9. Incretines, insuline et glucagon

INCRETINES, INSULINE ET GLUCAGON RAPPEL SUR LES EFFETS METABOLIQUES DE L’INSULINE ET DU GLUCAGON : INSULINE Hormone de mise en réserve Hypoglycémiante Sécrétée en période post-prandiale Métabolisme des glucides Métabolisme des lipides Métabolisme des protéines

Organes cibles

Glycogénique Anti-néoglucogénique Lipogénique Anti-cétosique Anti-protéolytique Anabolique Stockage de l’énergie Foie Tissu adipeux Muscles

GLUCAGON Hormone de l’utilisation des réserves Hyperglycémiante Sécrétée lors d’exercice physique, d’un jeûne ou d’hypoglycémie. Glycogénolytique Néoglucogénique Lipolytique Cétogénique Protéolytique Catabolique Libération de l’énergie Foie

Le rapport insuline/glucagon est finement régulé : - 2,3 après un jeûne de 12h. - 0,4 après un jeûne de 3 jours. - 70 après un repas glucidique.

INCRETINES : Mise en évidence : Effet « incrétine » : amplification de l’insulinosécrétion après glucose par voie orale comparée à la voie intraveineuse. L’effet « incrétine » est diminué au cours du diabète de type 2. Environ 60% de la sécrétion d’insuline après un repas est liée à l’effet « incrétine » chez le non diabétique. Celui-ci ne permet qu’une potentialisation d’environ 8% chez le diabétique.

Origine Sécrétion d’insuline Sécrétion de glucagon Prise alimentaire Vidange gastrique

GLP1 Glucagon Like Peptide 1 Cellules L : iléon et colon Stimulation Inhibition Inhibition Inhibition

GIP Glucose-dependent Insulino-tropic Peptide Cellules K : duodénum Stimulation Pas d’effet Pas d’effet Pas d’effet

Le GLP1, par ses effets multiples, favorise la perte de poids et améliore le diabète de type 2. Effets multiples du GLP1 : - Augmente la sécrétion d’insuline et de somatostatine. - Inhibe la sécrétion de glucagon. - Inhibe la sécrétion d’acide gastrique. - Augmente la glycogénèse. - Augmente la lipogénèse.

Mode d’action du GLP1 sur la sécrétion de glucagon : Action au niveau des cellules α du pancréas. Le GLP1 entraine une faible augmentation de l’AMPc, et par l’intermédiaire de la PKA, une inhibition des canaux Ca2+ (de type N) et une inhibition de la libération du glucagon. Les canaux Ca2+ de type L sont à l’inverse activés par un excès d’AMPc du à l’adrénaline.

INSULINE : Synthèse et régulation : Rappel : le gène de l’insuline se trouve sur le chromosome 11. Elle est synthétisée sous forme de pré-proinsuline. L’insuline a 2 chaines A et B liées par des ponts disulfures. La pré-pro-insuline donne la pro-insuline par excision du peptide signal par aminopeptidase dans le réticulum endoplasmique. La pro-insuline est transportée dans le golgi. Elle est coupée par une protéase qui va libérer l’insuline et un peptide C. Les facteurs de transcription stimulant la synthèse de l’insuline : - Le gène de l’insuline est régulé par le facteur HNF1α, lui-même régulé par le facteur HNF4. - Le facteur PDX1 régule le développement du pancréas, de Glut2 et de la glucokinase. - Les mutations des gènes codant pour ces facteurs prédisposent au diabète MODY (Maturity Onset Diabetes of the Young).

Sécrétion et régulation : Nutriments : glucose déclenchant : 1 : captage du glucose par Glut2 (transport rapide et jamais saturé). 2 : phosphorylation par glucokinase, glycolyse et cycle de Krebs. 3 : augmentation du rapport ATP/ADP. 4 : inhibition des canaux K+ ATP dépendants : dépolarisation membranaire. 5 : stimulation des canaux Ca2+ voltage dépendants : exocytose de l’insuline. Canaux ioniques intervenant dans la sécrétion de l’insuline : - Le sulfonyl urée (médicament antidiabétique) a le même effet inhibiteur sur les canaux K+ que le glucose. Il déclenche la sécrétion d’insuline. Les acides aminés activent la sécrétion d’insuline : - Principalement alanine et glutamine qui alimentent le cycle de Krebs en substrats et augmentent l’ATP, ce qui entraine les mêmes effets que le glucose. Les acides gras activent la sécrétion d’insuline : - Les acides gras libres, par l’intermédiaire de leur récepteur GPR40, augmentent le Ca2+ intracellulaire par la voie PLCβ/PIP2/IP3. - Ils activent aussi la production d’ATP par le cycle de Krebs, mais c’est une voie secondaire.

Régulation nerveuse de la sécrétion d’insuline : L’acétylcholine (parasympathique), par son récepteur de type muscarinique M2, agit comme les AGL, par la voie PLCβ/PIP2/IP3. La noradrénaline (orthosympathique), par son récepteur α2-adrénergique, inhibe la sécrétion d’insuline, via une inhibition de la PKA. Régulation hormonale : 1 : régulation positive de la sécrétion d’insuline par les incrétines GLP1 et GIP. 2 : régulation négative de la sécrétion d’insuline par le glucagon et la somatostatine. Ces 2 hormones sont sécrétées par les cellules α (glucagon) et δ (somatostatine) des ilots de Langerhans. Effecteur Glucose Acides aminés Acides gras Acétylcholine Noradrénaline Glucagon Somatostatine Incrétines

Origine Alimentation Alimentation Alimentation SN parasympathique SN orthosympathique Cellules β (pancréas) Cellules δ (pancréas) Intestin

Effet + + + + +

Signalisation Augmentation ATP et Ca2+ Augmentation ATP et Ca2+ Augmentation PLCβ et Ca2+ Augmentation PLCβ et Ca2+ Diminution AMPc et Ca2+ Augmentation AMPc et Ca2+

Les canaux Ca2+ de la cellule β sont de 2 types et peuvent être activés par : - La dépolarisation membranaire. - L’AMPc et la PKA. Apoptose des cellules β : Glucotoxicité : - L’excès de glucose conduit à un excès de glucosamine et une glycosylation des protéines, ce qui entraine leur dénaturation et une perte d’activité biologique. - Il se produit également un stress oxydatif. Lipotoxicité : - L’excès d’acides gras conduit à une accumulation anormale de TG dans la cellule β, ce qui entraine une production de céramide, inducteur d’apoptose par l’intermédiaire du NO. Des MicroARN peuvent inhiber la sécrétion de l’insuline : - MTPN (= myotrophine) : protéine du cytosquelette favorisant la sécrétion d’insuline. - 3 microARN peuvent empêcher la traduction de MTPN en se fixant sur son ARNm.

Voies de signalisation : 2 voies : - Voie MEK/ERK pour les effets mitogéniques. - Voie PIP3/mTOR pour les effets métaboliques.

Les 2 phases du diabète : - La phase 1 peut durer 10ans et passer inaperçue : c’est le syndrome métabolique (obésité, HTA, insulinorésistance) qui conduit au diabète de type 2. - La phase 2 : insulinémie diminuée, hyperglycémie, insulino-résistance installée.

Lipides et cytokines pro-inflammatoires activent les facteurs de transcription AP1 et NFκB, ce qui réveille les gènes de la réponse inflammatoire.

GLUCAGON : Synthèse : L’ARNm code pour le proglucagon, précurseur de plusieurs peptides (contrairement à l’ARNm de l’insuline). La maturation du proglucagon est assurée par les hydrolases Pcsk1 et 2 (= Prohormone convertases 1 et 2). GLP1 et 2 = glucagon like peptides 1 et 2. GcgR = récepteur au glucagon. Le glucagon est produit dans les cellules α par la Pcsk2, alors que GLP1 et 2 sont produits par la Pcsk1 dans les cellules L de l’intestin et dans le système nerveux central. Les peptides glicentine et oxyntomoduline, provenant de la maturation incomplète du proglucagon, n’ont pas de rôle connu.

Sécrétion et régulation : Nutriments : glucose : Mécanisme de la sécrétion du glucagon : Sécrétion Glucose transporteur Affinité pour le glucose Production d’ATP Canaux K+ ATP dépendant Membrane Canaux Ca2+ voltage dépendent Ca2+ intracellulaire Exocytose

Insuline En hyperglycémie Cellules β Glut2 Sensible à l’hyperglycémie Faible Elevée Fermés Dépolarisée Ouverts Elevé Oui

Glucagon En hypoglycémie Cellules α Glut1 Sensible à l’hypoglycémie Forte Faible Ouverts Polarisée Ouverts Elevé Oui

C’est l’augmentation du calcium intracellulaire qui provoque l’exocytose dans les 2 cas. Mais les canaux Ca2+ des cellules α, à l’inverse des cellules β, s’ouvrent si la membrane est polarisée. Les acides aminés et acides gras diminuent la sécrétion du glucagon, en diminuant le calcium. Les signaux paracrines sont dus à l’insuline et à la somatostatine. Régulation hormonale : L’insuline, la somatostatine et le GLP1 inhibent la sécrétion du glucagon. Effecteur Glucose Acides aminés Acides gras Insuline Somatostatine GLP1 Adrénaline

Origine Alimentation Alimentation Alimentation Cellules β (pancréas) Cellules δ (pancréas) Intestin Médullosurrénales

Effet +

Signalisation Augmentation ATP et diminution Ca2+ Augmentation ATP et diminution Ca2+ Augmentation ATP et diminution Ca2+ ? ? Augmentation AMPc et diminution Ca2+ Augmentation AMPc et Ca2+

La sécrétion du glucagon est déclenchée par une augmentation du calcium intracellulaire. Les canaux calcium de la cellule α sont de 2 types : - Type L stimulés par AMPc/PKA (voie adrénaline). - Type N inhibés par l’AMPc/PKA (voie GLP1). Si la sécrétion de l’insuline est inhibée par le glucagon, celle du glucagon est également inhibée par l’insuline.

Mode d’action du GLP1 sur la sécrétion du glucagon : Au niveau des cellules α du pancréas. Le GLP1 entraine une faible augmentation de l’AMPc, et par l’intermédiaire de la PKA, une inhibition des canaux Ca2+ (de type N) et une inhibition de la libération du glucagon. Les canaux Ca2+ de type L sont à l’inverse activés par un excès d’AMPc du à l’adrénaline.

Voies de signalisation : Le glucagon exerce ses effets métaboliques via la PKA et active la gluconéogenèse. - Les incrétines sont capables de diminuer la glycémie, mais sans aucun risque d’hypoglycémie. - Dans le diabète de type 2, l’effet incrétine est déficiente et donc il s’agit d’augmenter : - Soit par le GLP1 ou des incrétino-mimétiques. - Soit par des incrétino-potentialisateurs. - Mais le GLP1 est très rapidement dégradé (moins de 2min) par le DPP4 (= dipeptidyl-peptidase 4). 2 voies thérapeutiques : - Analogues du GLP1 résistants à la DPP4 (forme injectable par voie sous-cutanée). - Inhibiteurs de la DPP4 (comprimé per os). Pistes futures : - Le GLP1 préserve et même restaure la fonctionnalité des cellules β : il peut ainsi servir au traitement du diabète de type 1. - On peut stimuler la sécrétion du GLP1, par ingestion de nutriments à faible dose avant les repas : précharge de l’intestin. - On peut surexprimer la convertase Pcsk1 dans les cellules α pour favoriser la maturation du proglucagon en GLP1 (Pcsk1 en principe dans les cellules L de l’intestin et dans le SNC).