Bases moléculaires des défauts sécrétoires des cellules ß pancréatiques lors de la glucotoxicité

par Julien Papin

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et Physiopathologie

Sous la direction de Jochen Lang.

Soutenue le 17-12-2009

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Michel Moenner.

Le jury était composé de Laurence Bresson-Bépoldin, Bernard Portha.

Les rapporteurs étaient Stéphane Dalle, Christophe Magnan.


  • Résumé

    La glucotoxicité, ou exposition prolongée à de hautes teneurs en glucose, altère la fonction des cellules ß-pancréatiques et participe au développement du diabète. Il a été démontré que dans les cellules ß, la glucotoxicité engendre des modifications de l’expression génique, des altérations des voies de signalisation Ca2+-dépendantes et de l’exocytose ainsi qu’une augmentation de l’apoptose. Les mécanismes moléculaires responsables de ces altérations sont encore peu connus, mais ces observations suggèrent que des changements du profil d’expression génique des cellules ß-pancréatiques en sont à l’origine. Afin de mieux comprendre les conséquences de la glucotoxicité, une étude génomique a été menée dans la lignée de cellules ß-pancréatiques INS-1E. Cette étude a révélé l’existence de variations significatives des taux d’expression de plusieurs gènes importants pour la fonction des cellules ß, codant pour des protéines impliquées notamment dans le métabolisme glucidique et les différentes étapes de la voie de sécrétion d’insuline. D’autre part, cette approche a également révélé de profonds changements dans les voies de signalisation dépendantes de l’AMPc. Si le rôle prédominant du Ca2+ dans la régulation de la voie de sécrétion de l’insuline a été mis en évidence et bien caractérisé, l’implication et l’importance de l’AMPc dans ce processus restent mal définies. L’AMPc, au même titre que le Ca2+, module l’activité de nombreuses protéines de signalisation, régule l’expression génique et intervient également dans le trafic vésiculaire et la sécrétion d’insuline. De manière intéressante, l’expression de l’adénylate cyclase 8 (ADCY8) est fortement diminuée en condition de glucotoxicité. Ceci suggère qu’un défaut de synthèse d’AMPc pourrait être à l’origine du remaniement des voies de signalisation impliquées dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Nous avons donc décidé d’étudier, plus en profondeur, les conséquences fonctionnelles de la diminution de l’expression de l’ADCY8 sur ces voies. Nos résultats suggèrent que l’ADCY8, une isoforme peu exprimée dans les cellules ß- pancréatiques? et stimulée par le Ca2+, se trouve au carrefour des voies de signalisation activées par le glucose et le GLP-1. La diminution de son expression est ainsi partiellement responsable des effets induits par la glucotoxicité sur la régulation de la sécrétion d’insuline. D’autre part, plusieurs résultats récents suggèrent l’implication des voies de signalisation AMPc-dépendantes dans la protection des cellules ß contre l’apoptose et dans ce contexte, le rôle de l’ADCY8 dans ces cellules a été abordé.


  • Résumé

    Glucotoxicity, or prolonged exposure to elevated levels of glucose, alters the function of pancreatic??-cells and is involved in diabetes pathogenesis. It has been demonstrated that glucotoxicity modifies gene expression and induces considerable changes in [Ca2+]i and in cAMP-dependent signalling (Dubois et al, Endocrinology, 148(4):1605-14 ; 2007) as well as a it decreases insulin exocytosis in response to glucose and increases apoptosis. The molecular mechanisms of these effects are not known but several observations suggest that changes in gene expression profiles are involved. To address that, a genomic study has been done in the clonal b-cell line INS-1E and revealed important modifications in the expression rates of many genes involved in glucose metabolism and vesicular traffic. This approach also revealed the alteration of cAMP-mediated signalling pathways and as the role of calcium and the importance of the correlation between cAMP and Ca2+-mediated signalling pathways had been shown, it was interesting to address the role of this second messenger in this process. Actually, cAMP regulates the activity of a large number of signalling proteins, it is also an important messenger involved in vesicular traffic, insulin secretion and gene expression. Interestingly, we also found that the expression of the adenylyl cyclase VIII (ADCY8) was largely diminished by glucotoxicity and this suggests that an alteration of cAMP synthesis could be involved in the decrease of insulin secretion in this condition. For this reason, we decided to address the functional consequences of altered ADCY8 expression on cAMP-mediated signalling pathways and on its correlation with the decrease of insulin secretion in glucotoxicity. Our results demonstrate a requirement for ADCY8 in glucose as well as in GLP-1 activated signalling pathways and strongly suggest a central role for ADCY8 in glucotoxicity. Moreover, recent publications suggest the implication of cAMP-mediated signalling pathways in the protection of b-cells against apoptosis induced by glucotoxicity, and the role of ADCY8 in this process was investigated.


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