitive conclusion on how the Burns &
Tannock model must be revised to fit the expérimental observations and on the regulatory mechanisms that ensure the maintenance of a constant N^jN value. The difiîculty arises from the lack of FLM curves concerning other species and tissues that suit the spécifie needs of our method.
Sensitivity of the fitting to small changes of and 0 values
The kc and 0 values that best fit the six expérimental values of the second wave of the FLM curve obtained for jejunal crypts of lOO-day-old mice (Hageman, Sigdestad & Lesher, 1970) are respectively 0117 hr'' and 10-5 hr (see Fig. 2a). For thèse values, the sum of squares of the différences between the six theoretical and expérimental values of the second wave of the FLM curve (noted by Q) is equai to 8-7 hr"^. For the same 0 value ( 10-5 hr), Q equals 40-4 hr~^
when A'G = 0127 hr"' instead of 0-117 hr"'. This example indicates that our fitting method is satisfactorily sensitive to the A,; paramcter value. Fig. 2(b) illustrâtes the fitting for a value of kii =0-137 hr"' instead of 0-117 hr~' and for the same 0 value (10-5 hr); in this case Q equals 136 0 hr"-. Fig. 2(c) illustrâtes the fitting for a I hr différence of 0. In this case (k^ — 0117 hr"' and 0 = 9-5 hr). Q equals 873-2 hr~^ for the six values considered.
Our itérative method allows the détermination of kç-, and 0 without requiring knowing the population doubling time
Smith & Martin's (1973) évaluation of kç, for in vitro cell Systems requires knowing the doubling time T^. On the other hand, our method is indepcndcnl of this knowledge and can thus be appiied to //; vivo cell Systems, where is not direclly accessible as wcll as to ail cases where is not known. It is also valid for exponcntially growing populations when there is no cell loss, or when cell loss is negligible. This will be developed in a future paper.
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