Rôle de l'épitranscriptome dans la physiopathologie de la cellule β pancréatique - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2021

Role of the epitranscriptome in the pathophysiology of the pancreatic β cell

Rôle de l'épitranscriptome dans la physiopathologie de la cellule β pancréatique

Abstract

The prevalence of diabetes in the world continues to increase, with an estimate of 700 million patients by 2045. Understanding the mechanisms involved in the development of the disease has become a major public health issue to prevent the progression of diabetes in the world.Type 2 diabetes (T2D) is characterized by chronic hyperglycemia (> 1.26 g / L) caused by insulin resistance in peripheral tissues and loss of function and / or mass of pancreatic β cells. These cells, present in the islets of Langerhans, are involved in the regulation of carbohydrate homeostasis by secreting insulin, a hypoglycemic hormone that acts on various tissues sensitive to insulin, such as the liver, muscle or adipose tissue. The pathophysiological dysfunction of β cells, following numerous cellular stresses (oxidative stress, endoplasmic reticulum stress, inflammation, etc.), is at the origin of the development of T2D.In addition to genetic factors, obesity induced by a diet rich in fats and sugars, physical inactivity and aging are considered to be major environmental risk factors for the development of T2DM. These factors modify the environment of the cells and cause chemical modifications of DNA (methylation of cytosines) or histones (acetylation, methylation, phosphorylation, ubiquitination), called epigenetic modifications, thus modulating the expression of many genes and altering, in particular, the identity or function of pancreatic β cells.Other aspects of the regulation of gene expression are little studied in the context of type 2 diabetes. Indeed, RNAs can also be subjected to chemical changes sensitive to environmental signals, such as DNA. These epitranscriptomic modifications correspond to the chemical and reversible modifications of RNA, the most common is m6A methylation, at position N6 of adenosine. The methyl group is added by a protein complex composed in particular of methyltransferases METTL3 and METTL14 and can be removed by demethylases ALKBH5 or FTO. These modifications can be recognized by cytoplasmic or nuclear proteins, which will affect the translation, splicing, stability, structure or localization of RNAs.This modification is involved in many physiological and pathophysiological processes. However, its role in T2D is still poorly understood, although it has recently been shown that m6A methylation may be altered in the pancreatic islet and affect insulin secretion.Thus, in this thesis work, we hypothesized that the environment, through variations in glycemia or free fatty acid concentrations in the blood, could induce changes in the m6A methylation of RNAs and lead to pancreatic β cell dysfunction during T2D.The results obtained during this thesis show a significant decrease in m6A methylation in the presence of a high concentration of glucose, both in mice and in islets obtained from human donors, associated with altered expression levels of m6A demethylases. Palmitate induces the opposite effect with an increase in m6A methylation and a reduction in the expression of demethylases. In addition, the use of siRNA and/or specific inhibitors demonstrates that these enzymes modulate the expression of genes involved in the identity of pancreatic β cells and insulin secretion stimulated by glucose.These results, combined with data from the literature, suggest that changes in glucose concentration regulate m6A methylation, which plays a key role in controlling gene expression for the identity and function of pancreatic β cells. Thus, our results highlight new mechanisms potentially involved in the pathophysiology of type 2 diabetes and may therefore contribute to a better understanding of the etiology of this disease.
La prévalence du diabète dans le monde ne cesse d’augmenter, avec une estimation de 700 millions de malades en 2045. La compréhension des mécanismes impliqués dans le développement de la maladie est devenue un enjeu majeur de santé publique pour limiter la progression du diabète dans le monde.Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une hyperglycémie chronique causée par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et une perte de fonction et/ou de masse des cellules β pancréatiques. Ces cellules, présentes dans les îlots de Langerhans, interviennent dans la régulation de l’homéostasie glucidique en sécrétant de l’insuline, une hormone hypoglycémiante qui agit sur différents tissus, comme le foie, le muscle ou le tissu adipeux. Le dysfonctionnement physiopathologique des cellules β, suite à de nombreux stress cellulaires (stress oxydatif, stress du réticulum endoplasmique, inflammation), est à l’origine du développement du DT2.Outre les facteurs génétiques, l’obésité induite par un régime riche en graisses et en glucides, l’inactivité physique et le vieillissement sont considérés comme des facteurs de risques environnementaux majeurs du développement du DT2. Ces facteurs peuvent induire des modifications épigénétiques sur l’ADN (méthylation des cytosines) ou les histones (acétylation, méthylation, phosphorylation, ubiquitination), altérant l’expression des gènes.D’autres aspects de la régulation de l'expression des gènes sont peu étudiés dans le contexte du diabète de type 2. En effet, les ARN peuvent également être soumis à des modifications chimiques sensibles aux signaux environnementaux, comme pour l'ADN. Ces modifications épitranscriptomiques, correspondent à l’ensemble des modifications chimiques et réversibles de l’ARN, la plus répandue étant la méthylation m6A, en position N6 de l’adénosine. Le groupement méthyle est ajouté par un complexe protéique composé, notamment, des méthyltransférases METTL3 et METTL14 et peut être retiré par les déméthylases ALKBH5 ou FTO. Ces modifications pourront être reconnues par des protéines cytoplasmiques ou nucléaires, qui affecteront la traduction, l’épissage, la stabilité, la structure ou la localisation des ARN.Cette modification intervient dans de nombreux processus physiologiques et physiopathologiques. Toutefois, son rôle au cours du DT2 est encore peu connu, même s’il a été récemment démontré que la méthylation m6A pouvait être altérée dans l’îlot pancréatique et affecter la sécrétion d’insuline.Nous avons émis l'hypothèse que l'environnement, par le biais de variations de la glycémie ou des concentrations d'acides gras libres dans le sang, pourrait induire des changements de la méthylation m6A des ARN et conduire au dysfonctionnement des cellules β pancréatiques au cours du DT2.Les résultats obtenus au cours de cette thèse montrent une diminution significative de la méthylation m6A en présence d'une concentration élevée de glucose, chez la souris et dans des îlots obtenus de donneurs humains, associée à une augmentation d'expression des déméthylases m6A. Le palmitate induit l’effet inverse avec une augmentation de la méthylation m6A et une réduction d’expression des déméthylases. De plus, l'utilisation de siRNA et d'inhibiteurs spécifiques démontre que ces enzymes modulent l'expression de gènes impliqués dans l'identité des cellules β et la sécrétion d'insuline stimulée par le glucose.Ces résultats, associés aux données de la littérature, suggèrent que les variations en glucose régulent la méthylation m6A, qui joue un rôle clé dans le contrôle de l'expression des gènes de l’identité et de la fonction des cellules β pancréatiques. Nos résultats mettent en évidence de nouveaux mécanismes potentiellement impliqués dans la physiopathologie du diabète de type 2 et peuvent donc contribuer à une meilleure compréhension de l'étiologie de cette maladie.
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Cite

Florine Bornaque. Rôle de l'épitranscriptome dans la physiopathologie de la cellule β pancréatique. Médecine humaine et pathologie. Université de Lille, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LILUS059⟩. ⟨tel-03893422⟩
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