Ernst Knobil

ARTICLE

Né en 1926 à Berlin dans une famille autrichienne, établie à Paris au début des années 30, il devient un parfait petit français en effectuant toute sa scolarité primaire à Paris, avant de rentrer en sixième au lycée Claude Bernard. Les évènements de 1939-1940 amènent sa famille à rejoindre les Etats-Unis à bord d'un des derniers paquebots américains au départ de Gènes, l'USS Manhattan. Il y termine sa scolarité secondaire et poursuit des études de zoologie, interrompues par 2 ans de service militaire, couronnées d'un diplôme de PhD, obtenu à l'université Cornell en 1952. Il débute alors une carrière d'enseignant-chercheur dans le département de physiologie de la faculté de médecine de Harvard. L'orientation première de ses travaux a concerné l'hormone de croissance (growth hormone, GH), avec, dès cette époque, un souci constant des spécificités d'espèces et de l'importance du modèle animal approprié [1]. Les liens entre GH et stress [2], entre GH et tissu adipeux [3] ainsi que les conséquences d'une administration exogène de GH sur la sécrétion endogène [4] ont alors fait l'objet de publications.

C'est à cette période que, nommé professeur, il prend la tête du département de physiologie de l'université de Pittsburgh où il met en place un enseignement innovant, original, rapidement réputé, de physiologie pour les futurs médecins. Parallèlement, il crée et développe un centre de primatologie. Ses recherches se tournent alors progressivement vers l'axe reproductif. Ernst Knobil se plaisait en effet à rappeler combien, à cette époque, la fréquentation annuelle du congrès de la Société américaine de physiologie et de celui de la Société américaine d'endocrinologie, qui gardaient encore une dimension humaine, et où les sessions parallèles n'avaient pas encore été inventées, lui permettaient, en quelques jours, de mettre à jour son enseignement de physiologie. L'enseignement était une source d'inspiration directe pour ses recherches. Il aimait citer ces mots de Claude Bernard : " On étudie les sciences analytiquement, on les enseigne synthétiquement .....toutes les fois qu'une science ne peut être enseignée synthétiquement, c'est qu'elle n'est pas encore comprise ". A cet égard, le cours de physiologie concernant l'axe reproductif féminin humain constituait, pour cet enseignant pourtant brillant, un moment redouté de l'année, tant le cours lui apparaissait incompréhensible par les étudiants : il faut bien se souvenir qu'à l'époque ce qui était connu de la Reproduction l'était des travaux menés chez les rongeurs et il était bien difficile de l'extrapoler à l'espèce humaine. Ceci orienta ses recherches pour plusieurs décennies, à travers une démarche systématique que l'on peut, schématiquement, décomposer en trois périodes :

La première période démarra avec l'identification d'un modèle expérimental adapté, suffisamment proche de l'espèce humaine, le singe de l'ancien monde, qui nécessita la mise au point de techniques de mesure des concentrations hormonales sanguines. A cet égard le premier dosage plasmatique de la progestérone constitua une étape cruciale permettant de se lancer dans l'exploration de la dynamique du cycle menstruel et de ses déterminants, marquée notamment par les désormais classiques expériences sur la rétro-action négative exercée par l'estradiol sur la sécrétion de FSH et les conditions d'amplitude et de durée du signal estradiol pour déclencher le pic de LH [5, 6] (figure 1). Cette première série de travaux fut résumée dans un chapitre (qui fait maintenant partie des classiques de la physiologie endocrinienne), du volume de Recent progress in hormone research de l'année 1974, jetant les bases de la compréhension périphérique des interactions entre ovaires et hypophyse [7]. Cette période s'acheva par la mise en évidence d'un phénomène intrigant, l'existence de fluctuations ultradiennes régulières de l'hormone LH dans le plasma, que l'amélioration de la qualité des dosages plasmatiques ne permettait plus d'attribuer à des erreurs liées à la technique de mesure. Il est intéressant de noter, à ce propos, que ce phénomène fut décrit simultanément par le groupe de G. Rosselin chez des femmes ménopausées [18].

Une deuxième période de travaux s'ouvrit alors, s'attachant à montrer l'importance de cette pulsatilité dans le fonctionnement normal de l'axe reproductif, et aboutissant, par une série d'expériences simples en apparence et élégantes, mais complexes dans leurs mises en œuvre pratique, à la notion de rôle permissif exercé par l'hypothalamus sur l'axe hypophyso-ovarien à travers le générateur hypothalamique de pulsations de GnRH [8, 12] (figures 2 et 3). Un jeune gynécologue allemand, L. Wildt [11], lié à G. Leyendecker, et présent dans son laboratoire à cette époque, proposa alors une base rationnelle à la classification des aménorrhées d'origine haute et, en même temps, développa un moyen thérapeutique innovant : l'administration pulsatile de GnRH exogène en absence de la sécrétion endogène, génératrice d'aménorrhée. Une mise en cohérence de ces travaux fit l'objet d'un chapitre, devenu classique lui aussi, du Recent progress in hormone research de 1980 [13]. Mais, d'ores et déjà, une nouvelle étape allait être franchie par l'enregistrement de l'activité électrique associée à ce générateur hypothalamique. Il n'est sans doute pas inutile de mentionner, pour le lecteur français, la collaboration établie à cette époque avec le Pr. Jean-Didier Vincent, à travers B. Duffy et L. Duffy-Barbe, qui participèrent directement à l'introduction de techniques d'électrophysiologie dans un laboratoire d'endocrinologie peu habitué à de telles techniques et contribuèrent au succès des premiers essais d'enregistrement du générateur hypothalamique à GnRH [10], avant que la méthode d'enregistrement multi-unitaire ne soit définitivement mise au point par T. Akema [14].

Cette troisième étape, débutée à Pittsburgh s'est poursuivie à Houston, où Ernst Knobil avait accepté la prestigieuse mais lourde charge de doyen de la faculté de médecine du Texas (imaginerait­on, dans notre pays, qu'un doyen de faculté de médecine ne soit pas médecin ?), qui souhaitait développer un cursus médical innovant. À côté de nombreux travaux publiés décrivant cette activité électrique au cours du nycthémère, tant chez l'animal castré que chez l'animal intact, puis analysant, en temps réel, l'effet d'un certain nombre de substances (alpha- et beta-bloquants ; CRH (figure 4) ; opiacés ; NMDA, etc) sur la dynamique de la sécrétion de LH plasmatique, c'est certainement la description de l'activité électrique du générateur hypothalamique à GnRH [15] tout au long du cycle menstruel chez des singes femelles libres de leurs mouvements qui représente le travail le plus accompli dans ce domaine (figure 5). Grâce à un système de télémétrie ingénieux, il fut en effet possible de mettre en évidence l'arrêt paradoxal de l'activité électrique (du moins dans cette espèce), peu avant le pic de LH lors de l'acmé du niveau d'estradiol plasmatique, puis sa reprise, à un rythme beaucoup plus lent, en phase lutéale. Les derniers travaux, notamment avec T. Ördog, ont porté d'une part sur une investigation fine des mécanismes électrophysiologiques hypothalamiques survenant lors du pic de LH induit par l'estradiol [16], d'autre part sur l'effet de l'allaitement sur l'activité du générateur hypothalamique [17]. Ces études marqueront sans doute durablement ce domaine de la régulation neuro-endocrinienne de la fonction de reproduction, compte tenu de l'originalité de l'approche et de la complexité de l'expérimentation.

Ses travaux pionniers chez les primates non humains ont donc profondément marqué la physiologie moderne, notamment dans le champ de la reproduction, en bouleversant la compréhension des liens entre le système nerveux central et l'axe reproductif. Ils ont aussi été directement à l'origine de la mise au point de thérapeutiques visant à stimuler ou au contraire à inhiber l'axe reproductif. Que des concepts comme celui de la stimulation intermittente ou du blocage d'une activité endogène par des agonistes/antagonistes de GnRH aient été aussi rapidement intégrés à la pratique quotidienne des cliniciens, que ce soit dans le champ de la reproduction (infécondités et protocoles FIV), qu'en endocrinologie (anomalies du développement pubertaire), en gynécologie, en urologie et en cancérologie (principes de la castration chimique), souligne d'autant plus le rôle pionnier qu'a exercé E. Knobil. Tout ceci s'est fait dans le droit fil des conceptions de la physiologie chères à Claude Bernard, dont il connaissait intimement l'œuvre.

Un détail, mais non des moindres, illustre la conception de la recherche publique qu'avait Ernst Knobil : tout chercheur du laboratoire travaillait pour le groupe et devait soigneusement transcrire ses activités sur les cahiers de laboratoire, au fur et à mesure de l'avancement de ses travaux. Lors de la fermeture du laboratoire de neuroendocrinologie de Houston en 1997, l'ensemble des cahiers de laboratoire, dûment numérotés depuis l'époque d'Harvard jusqu'à celle de Houston, en passant par Pittsburgh, et contenant chaque détail des procédures, protocoles, expérimentations, données, techniques de dosages, instrumentations fut soigneusement répertorié et archivé à la bibliothèque commune de l'University of Texas medical school at Houston et du Baylor college of medicine. La mémoire d'un demi-siècle de travail est donc maintenant accessible à la communauté scientifique, qui pourra éventuellement trouver là matière à réflexion ou ré-analyse.

Au terme de ce rapide survol d'une carrière qui s'est déroulée dans une période de profondes mutations et découvertes, qui constituent les bases rationnelles de l'endocrinologie clinique actuelle, il convient de mentionner également l'implication d'E. Knobil dans de nombreuses missions pour des organismes internationaux, des travaux d'expertise multiples, comme tout récemment encore sur l'enseignement scientifique, notamment médical aux États-Unis, sur les oestrogènes environnementaux, sur l'éthique de la recherche, tous domaines où il s'était gagné la réputation d'un esprit clair et indépendant, soucieux de rigueur et d'équité.

Membre de l'Académie des Sciences des Etats-Unis, de l'Académie des Sciences Française et de nombreuses autres académies, Docteur Honoris Causa de plusieurs universités à travers le monde, récipiendaire de nombreux prix scientifiques prestigieux, unanimement reconnu par la communauté scientifique mondiale, le Pr. Knobil a toujours entretenu des rapports étroits avec la communauté scientifique française et notre pays, dont il aimait jusqu'à ses derniers jours pratiquer la langue. Cette pratique permit à la communauté médicale et scientifique francophone d'apprécier, régulièrement au cours des ans, à travers la rigueur et la concision de ses exposés, l'avancée des travaux menés dans son laboratoire, dans une vision toujours intégrée de la physiologie.

CONCLUSION

REFERENCES

1. Knobil E., Greep R.O. 1959. Physiology of growth hormone with particular reference to its action in the Rhesus monkey and the " species specificity " problem. Rec Prog Horm Res 15: 1.

2. Meyer V., Knobil E. 1967. Growth hormone secretion in the unanesthetised Rhesus monkey in response to noxious stimuli. Endocrinology 80 : 163-171.

3. Knobil E. 1959. Direct evidence for fatty acid mobilization in response to growth hormone mobilisation in rats. Proc Soc Exp Biol Med 101: 288-289.

4. Sakuma M., Knobil E. 1970. Inhibition of endogenous growth hormone secretion by exogenous growth hormone infusion in the rhesus monkey. Endocrinology 86: 890-894.

5. Karsch F.J., Weick R.F., Butler W.R., Dierschke D.J., Krey L.C., Weiss G., Hotchkiss J., Yamaji T., Knobil E. 1973. Induced LH surges in the rhesus monkey: strength-duration characteristics of the estrogen stimulus. Endocrinology 92: 1740-1747.

6. Karsch F.J., Weick R.F., Hotchkiss J., Dierschke D.J., Knobil E. 1973. An analysis of the negative feedback control of gonadotropin secretion utilizing chronic implantation of ovarian steroids in ovariectomized rhesus monkeys. Endocrinology 93: 478-486.

7. Knobil E. 1974. On the control of gonadotropin secretion in the rhesus monkey. Rec Prog in Hormone Research 30:1-46.

8. Belchetz P.E., Plant T.M., Nakai Y., Keogh E.J., Knobil E. 1978. Hypophysial responses to continuous and intermittent delivery of hypothalamic gonadotropin- releasing hormone. Science 202: 631-633.

9. Nakai, Y., Plant T.M., Hess D.L., Keogh E.J., Knobil E. 1978. On the sites of the negative and positive feedback actions of estradiol in the control of gonadotropin secretion in the rhesus monkey. Endocrinology 102: 1008-1014.

10. Dufy B., Dufy-Barbe L., Vincent J.D., Knobil E. 1979. Electrophysiological study of hypothalamic neurons and gonadotropin regulation in rhesus monkey. Journal de Physiologie 75 : 105-108.

11. Wildt L., Marshall G., Knobil E. 1980. Experimental induction of puberty in the infantile female rhesus monkey. Science 207:1373-1375.

12. Knobil E., Plant T.M., Wildt L., Belchetz P.E., Marshall G. 1980. Control of the rhesus monkey menstrual cycle: permissive role of hypothalamic gonadotropin-releasing hormone. Science 207:1371-1373.

13. Knobil E. 1980. The neuroendocrine control of the menstrual cycle. Rec Prog in Hormone Research 36: 53-88.

14. Wilson R.C., Kesner J.S., Kaufman J.M., Uemura T., Akema T., Knobil E. 1984. Central electrophysiologic correlates of pulsatile luteinizing hormone secretion in the rhesus monkey. Neuroendocrinology 39: 256-260.

15. O'Byrne K.T., Thalabard J.C., Grosser P.M., Wilson R.C., Williams C.L., Chen M.D., Ladendorf D., Hotchkiss J., Knobil E. 1991. Radiotelemetric monitoring of hypothalamic gonadotropin-releasing hormone pulse generator activity throughout the menstrual cycle of the rhesus monkey. Endocrinology 129: 1207-1214.

16. Ördog T., Knobil E. 1995. Estradiol and the inhibition of hypothalamic gonadotropin-releasing hormone pulse generator activity in the rhesus monkey. Proc Natl Acad Sci USA, 92: 5813-5816.

17. Ördog T., Chen M.D., O'Byrne K.T., Goldsmith J.R., Connaughton M.A., Hotchkiss J., Knobil E. 1998. On the mechanism of lactational anovulation in the rhesus monkey. Am J Physiol 274: E665-676.

18. Dolais J., Valleron A.J., Grapin A.M., Rosselin G. 1970. Study of human luteinising hormone (hLH) during the nycthemeron. CR Acad Sci, série D, 270 : 3123-3126.