Caractérisation de la fonction des β-arrestines dans les cellules β pancréatiques : recherche de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le diabète de type 2

Characterization of the function of β-arrestins in pancreatic β-cells : new therapeutic research strategies for type 2 diabetes.

• Auteur / Autrice : Joëlle Obeid
• Direction : Gyslaine Bertrand, Magalie Ravier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 29/11/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génomique Fonctionnelle (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Oiry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gyslaine Bertrand, Magalie Ravier, Mark G. H. Scott, Matthieu Raoux, Amar Abderrahmani, Philippe Rondard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Mark G. H. Scott, Matthieu Raoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules bêta

Insuline

Pancréas

Diabètes

Bêta-arrestines

Mots clés libres

Beta-Arrestine

Diabète

Pancréas

Insuline

Cellule beta pancréatique

Beta-Arrestin

Diabetes

Pancreas

Insulin

Pancreatic beta-Cell

Résumé

Les pertes de la fonction et de la masse des cellules beta pancréatiques jouent un rôle central dans le diabète de type 2 (DT2). Les beta-arrestines 1 et 2 (ARRB1 et ARRB2), sont impliquées dans la sécrétion et/ou la survie des cellules beta pancréatiques.Dans une première étude, afin de caractériser précisément la fonction d’ARRB1 dans les cellules beta pancréatiques, nous avons eu pour objectif de générer des souris invalidées spécifiquement dans ces cellules en utilisant le système Cre/lox sous le contrôle du promoteur Ins1. Des études avaient été publiées à partir des deux lignées Ins1Cre-/+ et Arrb1f/f. Nous avons généré et travaillé sur les souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/+. Le phénotype des souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/+ était faible et surtout non reproductible comparé aux souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/- utilisées comme témoins. Le faible niveau d’expression d'Arrb1 dans les cellules beta et le manque d'anticorps spécifique pour l'immunocytochimie ont rendu difficile la vérification de l'absence d'expression de ARRB1 dans ces cellules. Après séquençage du gène modifié Arrb1 des souris “floxées“, nous avons pu montrer que l'insertion du premier site loxP avait induit un décalage du cadre de lecture introduisant un codon stop et, par conséquent, la non-expression du gène Arrb1. Étant donné que les souris Arrb1 “floxées“ utilisées comme témoins étaient déjà knockout (KO), le projet utilisant ces souris a dû être arrêté.Notre équipe a rapporté l'implication d'ARRB2 dans la régulation de la masse des cellules bêta pancréatique, mais son rôle dans la signalisation du récepteur du Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1R), une cible thérapeutique majeure du DT2, n'avait pas encore été exploré.Nous avons montré, dans une deuxième étude, une meilleure tolérance orale au glucose ainsi qu’une augmentation de la sécrétion d’insuline chez les souris Arrb2 KO par rapport aux souris témoins sur les îlots en présence des concentrations physiologiques circulantes de GLP-1. Ceci est corrélé à une production d’AMPc et un recrutement de la PKA plus élevés dans les cellules beta Arrb2 KO. A l’inverse, l’activation des kinases ERK1/2 est diminuée indiquant un recrutement majeur des ERK1/2 par ARRB2 au GLP-1R. En parallèle, j’ai montré que les taux de ARRB1 et ARRB2 des îlots pancréatiques sont altérés par des conditions diabétogènes et diabétiques. Mes résultats démontrent clairement un rôle critique de ARRB2 dans la signalisation du GLP-1R. Un défaut d’expression de la protéine pourrait participer au déficit des mécanismes de compensation de la masse fonctionnelle des cellules beta conduisant au DT2.

The loss of function and mass of pancreatic beta-cells play a central role in type 2 diabetes (T2D). Beta-arrestin 1 and 2 (ARRB1 and ARRB2) are involved in insulin secretion and/or beta-cell survival. In a first study, in order to characterize the role of ARRB1 in beta-cells, we aimed to invalidate the Arrb1 gene specifically in these cells using the Cre/lox system under the control of the Ins1 promoter. Studies had been published with both Ins1Cre-/+ and Arrb1f/f lines. We generated Arrb1f/f:Ins1Cre-/+ mice. The phenotype of Arrb1f/f :Ins1Cre-/+ mice was weak with a lack of reproducibility compared to Arrb1f/f :Ins1Cre-/- mice used as controls. The low expression level of Arrb1 in beta-cells and the lack of specific antibody for immunocytochemistry made it difficult to verify the absence of expression of ARRB1 in these cells. After sequencing the modified Arrb1 gene of the “floxed” mice, we observed that the insertion of the first loxP site induced a shift in the reading frame introducing a stop codon and, consequently, the non-expression of the Arrb1 gene. Since the “floxed“ Arrb1 mice used as controls were already knockout (KO), the project using these mice was stopped.Our team has reported the involvement of ARRB2 in the regulation of beta-cell mass, but its role in Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) receptor signaling, a major therapeutic target for T2D, remained to be explored. In a second study, we showed a better glucose tolerance and an increase in insulin secretion from isolated islets in Arrb2KO compared to control mice in the presence of physiological circulating concentrations of GLP-1. This was correlated with higher cAMP production and PKA activation in Arrb2KO beta-cells. By contrast, the activation of ERK1/2 kinases was decreased indicating a major recruitment of ERK1/2 by ARRB2 to GLP-1R. In parallel, we showed that the expression levels of ARRB1 and ARRB2 in pancreatic islets were altered in diabetogenic and diabetic conditions. My results clearly demonstrate a critical role of ARRB2 in GLP-1R singaling which could impact the function, maintenance and plasticity of beta-cell mass in response to GLP-1. A lack of expression of ARRB2 could participate in the deficit of compensatory mechanisms of the functional beta-cell mass leading to T2D.