La régénération de l'insuline au rythme des horloges cellulaires

Publié par Isabelle le 15/11/2020 à 13:00
Source: Université de Genève
Des scientifiques de l'UNIGE et des HUG identifient le rôle essentiel des horloges circadiennes dans la régénération des cellules productrices d'insuline.


Image d'îlots pancréatiques montrant les marqueurs de prolifération (en rouge) dans les noyaux (en bleu) des cellules bêta productrices d'insuline (en vert). © UNIGE/Dibner

Certaines parties de notre corps, comme la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le...) ou le foie (Le foie est un organe abdominal impair et asymétrique, logé chez l'homme dans...), peuvent se régénérer après une affection. Les cellules encore fonctionnelles prolifèrent pour compenser les pertes. Ainsi, depuis une trentaine d'années, les scientifiques se penchent sur le potentiel de régénération des cellules bêta du pancréas (Le pancréas est un organe abdominal, une glande annexée au tube digestif. Il est...), responsables de la production d'insuline. Leur atteinte étant en grande partie responsable de l'apparition du diabète (Le diabète présente plusieurs formes, qui ont toutes en commun des urines abondantes...), la possibilité de les régénérer constitue un espoir de traitement.

En étudiant des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant...) diabétiques, des scientifiques de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE) et des Hôpitaux universitaires de Genève (HUG) ont observé que leur mécanisme de régénération était sous l'influence des rythmes circadiens - les horloges moléculaires régulant les fonctions métaboliques cellulaires selon un cycle de 24 heures (L'heure est une unité de mesure  :). De plus, les scientifiques ont identifié le rôle essentiel d'un composant clé des rythmes circadiens, la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) BMAL1. Ces résultats, à lire dans la revue Genes and Development, permettent d'envisager de nouvelles perspectives pour favoriser la régénération des cellules bêta.

La prolifération compensatoire, durant laquelle des cellules se divisent activement pour remplacer leurs soeurs disparues après une affection, est un mécanisme biologique connu, mais encore mal résolu. "C'est particulièrement vrai en ce qui concerne les cellules bêta pancréatiques, dont le mécanisme de régénération reste peu compris, malgré des décennies de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...)," explique Charna Dibner, responsable du laboratoire d'endocrinologie circadienne aux Départements de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) et de physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et...) cellulaire et métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques...) ainsi qu'au Centre facultaire du diabète de la Faculté de médecine de l'UNIGE et aux HUG. "Cependant, décrypter ce phénomène et surtout trouver comment l'encourager pourrait changer la donne dans le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) thérapeutique (La thérapeutique (du grec therapeuein, soigner) est la partie de la médecine qui...) du diabète."

Une alternance jour-nuit indispensable

Afin de mieux comprendre la connexion entre l'horloge biologique et la régénération des cellules bêta, l'équipe de Charna Dibner a tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) d'abord observé deux groupes de souris ne disposant plus que de 20% de cellules bêta après ablation. Le premier groupe était une lignée de souris génétiquement modifiée pour être arythmique, alors que le second groupe, utilisé comme contrôle, disposait d'horloges parfaitement fonctionnelles. "Les souris dépourvues d'horloges sont incapables de régénérer leurs cellules bêta et souffrent d'un diabète sévère. Les cellules bêta du deuxième groupe se régénèrent et leur diabète est sous contrôle en quelques semaines seulement," détaille Volodymyr Petrenko, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'UNIGE et investigateur principal de ces travaux. En mesurant le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de divisions des cellules bêta sur une période de 24 heures, les scientifiques ont en outre noté que la régénération est plus importante la nuit, lorsque les souris sont actives.

Le gène BMAL1, métronome de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) cellulaire

Les souris arythmiques utilisées dans l'étude sont dépourvues du gène BMAL1, codant pour la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) du même nom, qui est un facteur de transcription connu pour son action essentielle dans le fonctionnement des horloges circadiennes. "Nos analyses montrent que ce gène est indispensable à la régénération des cellules bêta", ajoute Volodymyr Petrenko. De plus, grâce à des analyses transcriptionnelles effectuées sur une durée de 24h, réalisées en collaboration avec Bart Vandereycken du Département de mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide...) de l'UNIGE, les chercheurs/euses ont mis en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) le fait que les gènes responsables de la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) du cycle et de la prolifération cellulaire, étaient non seulement surexprimés, mais avaient également acquis la rythmique circadienne. "Ainsi, BMAL1 semble bien être au coeur de notre enquête", souligne Charna Dibner. "Cependant, on ne sait pas encore très bien si, pour que la régénération s'opère, il faut des horloges circadiennes fonctionnelles proprement dites, ou si seul BMAL1, dont l'étendue des fonctions va au-delà des horloges, est nécessaire. C'est ce que nous voulons découvrir à l'avenir".

Les scientifiques veulent aussi explorer, dans ce modèle, le comportement des cellules alpha productrices de glucagon, l'hormone (Une hormone est un messager chimique véhiculé par le système circulatoire qui agit...) antagoniste de l'insuline. Les souris arythmiques présentaient en effet de très hauts niveaux de glucagon dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le...). La compréhension de ces mécanismes permettra peut-être de déclencher la régénération des cellules bêta chez l'être humain, un espoir de traitement pour les personnes diabétiques.

Pblication:
Cette recherche est publiée dans Genes and Development DOI: 10.1101/gad.343137.120

Contacts:
- Charna Dibner - Maître d'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une...) et de recherche - Département de médecine - Département de physiologie cellulaire et métabolisme - Centre facultaire du diabète - Faculté de médecine de l'UNIGE - Charna.Dibner at unige.ch
- Volodymyr Petrenko - Maître-assistant -Département de médecine - Département de physiologie cellulaire et métabolisme- Centre facultaire du diabète - Faculté de médecine de l'UNIGE - Volodymyr.Petrenkoat unige.ch
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