The orphan nuclear receptor, liver receptor homolog-1 (LRH-1, NR5A2) regulates decidualization

Abstract

La période de réceptivité endométriale chez l’humain coïncide avec la différentiation des cellules stromales de l’endomètre en cellules hautement spécifiques, les cellules déciduales, durant le processus dit de décidualisation. Or, on sait qu’une transformation anormale des cellules endométriales peut être à l’origine de pertes récurrentes de grossesses. LRH-1 est un récepteur nucléaire orphelin et un facteur de transcription régulant de nombreux évènements relatif à la reproduction et comme tout récepteur, son activation promouvoit l’activité transcriptionnelle de ses gènes cibles. Nous avons déjà montré que LRH-1 et son activité sont essentiels pour la décidualisation au niveau de l’utérus chez la souris et nous savons qu’il est présent dans l’utérus chez l’humain au moment de la phase de prolifération mais aussi de sécrétion du cycle menstruel, et que son expression augmente dans des conditions de décidualisation in vitro. Notre hypothèse est alors la suivante : LRH-1 est indispensable à la décidualisation du stroma endométrial, agissant par le biais de la régulation transcriptionnelle de gènes requis pour la transformation de cellules stromales en cellules déciduales. Afin d’explorer le mécanisme moléculaire impliqué dans la régulation transcriptionnelle effectuée par l’intermédiaire de ce récepteur, nous avons mis en place un modèle de décidualisation in vitro utilisant une lignée de cellules stromales de l’endomètre, cellules humaines et immortelles (hESC). Notre modèle de surexpression développé en transfectant les dites cellules avec un plasmide exprimant LRH-1, résulte en l’augmentation, d’un facteur 5, de l’abondance du transcriptome de gènes marqueurs de la décidualisation que sont la prolactine (PRL) et l’insulin-like growth factor binding protein-1 (IGFBP-1). En outre, la sous-régulation de ce récepteur par l’intermédiaire de petits ARN interférents (shRNA) abolit la réaction déciduale, d’un point de vue morphologique mais aussi en terme d’expression des deux gènes marqueurs cités ci-dessus. Une analyse par Chromatin ImmunoPrécipitation (ou ChIP) a démontré que LRH-1 se lie à des régions génomiques se trouvant en aval de certains gènes importants pour la décidualisation comme PRL, WNT 4, WNT 5, CDKN1A ou encore IL-24, et dans chacun de ces cas cités, cette capacité de liaison augmente dans le cadre de la décidualisation in vitro. Par ailleurs, des études structurelles ont identifié les phospholipides comme des ligands potentiels pour LRH-1. Nous avons donc choisi d’orienter notre travail de façon à explorer les effets sur les ligands liés à LRH-1 de traitements impliquant des agonistes et antagonistes à notre récepteur nucléaire. Les analyses par q-PCR et Western blot ont montré que la modulation de l’activité de LRH-1 par ses ligands influait aussi sur la réaction déciduale. Enfin, des études récentes de Salker et al (Salker, Teklenburg et al. 2010) ont mis en évidence que les cellules stromales humaines décidualisées sont de véritables biocapteurs de la qualité embryonnaire et qu’elles ont la capacité de migrer en direction de l’embryon. La série d’expériences que nous avons réalisée à l’aide de cellules hESC placées en co-culture avec des embryons de souris confirme que la migration cellulaire est bien dirigée vers les embryons. Cette propriété quant à l’orientation de la migration cellulaire est notoirement diminuée dans le cas où l’expression de LRH-1 est déplétée par shRNA dans les hESC. Nos données prouvent donc que LRH-1 régule non seulement la transcription d’un ensemble de gènes impliqués dans le processus de décidualisation mais agit aussi sur la motilité directionnelle de ces cellules hESC décidualisées in vitro.

The period of endometrial receptivity in humans coincides with the differentiation of endometrial stromal cells into highly specialized decidual cells through a process known as decidualization. This transformation of endometrial cells is abnormal in recurrent pregnancy loss patients. Liver homolog receptor 1 (LHR-1, NR5A2) is an orphan nuclear receptor and a transcription factor that regulates many reproductive events. The activation of this receptor leads to transcriptional activation of its target genes. We have previously shown that it is essential for decidualization in the mouse uterus. LRH-1 is expressed in the human uterus in both proliferative and secretory phases of the menstrual cycle and its expression increases during in vitro decidualization. We hypothesize that LRH-1 is indispensable for proper decidualization of the endometrial stroma, acting through the transcriptional regulation of genes required for transformation of stromal cells into decidual cells. To explore the molecular mechanism of transcriptional regulation mediated by this receptor, we established an in vitro model of decidualization, using an immortal human endometrial stromal cell line (hESC). An overexpression model developed by transfecting the cells with a plasmid constitutively expressing Lrh-1, resulted in 5 fold increases in abundance of transcripts for the decidualization marker genes prolactin (PRL) and insulin-like growth factor binding protein-1 (IGFBP-1). Furthermore, the downregulation of the receptor using short hairpin RNA (shRNA) abrogates the decidual reaction, from both a morphological point of view and in terms of expression of the two marker genes. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) analysis showed that LRH-1 binds to genomic regions upstream of genes important for decidualization such as PRL, wingless-type MMTV integration site family, member 4 (WNT4), wingless-type MMTV integration site family, member 5 (WNT5), cyclin-dependent kinase inhibitor 1A (p21, CDKN1A) and interleukin-24(IL-24). For each of these genes, the binding increased during in vitro decidualization. Structural studies have identified phospholipids as potential LRH-1 ligands. We therefore explored the effect of ligand treatment on LRH-1 with an agonist and an inverse agonist for the nuclear receptor. Analysis by quantitative polymerase chain reaction (qPCR) and Western blot demonstrated that the modulation of LRH-1 activity by its ligands also affects the decidual reaction. Recent studies have shown that decidualized human stromal cells are biosensors of embryo quality and that they have the capacity to migrate towards the embryo. Our time-lapse evaluation of hESC cells co-cultured with mouse embryos indicates directed migration of the cells toward the embryo. This effect is markedly diminished when LRH-1 is depleted by shRNA in hESC. Our data provide evidence that LRH-1 regulates not only the transcription of a set of genes involved in decidualization but also the directional motility of these cells in vitro.