Guay_Claudiane_2010_these - Papyrus : Université de Montréal

Université de Montréal
Étude de l’implication des navettes du pyruvate découlant du
métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion
d’insuline par les cellules β pancréatiques
par
Claudiane Guay
Programmes de Biologie Moléculaire
Faculté de médecine
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures
en vue de l’obtention du grade de doctorat
en Biologie Moléculaire
Janvier 2010
© Claudiane Guay, 2010

Université de Montréal
Faculté des études supérieures
Cette thèse intitulée :
Étude de l’implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial
du glucose dans la régulation de la sécrétion d’insuline par les cellules β pancréatiques
présentée par :
Claudiane Guay
a été évaluée par un jury composé des personnes suivantes :
Richard Bertrand, président-rapporteur
Marc Prentki, directeur de recherche
Christine Des Rosiers, membre du jury
Siegfried Hekimi, examinateur externe
Stéphanie Fulton, Représentante du doyen de la FES

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Résumé
Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à
l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à
sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour
mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il
est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la
sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le
métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique,
comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le
mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose
déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant,
il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le
NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de
relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes
impliqués demeurent cependant à être caractérisés.
Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du
pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la
sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la
combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des
signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude,
nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la
sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production
dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le
NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la
glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre
laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin
de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée
cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité

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de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette
pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur
pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction
significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus
suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la
sécrétion d’insuline en réponse au glucose.
Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les
navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes
pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du
métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la
sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le
cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important
pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le
NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable
de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre
première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion
adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé
l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en
réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé
la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la
production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été
confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi
observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée,
suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de
l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la
navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline
observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans
cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la

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navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques
reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline.
La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la
production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le
métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme
limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA
en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les
processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont
métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies
métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques
signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées
précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de
l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation
de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au
rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la
régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons
démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité
contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules
INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris
déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au
glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la
lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les
cellules β pancréatiques.
En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette
pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au
glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le
cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en
question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de