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UE1 Bases moléculaires et cellulaires des pathologies Pr Hélène
CavéMardi 02/10/2018 de 15h30 à 17h30 Ronéotypeur : Sonia Dias da
Costa Roneoficheur : Lilly Zhao-Boulet
Cours 3 Signalisation et régulation de la glycémie
Le professeur a indiqué lors de son premier cours ne pas vouloir
relire les Ronéo.
Ce cours s’articule avec deux UEs : la partie plus fondamentale
avec la médiation de l’insuline, glucagon et adrénaline est étudiée
dans ce cours et la deuxième partie, qui sera vue en UE8, sera plus
axée sur l ‘application en pathologie avec le diabète. Malgré que
les cours sont dans des UEs différentes il faut les voir dans la
continuité.
Le professeur a posé quelques questions pour une réflexion en
dehors du cours. Leur correction sera faite dans sonprochain
cours.
Le type de questions tombables à l’examen sont à la fin du
cours
Pour rappel Glycolyse : dégradation du glucose avec production
d’ATPNéoglucogénèse : production de glucose Glycogénogénèse :
production de glycogène à partir du glucose (stockage du glucose)
Glycogénolyse : dégradation du glycogène pour obtenir du
glucose
Bien connaître l’inhibition du récepteur de l’insuline car il y
a une grande importance en pathologie
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Sommaire
1 Processus généraux de conversion d’énergie 1.1 Les besoins
énergétiques de l’organismes 1.2 Les ressources énergétiques
endogènes 1.3 La glycémie
1.3.1 La glycémie normale 1.3.2 Les voies métaboliques 1.3.3
Rôle central du foie dans les échanges métaboliques 1.3.4 Le
glucose
2 Les transporteurs de glucose 2.1 Les transporteurs SGLT 2.2
Les transporteurs GLUT
3 Régulation Hormonale de la glycémie 3.1 L’insuline
3.1.1 Structure de l’insuline 3.1.2 Sécrétion de l’insuline
3.1.3 Régulation de la Sécrétion de l’insuline
3.1.3.1 Régulation par la glycémie 3.1.3.2 Régulation par les
hormones
3.1.4 Diabète par mutation du canal K 3.1.5 Effets Pléiotropes
de l’insuline
3.1.5.1 Effet sur la glycémie 3.1.5.2 Effet mitogène
3.1.6 Récepteur de l’insuline 3.1.6.1 Voie PI3-Kinase/AKT
3.1.6.2 Voie RAS (MAP Kinases) 3.1.6.3 Rôle de l’insuline dans le
transport du glucose 3.1.6.4 Inhibition du récepteur de
l’insuline
3.2 Le glucagon 3.2.1 Structure du glucagon 3.2.2 Inhibition de
glycolyse hépatique 3.2.3 Activation de la glycogénolyse hépatique
3.2.4 Régulation transcriptionnelle des gènes de la néoglucogénèse
au cours du jeun
3.3 L’adrénaline
4 Un régime pour booster l’efficacité d’un traitement
anticancéreux
5 A connaître
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1 Processus généraux de conversion d’énergie 1.1 Les besoins
énergétiques de l’organisme
Plus de 90 % de l’énergie est utilisée par les organes
principaux : 30 % pour les muscles squelettiques, 25 % pourles
organes abdominaux (notamment le foie), 20 % pour le cerveau et 11
% pour le cœur. Cependant, pendantcertaines circonstances
physiologiques spécifiques ces besoins énergétiques vont être
accrus comme dans lacroissance chez l’enfant, l’absorption et
digestion (appareil digestif, foie, etc) et l’exercice musculaire
.
1.2 Les ressources énergétiques endogènes
Le tableau représente les réserves énergétiques d’un hommede 70
Kg et montre que les ressources énergétiquesendogènes sont
partagées par 3 types de molécules présentesen quantités variables
dans l’organisme. Les glucides en tantque glucose ou glycogène
(forme de stockage), lestriglycérides et des protéines mobilisables
(pas de protéinesde structure). Ces 3 molécules ne sont pas
stockées aumême endroit, les triglycérides dans le tissu adipeux,
lesprotéines essentiellement dans le muscle et le glucose dansle
muscle, foie, et dans le sang où il est la principale
sourced’énergie quantitativement. Le glucose est ainsi la forme
circulante de l’énergie, même s’il y a un peu detriglycérides dans
le sang. Du fait de sa présence dans le sang, le glucose peut
passer facilement de cellule encellule et malgré qu’en termes de
quantité ce n’est pas très important, il est rapidement mobilisable
faisant de lui lasource énergétique d’urgence. Les triglycérides
sont, quantitativement la ressource énergétique la plus importante,
mais tous seuls ils ne suffisentpas aux besoins de l’organisme et
ce car certains tissus utilisent quasi-exclusivement du glucose,
comme le cerveau(tissu nerveux) et les érythrocytes. Le glucose
ayant ce rôle important il est primordial de réguler son
homéostasie.
Le principe d’homéostasie ou le 1er principe de dynamique du
vivant : ce principe se définit par un état d’équilibreintérieur
d’un organisme face à des modifications du milieu extérieur ou, les
fonctions du vivant sont stables (etrésistantes à des petites
perturbations). Le milieu extérieur est constamment soumis à des
variations, mais face àcela, le milieu intérieur doit être capable
de maintenir certains paramètres biochimiques dans des limites
étroites.Ainsi, « un être vivant est un système homéostatique ou en
homéostase ». Les fonctions du vivant sont stables,mais elles
peuvent résister à des perturbations en maintenant les paramètres
biochimiques dans une fourchetteétroite. Un exemple des ces
paramètres est la glycémie.
1.3 La glycémie 1.3.1 La glycémie normale
En g/L En mmol/L
À jeun 0,7 à 1,1 4 à 6
En post-prandial (2h) < 1,4 < 8 * 1g/L = 5,5 mmol/L
• Pourquoi est-il nécessaire/important de réguler la glycémie ?
◦ Tous les tissus consomment du glucose pour produire de l’ATP et
les biosynthèses (NADH2,
NADPH2, voie des pentoses. → le glucose est la brique
élémentaire de la biosynthèse)◦ Le glucose est une source majeure
pour le muscle, à l’exception du cœur → pour fonctionner
rapidement◦ le glucose est la source d’énergie exclusive pour le
SNC (corps cétoniques si jeûne prolongé) et les
globules rouge. ◦ Si absence de glucose une hypoglycémie
délétère pour les tissus consommateurs exclusifs du glucose
(SNC) peut provoquer des malaises et des comas
hypoglycémiques
• Quels sont les enjeux ? ◦ Limiter lors d’un repas
l’augmentation brutale du taux de glucose en favorisant la capture,
l’utilisation
et le stockage
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◦ Maintenir, entre les repas un apport suffisant en glucose pour
les tissus utilisant quasi-exclusivement leglucose (cerveau et
érythrocytes)
◦ S’adapter à des besoins énergétiques accrus lors d’un effort
musculaire.
• Les équilibres font intervenir 3 types d’organes pour
homéostasie du glucose ◦ Absorption (intestin) : sources exogènes
(amidon et diholosides) ◦ Production (foie) : sources endogènes,
glycogène, néoglucogénèse (alanine, lactate glycérol). Ces
sources sont complémentaires des exogènes. ◦ Capture et
utilisation (tissus périphériques) ; rôle quantitatif majeur du
muscle.
• Coordination ◦ Communication entre les différents organes via
des hormones (qui passent dans le sang) et signalent ce
que l’organe a doit faire◦ Cela est fait à partir d’une (et une
seule) hormone hypoglycémiante, l’insuline → quand il y a trop
de
glucose◦ ou quand il n’y a pas assez de sucre à partir
d’hormones hyperglycémiantes comme le glucagon,
l’adrénaline et autres (qui ne seront pas étudiées dans ce
cours)
1.3.2 Les voies métaboliques
Pour répondre aux besoins de la cellule, celle-ci utilisedes
voies métaboliques qui doivent fonctionner defaçon intégrée afin de
concilier 2 équilibres quirépondent à des besoins différents :
• Les besoin d’énergie local est régulé par lerapport ADP/ATP.
En cas de besoin, la celluleentame la glycolyse à partir du glucose
et sicela n’est pas suffisant la glycogénolyse. Lecatabolisme est
favorisé pour faire face a unbesoin d’énergie intracellulaire
• Besoin de maintenir la glycémie constante :Lorsque l’organisme
est en hypoglycémie, la glycogénolyse et la néoglucogenèse sont
favorisées afin demaintenir le taux du glucose dans les paramètres
normaux . Mais si l’organisme est en hyperglycémie,
laglycogénogénèse et la glycolyse sont à leur tour favorisées.
Quelques soient les besoins en énergie locaux,l’homéostasie du
glucose doit être maintenue.
1.3.3 Rôle central du foie dans les échanges métaboliques entre
muscle et foie
Dans le schéma ci-contre, les étapes à gauchecorrespondent à ce
qui se passe dans le foie, alorsque celles de droite se passent
dans le muscle.
Le foie a un rôle central dans les différentséchanges
métaboliques, on l’appelle ainsi de« glucostat ». Il est à la fois
capable de capter leglucose et de le restituer à la circulation
sanguinedans un contexte de nécessité. Les outilspermettant au foie
de jouer ce rôle sont lessuivants :
• le glucose est capable d’entrer dans le foiepar un
transporteur GLUT2, il est piégédans la cellule par phosphorylation
et ensuite est stocké sous forme de glycogène. →
glycogénogénèse
• le foie peut restituer le glucose en cas de besoin, via la la
glycogénolyse. Le glycogène est dégradé enGlucose-6P qui va donner
le glucose via la glucose 6 phosphatase. Le glucose va ainsi
pouvoir partir dansla circulation pour lutter contre une glycémie
défaillante → glycogénolyse
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• production du glucose par la néoglucogenèse grâce au pyruvate,
lactate ou certains acides aminés commel’alanine. →
néoglucogenèse
• Hexokinase/ Glucokinase : L’hexokinase est ubiquitaire et est
active à glycémie normale puisque son Kmest faible (Km=0,1 mM),
donc elle a une forte affinité pour le glucose. La glucokinase est
présenteuniquement dans le foie et dans le pancréas. Elle effectue
la même réaction que l’hexokinase, mais elle aune faible affinité
pour le glucose car la valeur de la Km (Km=10 mM) est supérieure à
la valeur de laglycémie normal. Cela veut dire qu’elle est active
lors d’une hyperglycémie, permettant ainsi au foie dejouer le rôle
d’éponge du glucose. Une fois la glycémie rétablie, c’est
l’hexokinase qui entre en jeu.L’arsenal enzymatique va être à
l’origine de la spécification des organes
Le muscle est aussi important dans la régulation de la glycémie,
car il est capable de faire la glycogénogénèse ainsique la
glycogénolyse. Cependant, à l’inverse du foie, le muscle n’a pas de
glucose-6 Phosphatase, ainsi il n’est pascapable de transformer le
glucose 6-Phosphate en glucose. Le muscle n’est donc pas capable de
distribuer leglucose qu’il produit à partir du glycogène. Il a un
usage égoïste du glucose puisque tout le glucose qu’il produitsera
utilisé par lui même. Le muscle n’est, par conséquent, pas capable
de rétablir une glycémie normale. Maiscomme il utilise son propre
glucose, il ne va pas consommer le glucose de la circulation
sanguine. Donc cettecapacité de stocker son glucose et de
l’utiliser pour ses propres besoins va épargner le glucose au
dépend desorganes qui en ont le plus besoin. Le muscle participe un
peu à la synthèse du glucose en produisant desprécurseurs de
néoglucogenèse. Lors d’un effort musculaire important il va
produire du lactate qui sera ensuitecapté par le foie. Il participe
aussi à la dégradation des protéines, ce que lui permet de produire
des acides aminésqui pourront être utilisés par le foie.
1.3.4 Le glucose
Le glucose est une molécule hydrophile qui ne peut pas pénétrer
librement à travers la doublecouche lipidique de la membrane
cellulaire. La cellule a donc trouvé un artifice pour le faire :les
transporteurs de glucose.
2 Les transporteurs de glucose 2.1 Les transporteurs SGLT
(Sodium Glucose Transporter)
Les transporteurs SGLT permettent un transport actif secondaire
couplé à un gradient électrochimique avec unepompe Na+/K+ ATP
dépendante. On le retrouve surtout au niveau des cellules
épithéliales.
2.2 Les transporteurs GLUT (GLUcose Transporter de 1 à 5)Les
transporteurs GLUT permettent une diffusion facilitée dans le sens
du gradient électrochimique deconcentration du glucose. Ils sont
beaucoup plus ubiquitaires et les différentes isoformes se
distinguent par :
• leur expression dans les différents tissus• la spécificité de
leur substrat (car certains transportent autres choses que le
glucose) • leurs caractéristiques cinétiques
Transporteur Principale localisation tissulaire Affinité
FonctionGLUT1 ubiquitaire forte Transport basal
GLUT2 Foie, pancréas, intestin, rein faible Régulation
glycémie
GLUT3 ubiquitaire forte Transport Basal
GLUT4 Muscle strié, tissus adipeux forte Tissus
insulino-sensibles
GLUT5 intestin Très faible Fructose
→ Le GLUT2 dans le foie et dans le pancréas ne sera efficace que
sur des fortes concentrations de glucose car il aune affinité
faible pour celui-ci. Ainsi, il ne sera actif qu’en cas
d’hyperglycémie. C’est donc un mécanismecomplémentaire de la
glucokinase/hexokinase présentes dans la foie et dans le
pancréas.
→ Le GLUT4 a une forte affinité pour le glucose et est régulé
par l’insuline, ainsi il est présent uniquement dansles tissus
insulino-sensibles. Le foie n’en fait pas partie car la capture de
glucose dans le foie n’est pas régulée parl’insuline.
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L’existence de plusieurs isoformes d’une molécule (soit
transporteur, soit enzyme) joue un rôle majeur dans
ladiversification des tissus et la capacité a avoir des fonctions
nouvelles et à s’adapter aux besoins métaboliques
del’organisme.
3 Régulation Hormonale de la glycémie
La régulation hormonale de la glycémie est intimement liée au
pancréas. Celui-ci par sa fonction endocrine auniveau des îlots de
Langherans, secrète de l’insuline via les cellules β et du glucagon
via les cellules α. L’insulineest responsable de l’anabolisme et a
donc une fonction hypoglycémiante, alors que le glucagon est
impliqué dans lecatabolisme et a une fonction hyperglycémiante.
3.1 L’insuline 3.1.1 Structure de l’insuline
L’insuline est codée par un seul gène localisée dans le
chromosome 11p15. L’insuline est un petit polypeptide de 51acides
aminés (environ 6 Kda). Elle fait partie des molécules qui sont
secrétées dans une forme immature. La pre-proinsuline.
Pré-proinsuline(immature)
Peptide d’une centaine d’acides aminés, replié sur lui-même par
des ponts disulfure (liaisoncovalentes entre cystéines). Il est
produit dans les citernes du réticulum endoplasmique. Il
estconstitué d’un peptide signal, d’un c-peptide, d’une chaîne A et
d’une chaîne B. Il contient desponts disulfure (liaison
covalentes).
Proinsuline Obtenue suite à la digestion de le la
pré-proinsuline avec libération du peptide signal .
Insuline(mature)
Obtenue suite au clivage entre une lysine et une arginine
présentes entre le c-peptide et lachaîne A. Suite à ce clivage, ces
deux acides aminés sont éliminés et on obtient l’insuline.
L’insuline possède 51 acides aminés (environ 6 Kda) et est formée
d’une chaîne A et unechaîne B reliées entre elles par des ponts
disulfure. L’insuline et le c-peptide sont enfermés dans les
granules de sécrétion (vésicules) prêtes à êtreutilisées en cas de
besoin.
Un patient diabétique peut avoir 2 types d’insuline, l’endogène
(produite par les cellules β du pancréas) etl’exogène (traitement
médical). Vu que ces deux molécules sont identiques, seul le dosage
du c-peptide permet defaire la quantification de l’insuline
endogène.
Question à corriger en UE8 dans le cours du diabète: Il existe
un diabète néonatal, très rare, lié à des mutationsde certains
gènes dont l’insuline. Sur la chaîne de la pré-proinsuline, on voit
en les substitutions de cette forme dediabète néonatal. Quelle
hypothèse pouvez-vous faire sur la conséquence moléculaires de ces
mutations etcomment pouvons nous faire le lien avec l’apparition du
diabète chez ces enfants ?
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3.1.2 Sécrétion de l’insuline
Les cellules β du pancréas présentent à leur membrane plasmique
uncanal K+ ATP-dépendant. Ce canal, présent exclusivement dans la
celluleβ pancréatique, est composé de 4 molécules KIR6.2 formant le
canal etde 4 sous unités régulatrices SUR1. Celui-ci contrôle
l’activité électriquede la cellule β et est régulé par le ratio
ATP/ADPA l’état quiescent, le canal K+ est ouvert et le potassium
passe en dehorsde la cellule. Une augmentation du ratio ATP/ADP
entraîne sa fermeture,par la fixation de l’ATP sur le canal.
3.1.3 Régulation de la Sécrétion de l’insuline
La sécrétion d’insuline est régulée principalement par la
glycémie, mais aussi par une régulation hormonale qui apparaît
qu’au 2ème plan.
3.1.3.1 Régulation par la glycémie
Ce qui prime sur la régulation de la glycémie est le taux
deglucose. Une concentration de glucose supérieure à 6mM
entraînel’ouverture des transporteurs GLUT2 dans le pancréas et
dans lefoie, permettant ainsi au glucose d’entrer dans la cellule.
Ceglucose sera phosphorylé par la glucokinase en glucose 6-P qui
nepeut plus sortir de la cellule. Le métabolisme du glucoseaugmente
le taux d’ATP qui va ainsi fermer le canal K+ ATP-dépendant. Le K+
restant à l’intérieur de la cellule entraîne unedépolarisation de
la membrane, permettant au Ca2+ d’entrer dansla cellule via des
canaux calciques voltage dépendants. Le Ca2+via la calmoduline va
permettre ainsi l’exocytose de l’insuline. La cellule β est
excitable et elle va utiliser son changement de potentiel de
membrane pour coupler des variationsde concentration de glucose
pour stimuler ou inhiber la sécrétion d’insuline. Ici, on observe
une signalisation directe par une entrée du signal (glucose) dans
la cellule. On peut dire donc quec’est le glucose qui va générer la
sécrétion de l’hormone hypoglycémiante.
3.1.3.2 Régulation par les hormonesLes hormones vont
potentialiser l’effet du glucose sur la sécrétion d’insuline. Les
îlots de Langherans ont uneinnervation et vascularisation
importantes. Cela :
• favorise la régulation neuronale et hormonale des cellules β•
Coordonne la sécrétion des îlots (1 million répartis dans tout le
pancréas)• et a une action au niveau
◦ du potentiel d’action électrique de la membrane◦ de
l’exocytose
Hormones inhibitrices de la sécrétion Hormones activatrices de
la sécrétion
Adrénaline Somatostatine
Acetyl-cholineAcide y-amino-butyrique (GABA)Glucagon-like
peptide-1 (GLP-1)
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3.1.4 Diabète par mutation du canal K Il existe un diabète par
mutation du gène ABCC8 quicode pour SUR-1, la sous unité
régulatrice du canal K. La sous unité SUR-1 lie l’ATP ce qui
permetl’ouverture/fermeture du canal K. Cette protéinecontient donc
un domaine de fixation à l’ATP. Lorsquece domaine est muté, dans le
cas de la mutationABCC8, l’ATP n’est plus reconnu. Ainsi, lorsque
laconcentration du glucose est supérieure à 6 mM celui-civa rentrer
dans la cellule et l’ATP produit lors de sonmétabolisme ne sera pas
reconnu par le canal K qui enrestant ouvert ne permet pas la
dépolarisation de lamembrane et l’exocytose de l’insuline de se
fera pas.Sans insuline, il y a une augmentation anormale de
laglycémie donnant ainsi un diabète sucré.
Chez les enfants présentant cette pathologie, le traitement
quotidien est 1 injection d’insuline par jour, mais enanalysant les
autres médicaments du diabète de type 2 (chez l’adulte) et la
mutation du gène ABCC8, des étudesont été mise en ouvre pour
comprendre si les sulfamides hypoglycémiantes peuvent être
efficaces pour le traitementde ce diabète.
Certains médicaments comme les sulfamide hypoglycémiantes vont
se fixer sur la sous unité régulatrice SUR-1(récepteur des
sulfamides hypoglycémiantes) permettant la fermeture du canal. Le
K+ ne vas pas sortir et vas doncpermettre la dépolarisation de la
membrane cellulaire et par les mécanismes vus précédemment,
l’exocytose del’insuline. Les études avec les sulfamides
hypoglycémiantes ont montrée que malgré que les valeurs des
glycémiesn’étaient pas régulières, elles étaient plus basses
qu’avec le traitement par de l’insuline. Le diabète est
mieuxéquilibrés, et le confort de vie est plus important car on
peut s’affranchir de la prise quotidienne de l’insuline.
3.1.5 Effets Pléiotropes de l’insuline
L’insuline a plusieurs cibles et des effets indépendants les uns
des autres. Son rôle mieux connu est le rôlemétabolique, mais elle
a aussi des effets mitogènes.
3.1.5.1 Effet sur la glycémie
Les 3 tissus cibles de l’effet hypoglycémiant de insuline sont
le foie, le muscle etles adipocytes. Le foie va arrêter sa
production de glucose (glycogénolyse et néoglucogenèse). Dans le
muscle (tissu insulino-dépendants) il y a un arrêt de la
glycogénolyse (caril peut piocher du glucose dans la circulation et
n’a pas besoin prendre ses réserves)puis l’insuline favorise la
capture du glucose qui sera stocké sous forme deglycogène
(glycogénogénèse)Le tissu adipeux (tissu insulino-dépendants)
augmente aussi la capture du glucose
dans la circulation, pour le stocker sous forme de lipides
(lipogénèse).
En résumée, insuline a 2 actions sur la glycémie : • arrêt de
production du glucose• mise en réserve sous forme de glycogène et
d’acides gras
3.1.5.2 Effet mitogène
L’insuline a aussi un rôle physiologique de facteur de
croissance (effet mitogène). Cet effet est beaucoup plus largeque
l’effet métabolique car l’insuline en tant que facteur de
croissance agit sur plusieurs tissus. Elle protège lacellule de la
mort cellulaire (car diminution de l’apoptose) et elle stimule la
croissance et la différenciation par uneaugmentation de la synthèse
protéique et l’augmentation ou diminution de l’expression de
certains gènes. Pour quecela soit possible, il faut que le signal
de l’insuline soit transmis à l’intérieur de la cellule. Cela se
fait via desrécepteurs à la membrane plasmique des cellules.
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3.1.6 Récepteur de l’insuline
Le récepteur de l’insuline fait partie de la famille des
récepteurs àactivité tyrosine kinase. Cette famille comporte
environ 60récepteurs partagés en 20 sous-familles. Les ligands sont
despolypeptides (facteurs de croissance) et ils ont une
structurecommune :
• un domaine extra-cellulaire très glycosylé avec des
motifsrépétés caractéristiques (domaines riches en cystéine
oudomaines « immunoglobulin-like »
• un domaine transmembranaire• domaine intra-cytoplasmique
composé de domaine tyrosine
kinase (et parfois serine/thréonine kinase) Le récepteur de
l’insuline est essentiellement localisé dans lestissus qui
répondent à l’insuline (muscles squelettiques, tissuadipeux et
foie). Il est constitué de sous unité α et β et il est déjà
dimerisé. Lorsque l’insuline se lie à ce tétramèredéjà formé,
celui-ci va changer de conformation dans sa partie
intra-cytoplasmique avec une activation du domainetyrosine kinase
et apparition de sites de phosphorylation. Cette phosphorylation
permet le recrutement de protéinescytoplasmiques qui sont les
substrats de récepteur à l’insuline ou (IRS)
Les IRS (insulin-Receptor substrates) ont une structure
similaire.
Ils sont composés de : • domaine PTB (phosphotyrosine binding)
ou domaine de liaison à des tyrosines phosphorylées • domaine PH
(domaine d’homologie avec la pleckstrine) • beaucoup de serines et
thréonines qui vont pouvoir être phosphorylées et ainsi relayer le
signal de
l’insuline. D’une manière générale ◦ Phosphorylation des
tyrosine : régulation positive sur le signal insuline◦
Phosphorylation des serines: régulation négative sur le signal de
insuline
Les tyrosines vont pouvoir fixer avec d’autres molécules
possédant des domaines SH2 (PI3K, Grb2, …). Nousallons étudier deux
voies de signalisation du signal de l’insuline, la voie PI3K/AKT et
la voie RAS.
3.1.6.1 Voie PI3-Kinase/AKT
Lorsque le récepteur à l’insuline estactivé par la fixation de
son ligand,il va se phosphoryler sur sa partieintra-cytoplasmique
et IRS va venirse fixer, et par le jeu de tyrosinesphosphorylées
qui vont apparaîtresur cet IRS.
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Conséquences : 1. recrutement de la PI3K à la membrane (proche
de son substrat PIP2) 2. Modification conformationnelle qui active
la sous unité catalytique (p110) en la libérant de l’action
inhibitrice de la sous unité régulatrice (p85)3. PI3K transforme
PIP2 en PIP3 (2nd messager) lui aussi ancré dans la membrane4. PIP3
recrute à la membrane PKB/AKT via leur domaine PH (homologie avec
la pleckstrine) 5. Activation d’AKT par PDK1 et PDK2
(serine/thréonine kinases) également recrutées à la membrane
par
PIP3. Cette activation se fait par la double action de
translocation et phosphorylation6. PKB/AKT activés vont
phosphoryler des protéines cytoplasmiques.
Insuline a une action intégrée/coordonné sur plusieurs voies
métaboliques
AKT agit par activation/ inhibition de plusieurs molécules.
Rôle métabolique de l’insuline (tout est adapté à une fonction
hypoglycémiante) :Activation GLUT4 Elle passe par une translocation
de GLUT4 à la membrane. Augmentation des récepteurs
pour pouvoir augmenter la captation de glucose.
Inhibition GSK3 L’inhibition de GSK3 entraîne l’activation de la
glycogène synthase. AKT favorise la miseen réserve de glucose sur
forme de glycogène
Inhibition FOXO Pas d’activation de la PEPCK (pas de
néoglucogenèse ) et de G6Pas (pas de sortie de glucose dans le
cellule)
Rôle de facteur de croissance sur le cycle cellulaire Inhibition
GSK3 Reprise du cycle cellulaire par l’activation de cycline D et
Myc
Inhibition FOXO Comme FOXO n’active plus P27KIP1 (inhibiteur du
cycle cellulaire) il y a une reprise du cycle cellulaire
Rôle de facteurs de croissance sur la survie cellulaire
Inhibition FOXO En inhibant FOXO il n’y a plus d’activation de
FASL, donc pas d’apoptose et la survie
cellulaire est sauvegardée.
Activation mdm2 Mdm2 est un répresseur de p53 (molécule
pro-apoptotique). L’activation de mdm2 favorise la survie
cellulaire.
Inhibition BAD BAD est une molécule pro-apoptotique donc son
inhibition conduit à la survie cellulaire.
Rôle de facteur de croissance sur la synthèse protéique
activation MTOR Cette molécule active la synthèse protéique. On
l’étudiera dans un autre cours
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Plus en détail : FOXO et GSK3
FOXO
Foxo est un facteur de transcription, il est donc capabled’aller
dans le noyau se fixer sur des régions spécifiques de lachromatine
en amont des gènes et régler leur expression.Deux gènes (PEPCK et
G6PAse) sont sur la dépendanced’éléments de réponse à l’insuline
(ou IRE).
Quand FOXO se fixe sur l’élément de réponse à l’insuline onva
avoir la sécrétion dans le foie de PEPCK et G6PAse.Quand FOXO est
actif, la néoglucogénèse est activée.
En cas d’hyperglycémie l’insuline est secrétée, ce qui
vapermettre, via la cascade de signalisation vue
précédemment,l’activation de PKB/AKT. Cette kinase va
phosphorylerFOXO. FOXO phosphorylé est capable de fixer la
protéine14.3.3 (protéine de séquestration cytoplasmique)
empêchantainsi FOXO d’agir sur l’IRE et PEPCK et G6Pase ne sontdonc
pas exprimées. Ainsi, dans le foie, FOXO est inactivépar
délocalisation.
GSK3
La GSK3 va inactiver la la glycogène synthase en
laphosphorylant, que devient inactive et la glycogénogénèsene peut
pas se faire.
Dans les organes de glycogénogénèse (foie et muscles),
enprésence d’insuline la PKB/AKT active va phosphorylerGSK3 qui
devient inactive et de ce fait elle ne peut plusaller phosphoryler
la glycogène synthase et donc la cellulepeut effectuer de la
glycogénogénèse.
Par des jeux de phosphorylations et de déphosphorylationson va
arriver à réguler des enzymes et aboutir ou non àl’action ou
inaction de l’hormone en bout de chaîne.
Résumé des actions
Toutes les actions métaboliques de l’insuline sont mediéespar la
PI3K, donc si on inhibe la PI3K, on empêchel’insuline d’agir sur le
métabolisme du glucose et labiosynthèse. En ce qui concerne les
actions mitogènes,l’insuline va agir par la voie de la PI3K mais
aussi par lavoie des MAP kinases.
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3.1.6.2 Voie RAS (MAP Kinases)
La voie des MAP kinases a été étudié dans les précédents cours.
La seule différence est qu’au lieu d’avoir unefixation directe de
Grb2 aux tyrosines phosphorylés du récepteur, on a IRS
(insulin-Receptor substrates), qui vajouer le rôle d’intermédiaire
entre le récepteur de l’insuline et le Grb2. Mais cela confère à
cette voie designalisation une régulation particulière qui peut se
jouer sur cette molécule IRS.
3.1.6.3 Rôle de l’insuline dans le transport du glucose
L’insuline va avoir un effet important permettant la captation
du glucose dans le tissu adipeux et dans le muscle.Elle stimule la
translocation de GLUT4 en surface de la cellules.
Lors de la mise en culture d’adipocytes transfectés avec du
GLUT4 fusionné à un gène codant pour une protéinefluorescente, le
GLUT4 est exprimé dans le centre de la cellule (visualisation à
l’aide de la microscopie confocale).C’est du GLUT4 cytoplasmique.
En présence d’insuline, le GLUT4 cytoplasmique est relocalisé à la
membrane dela cellule ou il va pouvoir jouer son rôle de
transporteur. L’insuline, sur les tissus adipeux et musculaires (le
utilisateurs le plus important du glucose), va avoir un
effetimportant permettant la captation du glucose sanguin. Cette
translocation se fait par l’intermédiaire de la PKB/AKT activé par
la PI3K. (le professeur n’a pas donné plusd’indications sur cette
voie de signalisation)
3.1.6.4 Inhibition du récepteur de l’insuline (+++)
L’insuline passe son signal par l’IRS qui active PI3Ket la voie
de la MAPK, permettant ainsi la médiationdes actions de l’insuline.
Au même temps, ces kinases,vont activer des serine kinases (IKKβ et
JNK) qui vontà leur tour phosphoryler l’IRS sur des sérines.
Cemécanisme découple le récepteur de l’IRS. Au mêmetemps on a
l’activation de tyrosine phosphatase(PTB1β) qui va cliver les
phosphates des tyrosinesprésentes dans le récepteur de l’insuline.
En résumé,on défait les phosphorylations des tyrosines et on
vaphosphoryler les serines empêchant IRS de se fixer surle
récepteur et les actions de l’insuline ne peuvent pluss’exercer. Ce
système est très important en pathologie.
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3.2 Le glucagon 3.2.1 Structure du glucagon
Chez les mammifères, un gène unique codepour un précurseur : le
proglucagon. Suite à desmodifications post-traductionnelles
tissuspécifiques du proglucagon par expressiontissu-spécifique
d’enzymes prohormoneconvertase (PC) . Dans le cerveau il
s’agitd’une autre enzyme.
Dans les cellules α des îlots de Langherans dupancréas, la
prohormone convertase 1 (PC1),clive ce proglucagon en glucagon, une
hormonepeptidique de 29 acides aminés.
Le glucagon est une hormone hyperglycémiante, qui agit en
réponse à une hypoglycémie. Il est plus spécialisé quel’insuline et
a une action élective sur le foie. Il augmente la production
hépatique de glucose et diminue laconcentration hépatique du
glucose.
3.2.2 Inhibition de la glycolyse hépatique
Le glucagon va inhiber la glycolyse hépatique de façon à
empêcher la consommation de glucose. Il agit en se liantà un
récepteur à 7 domaines transmembranaires couplé à une protéine G,
et plus particulièrement à une protéineGαs qui va stimuler la
production d’AMP cyclique via l’adenylate cyclase et va donc
activer la protéine Kinase A.Celle-ci a une double activité, elle
est kinase et phosphatase. Son activité kinase 2 (PFK2) permet de
passer dufrutose 6-Phosphate au frutose 2,6-biphosphate. Son
activité phosphatase (FBPase 2) permet de catalyser le passagedu
frutose 2,6-biphosphate en frutose 6-phosphate.
En abondance de glucose, les cellule β du pancréas secrète de
l’insuline, cela active la fonction kinase de la PKA(PFK2) et la
formation du frutose 2,6-biphosphate qui est un activateur
allostérique de l’enzyme PFK1 de laglycolyse.
Lors d’un manque de glucose, les cellule α du pancréas vont
secréter du glucagon qui va à son tour activer lafonction
phosphatase de la PKA (FBPase 2), aboutissant à la formation du
frutose 6-phosphate qui ne vas passtimuler la PFK1 et ne va donc
pas activer la glycolyse.
On inhibe ou on active la glycolyse en jouant sur la quantité du
régulateur allostérique (frutose 2,6-biphosphate).
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3.2.3 Activation de la glycogénolyse hépatique
Le glucagon va aussi jouer un rôle dans la production du
glycogène au niveau du foie. l’AMPc va activer la PKAqui à son tour
va activer la phosphorylase Kinase A par phosphorylation. Celle-ci
va phosphoryler laphsosphorylase conduisant à son activation. La
phosphorylase active va permettre la formation du glucose à
partirdu glycogène.
3.2.4 Régulation transcriptionnelle des gènes de la
néoglucogénèse au cours du jeun Le glucagon a aussi une action au
niveau du noyau (cf image précédente). L’AMPc va activer la PKA qui
va dansle noyau et phosphoryle CREB qui va se fixer dans CRE (cAMP
response element) permettant la transcription dePEPCK et G6Pase
favorisant ainsi la néoglucogénèse.
Résumé sur le glucagon Le rôle du glucagon sur le foie est
d’ouvrir le robinets de production du glucose et diminuer la mise
en réserve duglucose. Tout doit fonctionner ensemble. La PKA a des
actions cytoplasmiques et des actions sur le noyau qui se font dans
un temps un peu plus long enfavorisant la transcription des gènes.
Ainsi, le glucagon a un effet puissant sur la glycémie et un effet
qui monte enpuissance dans le temps du fait de son double effet
cytoplasmique et transcriptionnel.
Par ailleurs le glucagon active la mobilisation des AG
(activation de la triglycéride lipase hormone-dependante)
etaugmente la capture d’acides aminés par les hépatocytes.
3.3 L’adrénaline
L’adrénaline, comme le glucagon est une hormone
hyperglycémiante. Sur le plan moléculaire elle joue comme
leglucagon, mais sur le plan physiologique d’une manière très
différente. L’adrénaline est une catécholaminesynthétisée par la
médullosurrénale.
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Le récepteur de l’adrénaline est un récepteur β-adrénergique.
C’est un récepteur à 7 domainestransmembranaires couplé à une
protéine Gαs. Comme pourle glucagon, elle permet l’activation de
l’adénylate cyclasequi va activer l’AMPc qui va ensuite activer la
PKA parphosphorylation. Celle-ci va phosphoryler laphsosphorylase
conduisant à son activation. Laphosphorylase active va permettre la
formation du glucose6-phosphate à partir du glycogène.
Le glucagon joue sur le foie en situation de jeune avec
laproduction de glucose qui peut aller dans la circulationsanguine.
L’adrénaline (hormone d’urgence) agit sur le
muscle en situation de stress et beaucoup plus rapidement que le
glucagon. Dans le muscle, l’adrénaline, enfavorisant la formation
du glucose 6-phosphate, permet de mettre en place un processus
d’épargne. Le muscle estun grand consommateur de glucose.
Adrénaline, en activant la formation de glucose 6 phosphate qui ne
peut passortir de la cellule (le muscle produit son propre
glucose), va éviter que le muscle utilise le glucose circulant dans
lesang. Celui-ci peut donc être utilisé en priorité par les tissus
qui ont besoin (SNC et érythrocytes).
4 Régime pour booster l’efficacité d’un traitement anticancéreux
?
Des chercheurs ont décrit, chez la souri, comment mieux guérir
de son cancer en jouant sur l’alimentation.
• La voie PI3K est souvent activée dans les cancers (ex :
mutations PIK3CA, code p110a)• Les inhibiteurs de PI3K sont souvent
peu efficaces• Des chercheurs s sont questionné si cette
inefficacité était la faute d’un rétrocontrôle de l’insuline ?
◦ La voie PI3K est une voie qui a des effets mitogènes mais elle
est aussi la voie principale de lamédiation de effets métaboliques
de l’insuline.
◦ Lorsqu’on traite un individu par un inhibiteur de PI3K,
l’effet secondaire c’est qu’au même temps onva bloquer le signal de
l’insuline. Cela crée une hyperglycémie réactionnelle. Cela est
normal.Cependant lorsque on administre les inhibiteurs e la PI3K,
la sécrétion d’insuline va augmenter trèsfort amenant ainsi à une
restauration du signal PI3K même en présence des inhibiteurs de la
PI3K. Lerécepteur à l’insuline, comme il est présent dans toutes
les cellules, y compris dans les cellulescancéreuses, va augmenter
la PI3K dans les cellules où on voulait l’inhiber.
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Les chercheurs préconisent, qu’il faut adapter le régime
alimentaire pour prévenir ce pic d’insulinémie. Chez lasouris, un
régime cétogène (très pauvre en glucides, riche en graisses, mime
l’effet du jeune) augmente l’effet desinhibiteurs PI3K.
5 A connaître A la fin du cours, il faut connaître :
• Le mécanisme de sécrétion de l’insuline.• La signalisation
induite par l’insuline et les organes cible• Le mécanisme de
l’extinction physiologique du signal d’insuline• la signalisation
par le glucagon et l’organe cible
Il faut comprendre• comment l’expression d’isoformes
enzymatiques (glucokinase) ou de récepteurs au glucose (GLUT2)
spécifiques permet au foie et au pancréas d’assurer leur
fonction dans la régulation de la glycémiecontribuant ainsi à leur
spécialisation métabolique
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