Rôle des interactions entre la mitochondrie et le reticulum endoplasmique dans les défauts de sécrétion d'insuline par les cellules béta pancréatiques au cours du diabète de type 2

Role of the interaction between the mitochondria and the endoplasmic reticulum in the pancreatic beta cell failure during type 2 diabetes

• Auteur / Autrice : Florian Dingreville
• Direction : Charles Thivolet, Anne-Marie Madec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Métabolisme
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cardio-Vasculaire, Métabolisme Diabétologie et Nutrition (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Van Coppenolle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charles Thivolet, Anne-Marie Madec, Michel Pinget
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Blondeau, Karim Bouzakri, Magalie Ravier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcium

Sécrétion

Insuline

Diabète non-insulinodépendant

Mitochondries

Mots clés libres

Mitochondrie

RE

MAMs

Diabète de type 2

Glucotoxicité

Sécrétion d’insuline

Calcium

Mitochondria

ER

MAMs

Type 2 Diabetes

Glucotoxicity

Insulin secretion

Calcium

Résumé

La mitochondrie et le réticulum endoplasmique (RE) forment un réseau dans les cellules qui contrôle la fonction et le destin cellulaire. La mitochondrie de la cellule ß pancréatique joue un rôle central dans la sécrétion d’insuline en réponse au glucose de par sa capacité à produire de l’ATP. Le RE lui prend en charge la mise en conformation de l’insuline et joue le rôle de stock calcique. Ces 2 organites se rejoignent au niveau de points de contact appelés Mitochondria Associated endoplasmic reticulum Membranes (MAMs,). Les MAMs sont le siège d’échanges calciques et lipidiques entre les 2 organites. Les altérations de la mitochondrie et du RE ont été montrées comme des facteurs contribuant au développement du diabète de type 2. L’implication des MAMs n’a cependant jamais été étudiée dans la cellule ß.La glucotoxicité provoquée par une exposition chronique à des concentrations élevées de glucose, est un facteur clé de la dysfonction ß pancréatique au cours du diabète de type 2. J’ai pu démontrer que la glucotoxicité augmentait la fission mitochondriale et le nombre de MAMs dans les cellules bêta humaines et INS-1E mais que ces MAMs présentaient des défauts d’échanges calciques, pouvant ainsi contribuer au défaut de la sécrétion d’insuline. J’ai ensuite modulé les MAMs soit via une stimulation aigue au glucose soit par l’utilisation d’un siRNA qui rompt partiellement les contacts entre le RE et la mitochondrie ou par l’utilisation d’un linker qui artificiellement force ces contacts. La stimulation aigue au glucose augmente les MAMs et le transfert de calcium du RE vers la mitochondrie alors que la rupture des contacts diminue la secretion d’insuline. Enfin le linker en forçant les rapprochements RE-mitochondrie mime les effets de la glucotoxicité.Ce travail, constitue la première étude structurelle et fonctionnelle des MAMs dans la cellule ß pancréatique, éclairant leur rôle dans la dysfonction ß pancréatique lors du développement du diabète de type 2

Mitochondria and endoplasmic reticulum (ER) form a network in cells that control cellular function and fate. Mitochondria play a central role in insulin secretion in ß cell by its ability to product ATP. ER takes in charge of insulin folding and is the major cell calcium store. Both organelles interact at contact sites, defined as mitochondria-associated membranes (MAMs), a multiprotein complex implicated in calcium transfer and lipid exchange . Alterations of mitochondria and ER have been shown to contribute to metabolic disorder such as type 2 diabetes. MAMS were recently implicated in the regulation of glucose homeostasis But the role of MAMs in ß cells is still largely unknown and their implication in glucotoxicity-associated ß cell dysfunction remains to be defined.Here, I report that acute glucose stimulation stimulated ER-mitochondria interactions and calcium (Ca2+) exchange in INS-1E cells, whereas disruption of MAMs altered glucose-stimulated insulin secretion (GSIS). Conversely, chronic incubations with high glucose of either INS-1E cells or human pancreatic islets altered GSIS, and concomitantly reduced ER Ca2+ store, increased mitochondrial Ca2+ and reduced ATP-stimulated ER-mitochondria Ca2+ exchanges, despite an increase of organelle interactions. Furthermore, glucotoxicity-induced perturbations of Ca2+ signalling are associated with ER stress, altered mitochondrial respiration and mitochondria fragmentation, and these organelle stresses may participate to increased organelle tethering, as a protective mechanism. Lastly, sustained induction of ER-mitochondria interactions using a linker induced mitochondrial fission and altered GSIS.Therefore, dynamic organelle coupling participates to GSIS in ? cells and over-time disruption of organelle Ca2+ exchange might be a novel mechanism contributing to glucotoxicity-induced ß cell dysfunction in type 2 diabetes