Le glucose est la principale source d'énergie des cellules du corps humain. Lorsqu'il n'est pas utilisé, ce sucre simple est stocké sous forme de glycogène dans le foie. La concentration sanguine de glucose, appelée glycémie, est étroitement régulée par l'insuline, une hormone produite par les cellules bêta des îlots de Langerhans situés dans le pancréas. Suite à une augmentation de la glycémie, l'insuline est sécrétée dans le sang par les cellules bêta pour favoriser l'absorption du glucose par les organes périphériques, comme le muscle ou le tissu adipeux, et pour inhiber la production de glycogène dans le foie.
Le nombre de cellules bêta et leur capacité à sécréter de l'insuline en réponse au glucose ne s'acquièrent qu'après la naissance, suite à un très important processus de maturation. Ce processus de maturation permet l'obtention d'une masse fonctionnelle adéquate de cellules bêta qui demeurera plus ou moins constante au cours de la vie adulte. En réponse à certains changements physiologiques, comme l'obésité et la grossesse, les cellules bêta doivent augmenter leur nombre et leur capacité à sécréter de l'insuline afin de compenser pour une augmentation de la résistance des tissus cibles à l'action de cette hormone. Toutefois, si ces mécanismes compensatoires échouent, une hyperglycémie chronique apparaît et favorise le développement du diabète sucré. À long terme, un taux de sucre sanguin trop élevé chez les patients diabétiques conduit à la détérioration de différents organes, tels que les reins, les yeux, les nerfs et les vaisseaux sanguins.
Les gènes, provenant de notre ADN, sont tout d'abord transcrits en molécules intermédiaires d'ARN puis traduits en protéines. Toutefois, seulement 2% de l'ADN humain conduit à la production de protéines bien que plus de 93% du génome soit transcrit en molécules d'ARN. Les ARNs ne produisant pas de protéines sont appelés « ARN non-codants » et sont maintenant connus pour être d'importants régulateurs de nombreux processus biologiques influençant le développement, la différenciation et le métabolisme.
Une classe de petits ARN non-codants, les microARNs (miARNs), ont été étudiés auparavant pour leur rôle dans la maturation postnatale des cellules bêta. Les fonctions des longs ARN non-codants (LncRNAs) produits dans les cellules bêta pancréatiques demeurent cependant peu connues. Durant ma thèse de doctorat, nous avons produit la première étude fonctionnelle décrivant le rôle d'un LncRNA dans la maturation postnatale des cellules bêta et de sa dérégulation lors du développement du diabète sucré.
Nous avons tout d'abord mesuré les changements des niveaux des LncRNAs durant la maturation des îlots de rongeurs, ce qui nous a permis de détecter la diminution du LncRNA H19. Suite à des études fonctionnelles, nous avons découvert que H19 participe à l'expansion postnatale de la masse des cellules bêta en induisant leur prolifération. Des conditions intra-utérines défavorables, comme un régime maternel pauvre en protéines (PP), entraînent chez la progéniture une maturation inadéquate des cellules bêta et les prédispose au développement du diabète à l'âge adulte. Nous avons trouvé que les niveaux de H19 étaient réduits dans les îlots de nourrissons PP. À l'inverse, les niveaux de H19 sont augmentés dans les îlots pancréatiques de souris obèses mais non diabétiques, ce qui suggère que H19 pourrait aussi être impliqué dans l'expansion de la masse des cellules bêta à l'âge adulte afin d'éviter l'apparition du diabète. En parallèle, nous avons voulu déterminer si une dérégulation des niveaux des miARNs pouvait être liée à la maturation inadéquate des cellules bêta chez les nourrissons PP. Nous avons identifié de nombreux miARNs dont l'expression est changée dans les îlots de nourrissons PP comparés à ceux de la progéniture contrôle. L'un de ces miARNs, miR-133b-3p, est réprimé dans les îlots PP et nous avons observé que sa réduction altère les fonctions des cellules bêta. Dans l'ensemble, ces études contribuent à démontrer le rôle crucial des ARNs non-codants dans la régulation adéquate de la maturation et du fonctionnement des cellules bêta.
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Les cellules bêta, situées dans les îlots pancréatiques, sont des cellules hautement spécialisées qui maintiennent les niveaux de glucose sanguin à des concentrations physiologiquement adéquates. Pour ce faire, les cellules bêta sécrètent précisément et rapidement de l'insuline en réponse à divers nutriments dont en particulier, le glucose. L'acquisition d'un phénotype complètement différencié ne se produit qu'après la naissance. Avant le sevrage, les cellules bêta néonatales ont une importante capacité de prolifération, ce qui permet l'expansion dé leur masse, mais elles sont incapables de sécréter les nivëaux adéquats d'insuline en réponse à une augmentation du glucose. Après le sevrage, les cellules bêta développent la capacité à sécréter de l'insuline en réponse aux changements des niveaux de glucose, mais perdent leur taux élevé de réplication. Ainsi la masse des cellules bêta acquise durant la période postnatale est conservée pour le reste de la vie de l'individu. Cependant, en réponse à certains changements métaboliques importants, tels que l'obésité et la grossesse, les cellules bêta sont capables d'augmenter leur synthèse et leur sécrétion d'insuline ainsi que leur taux de réplication. L'incapacité des cellules bêta à développer ces mécanismes de compensation conduit à l'hyperglycémie et, éventuellement, à l'apparition du diabète sucré.
Seulement 2% du génome humain est traduit en protéines. Jusqu'à récemment, le reste des séquences du génome était considéré comme de l'ADN « poubelle ». Néanmoins, le développement de nouvelles technologies basées sur le séquençage de l'ARN à haut débit ont permis de dévoiler l'omniprésence de la transcription du génome. En fait, plus de 93% du génome humain est transcrit en molécules d'ARNs. De récentes études ont mis en évidence l'importance des ARN non-codants dans la régulation de divers processus biologiques influençant le développement, la différenciation et le métabolisme des cellules. Parmi ceux-ci les microARNs (miARNs) et les longs ARN non-codants (LncRNAs) sont maintenant connus pour être exprimés dans les cellules bêta pancréatiques et pour participer à la régulation de leur fonction. Les miARNs sont aussi impliqués dans la maturation postnatale des cellules bêta. Cependant, le rôle des LncRNAs dans la maturation des cellules bêta demeure à être élucidé. Nous avons donc produit la première étude fonctionnelle décrivant le rôle d'un LncRNA dans la maturation postnatale des cellules bêta et la dérégulation de son expression dans des conditions d'obésité. Dans une première étude, l'analyse des changements d'expression des LncRNAs au cours de la maturation postnatale des îlots pancréatiques a révélé la diminution des niveaux de H19, un LncRNA intergénique. Nous avons découvert que H19 est régulé par le facteur de transcription E2F1 et qu'il participe au processus d'expansion postnatale de la masse des cellules bêta en induisant leur prolifération par une voie de signalisation dépendante d'AKT. Nous avons aussi observé que les niveaux de H19 sont réduits dans les îlots de la progéniture des mères nourries avec un régime pauvre en protéines, contribuant probablement à réduire la prolifération et la masse des cellules bêta. Dans des modèles de souris obèses, H19 semble également être impliqué dans l'expansion de la masse des cellules bêta en réponse à l'obésité et pourrait ainsi contribuer à prévenir l'apparition du diabète sucré.
Dans une 2e étude, nous nous sommes intéressés à la dérégulation des miARNs dans les îlots pancréatiques de la progéniture des mères nourries avec un régime pauvre en protéines (PP). Ce modèle de restriction de croissance intra-utérine affecte la maturation postnatale des cellules bêta et réduit leur masse, ce qui favorise le développement du diabète à l'âge adulte. Nous avons identifié des dizaines de miARNs dont l'expression est changée dans les îlots de la progéniture PP comparée à la progéniture contrôle. L'un de ces miARNs, miR-133b-3p, est réduit dans les îlots PP et cette diminution altère les fonctions des cellules bêta. En résumé, ces études contribuent à démontrer que les ARNs non-codants jouent des rôles importants dans la régulation de la maturation et du fonctionnement des cellules bêta.
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Beta-cells, located in the pancreatic islets, are highly differentiated cells that keep blood glucose levels in a physiologically relevant range by précisé and quick changes in insulin sécrétion in response to nutrient secretagogues, particularly glucose. The acquirement of a fully differentiated phenotype occurs only after birth. Before weaning, immature beta-cells are almost unable to secrete insulin after an increase in the glucose levels and they show a strong proliferative capacity that allows a massive expansion of their total mass. The replication of beta-cells slows down after weaning, with little changes in the replication rate, permitting to maintain a relatively constant beta-cell mass during the whole life. Nevertheless, in conditions associated with increased metabolic demands, such as pregnancy and obesity, beta-cells are able to raise their insulin synthesis and sécrétion as well as their replication rate. Failure of these compensatory mechanisms leads to hyperglycemia and eventually to diabetes mellitus.
Only 2% of the human genome code for proteins. Until recently the rest of the sequences were thought to be junk DNA accumulated during évolution, nevertheless, new technologies based on high-throughput RNA sequencing have unravelled the pervasiveness of genome transcription, with at least 93% of the genome being transcribed. The non-coding transcriptome has been recently involved in the régulation of biological processes influencing development, differentiation and metabolism.
It is well stablished now that small non-coding RNAs, such as microRNAs (miRNAs), are involved in the correct postnatal beta-cell maturation and beta-cell functions, however, little is khown about the rôle of LncRNAs. Recently, several studies have highlighted an important rôle of long non-coding RNAs (LncRNAs) in developmental programming, proper functioning and/or maintenance of the pancreatic islets. We have carried out a functional study describing the rôle of a LncRNA in postnatal beta-cell maturation and its re-expression under obesity conditions. Screening for LncRNAs differentially expressed during islet postnatal maturation revealed the downregulation of H19, a maternally imprinted intergenic LncRNA. We discovered that after induction by the transcription factor E2F1, H19 participâtes in the postnatal beta-cell mass expansion process by triggering the prolifération in an AKT-dependent manner. The levels of H19 were found to be reduced in newborn islets from the offspring of dams kept on a low protein diet during gestation, probably inhibiting beta-cell prolifération and resulting in a reduced beta-cell mass. Using obesity mice models, we found that H19 is also involved in adult beta-cell mass expansion, possibly participating in the compensatory mechanisms that attempts to avoid the onset of diabetes mellitus.
By comparing the islets of the offspring from dams fed in a low protein diet with those from a control offspring, we discovered several dozens of microRNAs that are differentially expressed
One of these miRNAs, miR-133b-3p, is reduced in LP islets and this downregulation alters the normal functions of the beta-cells. Altogether, these studies contribute to demonstrate that non- coding RNAs play important rôles in the régulation of a proper beta-cell maturation and function.