L’ « acidité » du sang : une belle application pour combattre le diabète.

La régulation de l’acidité de notre organisme est essentielle pour le bon fonctionnement de la plupart des fonctions métaboliques et cellulaires. Le pH de notre sang oscille entre 7,35 et 7,45 et outre l’effet amortisseur tant des protéines que des sels minéraux présents dans le sang sur cette valeur du pH, il existe un mécanisme qui va corriger toute variation indésirable et nocive pour l’ensemble des organes et leurs fonctions vitales. La régulation du pH est basée sur l’effet amortisseur essentiel du couple CO2 – bicarbonate sur la disponibilité en ions hydrogène, H+, afin de maintenir ce pH, d’aucuns parleront d’acidité, dans les bonnes valeurs. Il existe le cas particulier de l’estomac dont la fonction est de procéder aux premières étapes de la digestion et celles-ci sont d’autant mieux accomplies que le pH est fortement acide puisqu’il atteint 1,5 afin d’assurer le bon fonctionnement des enzymes gastriques. D’une manière générale la bonne valeur du pH sanguin est réglée par deux systèmes qui se complètent, l’élimination du CO2 au niveau des alvéoles pulmonaires lors de la respiration et l’activité d’un enzyme essentiel, l’anhydrase carbonique qui favorise la formation d’acide carbonique en présence de l’eau contenue dans le sang ou inversement libère le CO2 qui sera alors éliminé par les poumons. Enfin, de nombreuses fonctions cellulaires essentielles sont particulièrement sensibles au pH de leur environnement et les cellules sont elles-mêmes équipées pour pallier à toute variation indésirable de l’acidité.

L’une des pathologies les plus connues pour résulter en ce que l’on appelle une acidose chronique est le diabète de type 1. L’absence d’insuline oblige l’organisme à puiser dans les réserves d’acides gras pour produire le glucose nécessaire à toutes les cellules pour leur survie. Ce métabolisme dévié est très dommageable pour l’ensemble de l’organisme car le pH du sang et donc des fluides interstitiels peut chuter jusqu’à une valeur de 7,1 en raison de la production anormale d’acide beta-hydroxybutyrique par le foie lors de la tentative presque désespérée de produire du glucose qui n’est plus utilisé en raison des perturbations métaboliques au niveau cellulaire qu’induit cette acidose. Sans injection rapide d’insuline cette situation peut entrainer un choc métabolique grave pouvant être mortel. Fort heureusement notre organisme, dans les conditions normales, est parfaitement équipé pour éviter ce genre d’ennui et il est totalement inutile de s’imposer des régimes alimentaires particuliers pour maintenir le pH du sang et des autres fluides corporels à leur valeur physiologique normale.

Certaines cellules possèdent des récepteurs, des protéines associées à la membre cellulaire, particulièrement sensibles aux variations du pH. Par exemple certaines terminaisons nerveuses sensorielles sont capables d’apprécier d’infimes variations d’ « acidité » des aliments au niveau des papilles gustatives. Dans le sang, les lymphocytes T sont aussi équipés d’une sorte de récepteur de l’acidité produit du gène appelé TDAG8 qu’on a retrouvé également dans certains neurones suggérant qu’il modulerait les réactions à la douleur. Le promoteur de ce gène a été utilisé comme outil moléculaire pour induire la production d’insuline dans une construction génétique bien précise en fonction des variations du taux de CO2 dans des cultures de cellules. Cette construction schématisée dans la figure suivante tirée de l’article paru dans Molecular Cell et aimablement communiqué par le Docteur Martin Fussenegger, le coordinateur de l’étude réalisée à l’ETH de Zürich (voir DOI en fin de billet).

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La « construction » ayant pour but d’induire une production d’insuline en cas d’acidification du milieu a été introduite dans des cellules à l’aide d’un adénovirus, le vecteur communément utilisé en thérapie génique, et des lignées de cellules génétiquement modifiées ont été obtenues. Elles contiennent donc ce détecteur de pH induisant la production d’insuline (dans la figure « gene of interest »), production sous le contrôle du produit du gène TDAG8 qui réagit aux variations de pH et entraine une signalisation par la cellule pour initier cette production d’insuline. Les cellules ainsi modifiées ont été implantées dans des souris diabétiques sujettes à cette acidose (DKA dans l’illustration pour Diabetic KetoAcidosis) liée à l’absence d’insuline. Et comme on pouvait s’y attendre puisque le système avait préalablement été validé avec des cultures de cellules, les souris ont rapidement, en quelques jours seulement, retrouvé une production d’insuline normale avec une baisse du taux de glucose circulant ainsi qu’une quasi disparition de l’acidose.

Ce travail innovant constitue donc une approche élégante dans le traitement du diabète car la modification des cellules a été réalisée dans le seul but d’utiliser la modification du pH pour déclencher la production d’un gène bien précis, une sorte de « portail logique » intracellulaire artificiellement construit et ultra-sensible aux variations d’acidité induites par le CO2 ou les acides organiques produits en cas de diabète de type 1. Il s’agit en quelque sorte d’une prothèse moléculaire qui a pour but de corriger un défaut métabolique, induit ici par le défaut en insuline.

Source : ETH Zürich et Molecular Cell, DOI: 10.1016/j.molcel.2014.06.007  

Le diabète, ça se passe aussi dans le cerveau

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Il y a au niveau des carotides des terminaisons nerveuses qui détectent très précisément la pression artérielle et les taux d’oxygène et de gaz carbonique dans le sang. Ces neurones transmettent un signal au cerveau, précisément à l’hypothalamus qui enverra ses instructions au système nerveux sympathique contribuant donc à l’équilibre homéostatique du cerveau qui ne peut supporter un déficit en oxygène. C’est un peu schématique mais c’est à peu près comme ça que ça se passe. Dans le cerveau lui-même, au niveau de l’hypothalamus, cette région du cerveau qui constitue un lien physique avec l’hypophyse, il existe toute une panoplie de neurones spécialisés qui détectent toutes sortes de signaux en provenance de l’ensemble de l’organisme. Pêle-mêle on peut citer la détection de la soif et de la faim, la thermorégulation, le déclenchement de la sueur (pour refroidir le corps) et des frissons (pour le réchauffer), l’alternance jour-nuit ou rythme circadien, la satiété, la pression artérielle, signal en provenance des carotides, le rythme cardiaque ou encore la dilatation des pupilles …

Mais ce qu’on ignorait jusqu’à une étude parue il y a quelques jours dans les PNAS c’est que l’hypothalamus régule également le taux de glucose dans le sang.

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Comme l’une des fonctions de l’hypothalamus est de sécréter des hormones variées et de contrôler la production d’hormones par l’hypophyse ou encore la thyroïde par l’intermédiaire de signaux chimiques appelés des facteurs (ou hormones) de sécrétion, on aurait pu imaginer aussi que l’hypothalamus pouvait mettre de l’ordre dans la régulation hormonale du taux de glucose dans le sang par le pancréas puisque justement ce même hypothalamus contrôle la faim et la satiété. Avancer une hypothèse aussi floue était séduisant, encore fallait-il la prouver expérimentalement. Pour ce qui concerne les deux hormones du pancréas impliquées dans la régulation du glucose sanguin, l’insuline et le glucagon, on s’était arrêté sur le fait que le pancréas répondait lui-même à ce taux de glucose sans aucune intervention de l’hypothalamus, le « chef d’orchestre de tout l’organisme ».

Pas du tout, il existe aussi dans ce petit bout de cerveau (voir l’illustration tirée de Wikipedia) des neurones détectant justement ce taux de glucose sanguin mais on ignorait complètement leur fonction. Le Docteur Sabrina Diano de la faculté de médecine de l’Université de Yale a mis au point des souris transgéniques auxquelles il manque une activité enzymatique provenant également de l’hypothalamus essentielle pour contrôler la quantité de ces petits peptides signaux sécrétés par ce même hypothalamus afin de jouer son rôle de « chef d’orchestre » le plus finement possible. Il s’agit d’une prolyl-endopeptidase, excusez du peu, qui a pour mission de détruire le surplus d’hormones et autres facteurs, appelés génériquement des neuropeptides, stimulant la sécrétion de diverses hormones agissant sur toute une série de fonctions essentielles à l’organisme. Ces souris développaient invariablement un diabète sévère inexpliqué. Or, très curieusement, la sécrétion de cet enzyme particulier se trouve être située dans la même région de l’hypothalamus qui est riche en neurones capables de réagir aux taux de glucose sanguin. Il est utile de rappeler encore que le glucose est la principale source d’énergie du cerveau et qu’il est bien normal que cet organe particulier (le cerveau) soit muni de tout un ensemble d’alarmes et de détecteurs afin de maintenir ce taux de glucose optimal pour son bon fonctionnement. Or il n’est donc pas non plus invraisemblable que le cerveau, via l’hypothalamus, puisse agir directement sur le pancréas pour maintenir l’apport en glucose vers le cerveau à un niveau optimal. Reste à déterminer comment ce mécanisme enzymatique nouvellement découvert intervient sur les fonctions pancréatiques.

Le pancréas est soumis aux signaux du système nerveux autonome aussi dénommé système sympathique ou encore adrénergique et c’est probablement par ce canal que l’hypothalamus transmet ses signaux puisque l’étude citée ici fait mention d’un effet positif de la noradrénaline sur la restauration de la tolérance au glucose des souris transgéniques utilisées. Reste à préciser ce mécanisme afin de trouver des outils d’approche conduisant vers d’éventuels traitements des diabètes de type 1 et 2. On n’en est pas encore là car intervenir directement sur les fonctions cérébrales n’est pas une mince affaire. Néanmoins cette étude a le mérite de révéler la complexité des mécanismes relatifs à l’équilibre du taux de glucose dans le sang et peut-être que quelque part on démasquera pour quelle raison certaines maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer sont liées à une insuffisance en la disponibilité en glucose, ce que l’on a appelé le diabète de type 3 (voir : https://jacqueshenry.wordpress.com/2013/11/15/alzheimer-un-diabete-de-type-3/).

Source : PNAS, article aimablement communiqué par l’auteur principal de l’article le Docteur Sabrina Diano, DOI :10.1073/pnas.1406000111

Et si l’air conditionné contribuait à l’obésité ?

 

Notre organisme possède deux types de réserves d’énergie, le glycogène qu’on trouve dans le foie et les muscles, c’est un polymère de glucose qui se forme quand le taux de glucose dans le sang dépasse un certain seuil et ce processus est commandé par l’insuline, quand tout se passe bien, et le même processus a lieu dans les muscles. Il y a un autre système de stockage de l’énergie qui est constitué par la graisse dite brune ou encore « bonne » graisse. D’abord cette graisse est particulière parce qu’elle se trouve dans des cellules adipeuses le plus souvent associées au système musculaire et elle est brune parce que ces cellules censées fournir de l’énergie à la demande sont très riches en mitochondries dont la couleur est effectivement brune car elles contiennent des pigments contenant du fer. Les mitochondries sont les centrales énergétiques de toutes les cellules et quand il y a une demande soudaine en énergie, par exemple un effort musculaire, elles brûlent littéralement les graisses avec un équipement enzymatique particulièrement efficace pour quasiment inonder le tissu annexe avec de l’ATP (adénosine triphosphate), l’unité d’énergie de l’organisme. Pour que tout fonctionne bien la graisse se trouve sous forme de très fines gouttelettes dans ces cellules pour qu’elle soit justement rapidement disponible. C’est tout le contraire avec la graisse blanche qui a envahi la cellule et bloqué la vascularisation des tissus adipeux, les « mauvais » tissus adipeux, alors que la graisse brune est richement irriguée de fins vaisseaux pour transporter l’énergie le plus rapidement possible et recevoir également l’oxygène tout aussi rapidement. De surcroit la graisse « blanche » se présente sous forme de gros amas inaccessibles contrairement à la graisse brune.

La graisse brune joue un autre rôle essentiel qui est le maintien de la température du corps en brûlant encore une fois des graisses, cette fois sans produire d’énergie mais au contraire de la chaleur. Pour terminer cette petite entrée en matière déjà passablement compliquée, il faut rappeler que les graisses qui sont stockées dans les tissus adipeux bruns (ou blancs) sont fabriquées à partir des sucres, du glucose et du fructose, et non pas comme on a tendance à le croire à tort à partir des graisses que l’on ingère car ces dernières sont dégradées dans le foie pour également fournir de l’énergie par un autre système.

Donc, la température du corps est régulée par les tissus adipeux bruns et on peut facilement visualiser ces derniers en imagerie par émission de positrons en injectant dans le sang un analogue du glucose, le désoxyglucose marqué avec du fluor radioactif ( F18). J’en ai déjà parlé dans un billet mais ce marqueur est un outil de choix pour visualiser les tissus adipeux bruns ou plus généralement la graisse brune. Ce fluor radioactif a une demi-vie d’un peu plus de 100 minutes, de quoi réaliser un examen radiologique mais il faut également qu’on puisse le produire sur place en bombardant dans un cyclotron de l’eau enrichie en isotope 18 de l’oxygène qui capte un proton, plus prosaïquement un noyau d’hydrogène, pour former ce fluor 18. Il faut ensuite vite synthétiser le désoxyglucose marqué, c’est maintenant réalisé avec un robot, et aller tout aussi vite dans le service de radiologie de l’hôpital le plus proche. Le fluor 18, quand il revient à sa destination initiale, émet deux positrons simultanément qui partent dans deux directions opposés et il reforme alors de l’oxygène 18, l’autre isotope stable de l’oxygène. Le tomographe détecte donc seulement les positrons deux par deux émis en coïncidence et un traitement informatique adéquat permet de réaliser une image de l’endroit où le désoxyglucose marqué est allé préférentiellement s’accumuler puisque les tissus croient qu’il s’agit de glucose. Et les tissus adipeux bruns font partie de ceux-la car leur métabolisme est très actif comme d’ailleurs celui des tumeurs, cette technique d’imagerie est pour ces raisons largement utilisée pour localiser ces dernières.

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Comme on peut le constater sur cette image le désoxyglucose-F18 se retrouve naturellement dans le foie, on s’y attendait, mais aussi dans les tissus adipeux bruns qui se trouvent à l’intérieur du corps et non pas à l’extérieur comme les tissus adipeux blancs devenus inutiles pour l’organisme et n’ayant plus d’autre fonction que de dégrader la silhouette des personnes obèses ou en surpoids. Dans ce cliché la réponse rénale est élevée car d’une part le rein est « colonisé » par de la graisse brune.

Mais revenons à la régulation de la température du corps. Il existe une température extérieure, vingt quatre degrés précisément, qui correspond au minimum de dépense énergétique de l’organisme pour spécialement maintenir sa propre température à 37 degrés, pour nous humains. En deçà l’organisme dépense de l’énergie pour se chauffer, au delà il dépense de l’énergie pour se refroidir car plus il fait chaud plus l’échange de température entre le corps et l’air ambiant est difficile, c’est un principe thermodynamique fondamental qui veut que la chaleur va toujours du corps chaud vers le corps froid. Pour étudier dans le détail ce qui se passe au niveau des tissus adipeux bruns au cours de la régulation thermique du corps il n’y a pas d’autre solution que de soumettre des volontaires à diverses températures ambiantes et d’observer par tous les moyens dont dispose un biologiste quelles sont les modifications du métabolisme, d’une part, et donc des tissus adipeux bruns, d’autre part, justement par tomographie d’émission de positrons. C’est ce qui a été entrepris au National Institute of Health à Bethesda près de Washington dans le cadre d’un programme d’étude des effets de l’exposition chronique de l’organisme au froid et ses conséquences sur le développement éventuel du diabète puisque tout est en définitive une histoire de glucose.

Les résultats obtenus sont contre-intuitifs comme on va le voir plus loin en ce qui concerne le tissu adipeux brun. Cinq volontaires en bonne santé ont accepté de se soumettre pendant plusieurs mois à un test, contre une substantielle rémunération puisqu’ils étaient isolés dans ce qu’on appelle une chambre métabolique qui permet d’effectuer toutes sortes de mesures durant les dix heures au cours desquelles ils n’exerçaient pas leur activité professionnelle, c’est-à-dire la nuit. Une chambre métabolique permet de mesurer la chaleur dégagée par le corps, l’oxygène consommé et le gaz carbonique et l’eau rejetés par la respiration, etc. Le premier mois ils se reposaient et dormaient dans une pièce à la température de 24 degrés, celle dont j’ai parlé plus haut, le mois suivant ils dormaient à une température ambiante de 19 degrés, retour à 24 degrés le mois suivant pour revenir à une sorte de condition de contrôle et enfin le dernier mois à 27 degrés. Chaque fin de mois une série de paramètres impressionnante était scrupuleusement analysée et les volontaires étaient soumis à une tomographie par émission de positrons pour se faire une idée de l’évolution de leur tissu adipeux brun. Le protocole à chaque fin de mois était donc le suivant :

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Lors du mois passé, la nuit, à 19 degrés, on aurait pu s’attendre intuitivement à une diminution significative du tissu adipeux brun puisque l’organisme dépense de l’énergie pour maintenir sa température à 37 degrés. Pas du tout ! Comme le montrent clairement les imageries par émission de positrons, c’est tout le contraire qui se passe.

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L’organisme dépense moins d’énergie pour se réchauffer  et plus d’énergie pour se refroidir et le tissu adipeux régresse après trente nuits passées à dormir à 27 degrés suivant le mois de référence à 24 degrés où il était revenu à la normale. Ce résultat est totalement contre-intuitif et il a été vérifié avec une série de paramètres sanguins dont une plus grande sensibilité à l’insuline et aux hormones thyroïdiennes. Ce résultat suggère que les personnes qui se trouvent dans des conditions de vie leur permettant d’accumuler plus de graisses brunes ont besoin de moins d’insuline que leurs contreparties ayant moins de graisses brunes pour réguler le taux de glucose sanguin. L’une des conclusions suggérées par cette étude est que l’utilisation forcenée de l’air conditionné aurait des effets dévastateurs sur le métabolisme des graisses car lorsque les tissus adipeux bruns sont saturés l’organisme choisirait alors de stocker ses surplus de graisses dans les tissus adipeux blancs, ceux qui causent le surpoids et l’obésité et par voie de conséquence l’apparition de diabète. Et il s’agit pourtant d’une différence discrète de seulement 3 degrés ! En conclusion, à côté d’une mauvaise alimentation, trop riche en sucres, et d’un manque d’exercices physiques réguliers, s’abstenir de mettre l’air conditionné la nuit quand il fait chaud ne peut avoir que des effets bénéfiques sur la santé. On peut tout de même encore dormir confortablement quand la température atteint 27 degrés dans sa chambre surtout si c’est pour éviter de devenir obèse et diabétique, un bon ventilateur est beaucoup plus sain … Reste une question en suspens, se chauffer à 27 degrés, au moins la nuit, en plein hiver est-il vraiment écolo-compatible ? Peut-être que la santé est plus importante que le climat !

Source : American Diabetes Association

Pour les curieux : DOI: 10.2337/db14-0513 et« supplementary data », l’accès à l’article lui-même est payant. Illustrations tirés de Wikipedia et de cet article.

Bientôt un pancréas à la demande ?

L’impression 3D dont je parlais il y a quelques jours va révolutionner une multitude de secteurs industriels et l’un des derniers en date est la construction. Aussi inimaginable qu’il puisse paraître un prototype d’impression 3D est maintenant capable de construire une maison en 24 heures. En lieu et place des bobines de fil de plastique de toutes les couleurs, il y a un réservoir de béton liquide qui alimente la tête d’impression. Ce procédé n’est pas encore tout à fait au point mais il le sera assurément dans quelques mois avec la formulation de béton fibré tout aussi résistant que le béton armé avec des retardateurs de prise ou au contraire des accélérateurs injectés au niveau de la tête d’impression. Bref, dans ce domaine nouveau et révolutionnaire, tout est imaginable et il n’y a qu’à rêver quelques minutes pour créer une start-up dans ce domaine.

Avec la technologie de l’impression 3D on va pouvoir reconstituer des organes à partir de cellules redirigées phénotypiquement pour être des cellules d’épithélium artériel ou de peau ou encore des cellules beta du pancréas, celles-là même qui sécrètent de l’insuline et pourquoi pas imaginer la reconstitution d’un pancréas entier, d’un poumon ou à la limite d’un cœur. Car l’alliance de l’impression 3D et de la culture de cellules peut potentiellement repousser les limites de ce que l’on était encore incapable d’imaginer il y a à peine trois ans.

Chaque jour des publications scientifiques relatent des avancées insoupçonnées dans le domaine particulier de la redirection des fonctionnalités des cellules en culture. On ne parle même plus de cellules souches ou embryonnaires (ça offusquait certains « experts » en éthique) puisqu’on peut rajeunir des cellules de peau et les rediriger pour régénérer des neurones ou des cellules cardiaques ou encore ces cellules beta du pancréas ultra-spécialisées pour produire de l’insuline mais pas n’importe comment, en fonctionnant selon la teneur en glucose dans le sang. Le souci avec les cellules beta était jusqu’à il y a encore quelques semaines l’extrême difficulté à les multiplier in vitro. Il était quasiment impossible de maintenir en vie ces cellules et surtout de les voir se multiplier dans une boite de culture au laboratoire. Il n’y a pas de problèmes de ce genre avec des fibroblastes de peau et c’est facile à comprendre puisque notre peau se régénère en permanence d’où l’aisance particulière avec laquelle on peut mettre ces cellules en culture qui s’organisent spontanément pour finalement reformer de la peau en quelques jours.

En utilisant un cocktail complexe d’hormones et de facteurs de croissance adéquats une équipe de biologistes du Gladstone Institute, affilié à UCSF (University of California San Francisco), est arrivée à reprogrammer ces cellules banales que sont les fibroblastes pour qu’elles redeviennent des cellules embryonnaires puis avec un cocktail différent rediriger ces cellules vers le type endodermique pour qu’elles répondent au signal induit par le glucose et qu’elles sécrètent finalement de l’insuline. Et après de multiples tentatives c’est finalement ce que ces biologistes ont obtenu, des cellules beta en partant de vulgaires cellules de peau. Ces nouvelles cellules ont été appelé PPLC, acronyme de Pancreatic Progenitor-Like Cell.

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Pour bien comprendre la démarche assez extraordinaire de cette approche il faut ici rappeler comment fonctionne le pancréas et comment il se forme au cours de la vie embryonnaire (voir l’illustration) puisque ces PPLC sont en quelque sorte les cellules qui formeraient le pancréas au cours du développement de l’embryon. Le pancréas provient d’une différenciation de l’endoderme en deux directions pour finalement arriver à un organe possédant deux fonctions très différentes. La première de ces fonctions dite exocrine est la production d’une panoplie d’enzymes impliqués dans la digestion qui sont, dirions-nous, injectés dans l’intestin au même niveau que la bile provenant du foie et qui n’est en fait qu’un puissant détergent. L’autre fonction du pancréas est dite endocrine et consiste à libérer dans le sang une série d’hormones essentielles pour l’homéostase générale de l’organisme. Ces deux fonctions du pancréas font que cet organe qui est plutôt une glande qu’un organe à proprement parler est aussi essentiel pour notre survie. Pour que tout se passe aussi harmonieusement que possible, c’est-à-dire pour la bonne santé du bonhomme, les cellules endocrines sont elles-mêmes organisées en îlots (Langerhans) pour que la régulation de leurs fonctions variées et parfois antagonistes puisse être optimale dans la mesure où les diverses cellules de ces îlots, pour utiliser une expression anthropomorphique, ne se marchent pas sur les pieds les unes les autres. Ces îlots de Langerhans sont d’une extrême complexité car on y trouve des cellules alpha qui produisent du glucagon, des cellules beta qui produisent de l’insuline et pour compliquer le tableau d’autres types de cellules produisant d’autres hormones peptidiques comme de la somatostatine ou de la ghreline, bref un truc très compliqué.

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Comme si c’était un miracle, ces PPLC obtenues dans les laboratoires du Gladstone Institute arrivent à tout faire en fin de re-différenciation, de l’insuline, du glucagon et les autres hormones, en reconstituant les fonctions endocrines du pancréas. Une véritable prouesse expérimentale ! Dans une boite de Petri c’était déjà un succès de voir que ces cellules en culture produisaient de l’insuline comme le remarqua Ke Li, post-doc ayant participé à cette étude (voir photo) mais l’étape suivante a consisté à transplanter ces mêmes cellules dans des souris génétiquement modifiées pour être diabétiques (type I) car étant incapables de sécréter de l’insuline. Comme cela est résumé dans l’illustration (tirée de Cell Stem Cell) la principale fonction de sécrétion de l’insuline est restaurée chez ces souris modèles.

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Ces résultats impressionnants sont un espoir pour traiter les diabétiques de type I qui doivent s’injecter de l’insuline tous les jours ou disposer de pompes à insuline pour tout simplement survivre. En « jouant » avec divers facteurs de croissance et autres hormones, il est possible de recréer des cellules ultra-spécialisées à partir de vulgaires cellules de peau sans courir de risques de rejets puisque ces cellules peuvent provenir du malade comme cela est déjà le cas pour régénérer une cornée à partir de cellules épithéliales de la bouche.

Et si avec ce type de technologie on allie l’impression 3D, alors les champs d’applications thérapeutiques deviendront à n’en pas douter immenses.

 

Source et photo : Gladstone Institutes, embryogenèse du pancréas, Wikipedia (puisqu’il vaut mieux citer ses sources pour ne pas être poursuivi par la police totalitaire française)

 

 

 

 

Fructose ? Il vaut mieux s’abstenir

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Comme je l’expliquais dans un précédent billet sur le diabète de type II, l’insuline agit à plusieurs niveaux dans l’organisme (voir lien en fin de billet). D’abord dans le foie et les muscles en activant la production de glycogène à partir du glucose pour constituer une réserve d’énergie disponible plus tard pour un effort musculaire, par exemple, ou encore une demande d’énergie du cerveau qui se nourrit presque exclusivement de glucose. L’autre rôle de l’insuline est de réguler une autre méthode cellulaire de stockage de l’énergie en fabricant des acides gras à partir du glucose en dégradant la molécule de glucose, processus qui est universellement utilisé par les cellules car il produit de l’énergie, puis en utilisant le résidu ultime de cette voie d’oxydation, le pyruvate, pour produire des acides gras. Les acides gras ont l’avantage de stocker beaucoup plus d’énergie que le glucose dans le même volume. A côté de l’insuline, une autre hormone peptidique appelée leptine et sécrétée par les tissus adipeux n’a pas de fonction directe sur le métabolisme cellulaire comme l’insuline, encore que l’insuline agit à l’aide de signaux secondaires dans la cellule, mais envoie un signal au cerveau (hypothalamus et hippocampe) pour lui dire que « c’est bon, j’ai assez mangé, je suis rassasié ».

L’obésité, la maladie dévastatrice de ces dernières décennies est un syndrome tellement complexe que les scientifiques sont partagés quant à ses causes primaires. Certes l’insuline et la leptine y jouent un rôle central mais celui-ci est encore controversé. Il en est de même du diabète de type II très souvent lié à l’obésité. Or ces deux pathologies sont liées et l’une des hypothèses est que l’insuline contribuerait au développement de l’obésité en rendant le cerveau insensible à la leptine. Mais la situation dévastatrice, selon cette hypothèse, s’auto-entretient puisque l’insuline signale au tissu adipeux de transformer le surplus de glucose en acides gras et comme le taux de leptine dans le sang dépend directement de la masse du tissu adipeux, alors le cycle infernal se met à fonctionner avec à la clé obésité et diabète et des taux d’insuline extravagants puisque, comme un fait exprès, le foie ne répond plus aux signaux de l’insuline.

Déjà en 2002 des biologistes ont tiré la sonnette d’alarme en incriminant le fructose (voir infra) car ce sucre n’induit pas la sécrétion d’insuline dans le pancréas or la production de leptine dépend étroitement du taux d’insuline sanguin pour la régulation de l’homéostase énergétique de l’organisme, par conséquent le fructose abaisse également ce taux de leptine. Comme pour en rajouter une couche, le fructose est immédiatement pris en charge dans le foie pour produire du pyruvate, le précurseur des acides gras, d’où les conséquences visibles à l’oeil nu que sont le surpoids et l’obésité, mais pire encore le diabète de type II.

En 2005, nouveau coup de semonce ( http://www.nutritionandmetabolism.com/content/2/1/5 ) mais sans grands résultats au niveau de l’utilisation du fructose dans tellement de préparations alimentaires industrielles qu’il est devenu presque impossible d’y échapper. Juste un bref aperçu parmi les milliers de préparations culinaires contenant du fructose ou du sirop de maïs enrichi en fructose : sodas, ketchup, sauces de salade, mayonnaise, jus de fruits, pain, céréales du petit déjeuner, hamburgers, chips, barres de protéines, confiseries, pâtisseries, glaces et sorbets, … et même cigarettes !

( http://www.care2.com/greenliving/high-fructose-corn-syrup-that-sweet-sweet-bully.html# )

Juste un mot au sujet du fructose. C’est l’un des constituants avec le glucose du sucre de canne ou de betterave. Pourquoi plus de 250000 tonnes de fructose sont produits chaque année aux USA à partir de sirop de maïs, tout simplement parce que son pouvoir sucrant est 1,7 fois plus élevé que le sucre de table. Mais le fructose est aussi un édulcorant du goût et c’est la raison pour laquelle il est ajouté aux hamburgers ! La consommation de fructose a augmenté de 1000 % entre 1970 et 1990, entre 1909 et 1997, la consommation de sucres (en tous genres) a augmenté de 86 %. Plus spécifiquement, les sucres issus du sirop de maïs contenant jusqu’à 90 % de fructose représentent plus de 20 % du total des carbohydrates consommés chaque jour, soit une augmentation depuis 1970 de 2100 % !!! Une seule canette d’une boisson genre coca-cola représente en sucres (surtout du fructose) ce qui est préconisé par le corps médical par jour (au plus 85 grammes) !

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Toutes les études sur l’animal convergent pour affirmer que l’abus de fructose conduit à un déséquilibre de l’homéostase énergétique en dérégulant la synthèse du glycogène (diabète) et en forçant la synthèse d’acides gras (prise de poids) car le fructose agit sur l’une des étapes clés de la régulation du métabolisme du glucose, nommément la phosphofructokinase, un enzyme contrôlant l’ensemble de la glycolyse puisque son action est irréversible ( http://en.wikipedia.org/wiki/Glycolytic_pathway ) et surcharger le foie en fructose qui est pris en charge par un autre enzyme, une kinase, perturbe la glycolyse en ce sens que le fructose, phosphorylé en position 1, contourne l’étape régulatrice constituée par la phosphofructokinase. Dès lors non seulement le foie ne remplit plus sa fonction de stockage d’énergie sous forme de glycogène, mais de plus glucose et fructose ne servent plus qu’à synthétiser des tryglycérides.

Pourtant, personne ne semble s’étonner de cette situation catastrophique et les grandes firmes, essentiellement nord-américaines, de l’agroalimentaire continuent à inonder le marché des plats cuisinés et des boissons avec du fructose. Il est vrai que s’attaquer au lobby hyper-puissant des producteurs de maïs et des transformateurs, aux USA la Corn Refiners Association comme par hasard basée à Washington qui comprend parmi ses membres Cargill, Archer, Tate&Lyle ou encore Roquette, relève du défi. Chaque fois qu’une publication scientifique sérieuse révèle la nocivité du fructose sur la santé, cette association occupe immédiatement le devant de la scène pour défendre ses intérêts (des dizaines de milliards de dollars chaque année) quitte à poursuivre devant la justice d’honnêtes biologistes. Car pour cette association le sirop de maïs est un produit naturel, sauf que notre organisme n’est pas équipé pour le prendre en charge sans dommages sérieux pour la santé. Et comme pour boucler le pouvoir abusif de cette association, le Congrès américain a fait passer des lois qui protègent les producteurs de maïs américains en taxant le sucre issu d’autres cultures comme la betterave ou la canne. 

https://jacqueshenry.wordpress.com/2013/12/27/diabete-de-type-ii-une-lueur-despoir/

Diabète de type II, une lueur d’espoir ?

Aux USA plus de 95 % des diabétiques – près de 8 % de la population – souffrent de diabète de type II, associé au surpoids et à l’obésité. Ce diabète est caractérisé par une insensibilité des cellules à l’insuline, en particulier les cellules hépatiques dont l’un des rôles majeurs est de stocker le glucose sous forme de glycogène afin de réguler le taux de sucre sanguin. Ce n’est pas le seul rôle de l’insuline car cette hormone synthétisée par le pancréas agit aussi directement sur les cellules musculaires et les cellules des tissus adipeux et ça fait beaucoup de cellules puisque les muscles et les tissus adipeux représentent près des deux tiers de l’ensemble des cellules constituant le corps humain.

Contrairement aux idées reçues, les acides gras sont aussi synthétisés par notre organisme justement à partir du glucose et c’est là que l’insuline intervient en déviant une partie du sucre vers la synthèse d’acides gras qui vont être stockés dans les adipocytes pour une dégradation ultérieure en cas de besoin énergétique soudain. En effet, les stocks de glucose sous forme de glycogène ne sont pas illimités et une régulation très fine entre glucose et acides gras pour la fourniture d’énergie (et son stockage) est sous la dépendance de l’insuline.

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Or dans le diabète de type II on pourra se piquer avec de l’insuline, rien n’y fera car les hépatocytes sont devenus insensibles à l’insuline toujours normalement produite par le pancréas. Du coup le stockage du glucose sous forme de glycogène se fait mal, dans le foie comme dans les muscles qui stockent aussi du glycogène, la production d’acides gras devient dérégulée, en d’autres termes pour ce qui concerne plus précisément les acides gras l’hépatocyte n’y comprend plus rien et l’organisme tout entier en souffre car il faut bien que ces acides gras quittent le foie sinon il s’asphyxierait et ils sont alors stockés dans les adipocytes avec un développement de l’obésité. Ce que les biologistes tentent de comprendre et éventuellement de traiter c’est la relation de cause à effet initiale. Est-ce le surpoids qui entraine une insensibilisation à l’insuline ou l’inverse ? En réalité tous les regards se tournent vers un mauvais fonctionnement du récepteur de l’insuline qui est situé dans la membrane cellulaire des cellules cibles, foie muscle et tissu adipeux essentiellement. On a une petite idée du fonctionnement de ce récepteur qui est d’une complexité inattendue mais compréhensible dans la mesure où son rôle est d’établir à l’intérieur de la cellule une série de régulations extrêmement fines et également complexes pour le bon fonctionnement du métabolisme.

Si on examine le schéma (Wikipedia) résumant les divers effets de l’insuline, pour tenter de remédier au diabète de type II on n’a pas vraiment le choix puisque le récepteur de l’insuline (Wikipedia) est une vraie boite noire.

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Les biologistes du Scripps Research Institute à La Jolla en Californie qui travaillent sans relâche sur cette forme de diabète qui affecte près de 350 millions de personnes dans le monde ont finalement opté pour une sorte de retour en arrière afin de trouver de nouveaux médicaments. Pour tester des centaines de milliers de molécules chimiques dans un temps raisonnable on avait et on a toujours tendance à privilégier la cible que l’on veut atteindre en mettant au point un test rapide qui puisse être adapté au screening haute fréquence. C’est ce que l’on fait par exemple avec une activité enzymatique. Mais si on en revient à la bonne vieille observation des effets globaux sur des cellules en culture, par exemple, on a beaucoup plus de chances d’avoir un « hit » c’est-à-dire une réponse positive d’autant plus que le diabète de type II est un dysfonctionnement multifactoriel et non pas limité au seul récepteur de l’insuline. L’astuce a consisté à combiner le screening phénotypique et l’identification de la cible du composé chimique. Pour l’aspect phénotypique, c’est-à-dire la réponse de la cellule, le test consistait à repérer l’abondance des acides gras stockés dans des cellules de tissu adipeux en culture à l’aide d’un test de détection par fluorescence, généralement très facile à mettre en œuvre et rapidement détectable. Une fois le « hit » obtenu, il fallait identifier la cible en analysant cette fois quels sont les enzymes synthétisés en plus (ou moins) grande quantité que dans une cellule témoin. Cette étape est faite en séquençant les ARN messagers transcrits à l’aide de séquenceurs automatiques. Les biologistes du Scripps Institute ont finalement identifié la cible touchée qui est une hydrolase à sérine, un enzyme qui intervient dans l’immobilisation des acides gras dans les adipocytes plutôt que de les laisser retourner vers le foie.

Il fallait finalement vérifier si la molécule ainsi identifiée et active sur un enzyme qui n’avait jamais auparavant été envisagé comme intervenant dans l’obésité et le diabète de type II associé présentait aussi un effet sur des animaux de laboratoire comme par exemple des souris génétiquement modifiées pour être obèses et diabétiques et des souris normales soumises à un régime alimentaire les rendant obèses et diabétiques. Cette molécule s’est avérée active sur les deux lots d’animaux, diminuant significativement la prise de poids et normalisant la biochimie sanguine, glucose, triglycérides et cholestérol redevenus normaux. Un peu les mêmes effets que l’Avandia (rosiglitazone) qui a été retiré du marché en raison des effets secondaires sérieux, mais à une différence notoire près, cette molécule ne provoque pas d’accumulation d’acides gras au niveau du foie comme l’Avandia.

Ces résultats constituent donc une première quant à la démarche scientifique adoptée qui est initiée par des observations phénotypiques, certes sur des cultures de cellules, mais corroborées par l’identification génétique de la cible et enfin une vérification ultime sur des animaux. Cette stratégie est actuellement en cours d’élargissement pour espérer identifier d’autres cibles du diabète de type II mais sans pour autant trouver une explication à la perte de réactivité du récepteur de l’insuline, constat qui reste encore mystérieux. La recherche en biologie et en pharmacologie restera encore quelques années en quête de supplétifs médicamenteux tant que la vraie cause de l’apparition du diabète de type II ne sera pas formellement identifiée. Cette recherche risque d’être longue car il s’agit probablement de la résultante de multiples facteurs dont on méconnait à ce jour les effets cumulatifs sur un système aussi complexe que ce récepteur de l’insuline.

Source : Scripps Research Institute News Letters, illustrations Wikipedia

 

 

A la mémoire de Frederick Sanger

A la mémoire de Frederick Sanger

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Frederick Sanger restera dans ma mémoire puisque les techniques que l’on utilisait encore dans les années 70 étaient toutes dérivées directement de ses travaux, on utilisait encore dans certains cas un réactif appelé « le réactif de Sanger » ainsi que la visualisation bidimensionnelle des petits peptides et des aminoacides constituant une protéine que l’on révélait sur un papier avec un autre réactif mis au point dans le laboratoire de chimie des protéines de l’Université de Cambridge où Sanger travailla de nombreuses années, la ninhydrine, qui avait pour inconvénient de colorer violemment en violet les doigts. Il s’agissait d’une chromatographie descendante sur papier suivie d’une électrophorèse à haut voltage. Le seul fait d’évoquer le nom de Sanger me rappèle curieusement les odeurs prégnantes du mélange de pyridine et d’acide acétique que l’on utilisait pour l’électrophorèse dans un grand bac rempli d’une huile appelée Varsol. C’est aussi dans le laboratoire de Sanger que celui qui serait mon mentor à UCLA fit ses premières armes et collabora étroitement avec lui dans la détermination des pont disulfure de l’insuline (voir la figure tirée de Wikipedia ci-après, les ponts disulfure entre les cystéines sont indiqués en rouge). Les travaux de Sanger sur la séquence d’aminoacides de l’insuline conduisit Francis Crick à formuler l’hypothèse d’une relation directe entre la structure primaire (la séquence d’aminoacides) des protéines et le concept de gènes codant pour ces protéines dont l’information était contenue dans l’enchainement des bases de l’ADN, les premiers résultats de Sanger sur l’insuline remontant au début des années 50 et c’est au cours de cette même décennie que Francis Crick, également à Cambridge, élucida avec James Watson la structure de l’ADN par cristallographie alors que Sanger travaillait déjà sur la séquence des bases constituant les ARN de transfert et les ARN ribosomaux.

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Sanger est le seul chimiste a avoir été récompensé deux fois par le Comité Nobel, une première fois pour la détermination de la structure complète de l’insuline en 1958 et une deuxième fois pour ses travaux sur la détermination de la structure des acides ribonucléiques, en 1980. Sanger faisait partie de ces chimistes fourmillant d’idées pour arriver à résoudre des problèmes complexes avec, pourrait-on dire aujourd’hui, les moyens du bord car la chimie des protéines et des acides nucléiques est aujourd’hui confiée à des machines automatiques mais ces équipements aux performances extrêmement puissantes font toujours appel aux principes découverts et mis au point par ces grandes figures de la chimie et de la biologie qui foisonnaient dès la fin de la deuxième guerre mondiale dans les grandes universités anglo-saxonnes dont en particulier Cambridge qui est toujours un haut lieu de la biologie.

C’est dire que la nouvelle de la mort de Sanger la nuit dernière à l’âge de 95 ans m’a interpellé dans mes souvenirs de chimiste des protéines.

Crédit photo: Associated Press