La protéine Bax Inhibitor 1 protège des désordres métaboliques et de la mort cellulaire programmée au sein des cellules β pancréatiques

Bax Inhibitor 1 protects against metabolic disorders and programmed cell death in pancreatic β cell

• Auteur / Autrice : Marina Blanc
• Direction : Béatrice Bailly-Maître
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Méditerranéen de Médecine Moléculaire (Nice)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Alessandra Kupper Cardozo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alessandra Kupper Cardozo, Jean-Sébastien Annicotte, Serge Manié, Fabienne Foufelle, Sandrine Marchetti
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Sébastien Annicotte, Serge Manié

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inflammation

Mort cellulaire

Pancréas

Réticulum endoplasmique

Mots clés libres

Stress du RE

Ire1

Bax Inhibitor 1

Pancréas

Mort cellulaire

Inflammation

ER stress

Ire1

Bax Inhibitor 1

Pancreas

Cell death

Inflammation

Résumé

L'obésité est un problème de santé publique majeur au niveau mondial. En France, plus de 50% de la population est en surpoids ou obèse. L'obésité s'accompagne de pathologies incluant le diabète de type 2 (DT2) dont la prévalence ne cesse d'augmenter corrélant à celle de l'obésité. La résistance à l'insuline au sein des tissus périphériques (foie, muscles, tissu adipeux) ainsi qu'une perte progressive des cellules β du pancréas, participent au développement du diabète de type 2. Les cellules β pancréatiques possèdent un Réticulum Endoplasmique (RE) très développé permettant de répondre efficacement aux fluctuations rapides de la glycémie, conséquences de l'apport journalier en nutriments. Dans ce contexte, l'augmentation accrue de la synthèse de l'insuline par les cellules β pancréatiques, peut engendrer une accumulation de protéines mal-conformées, y compris de l'insuline elle-même, au sein du RE activant une voie de signalisation appelée la réponse aux protéines mal-conformées ou Unfolded Protein Response (UPR).Les études ont montré que lors de l'obésité, l'activation chronique de la réponse UPR participe au développement de la résistance à l'insuline et à la mort des cellules β par apoptose, via des mécanismes moléculaires restant à mieux caractériser. Cette réponse UPR est médiée par trois protéines senseurs transmembranaires : PERK, ATF6 et IRE1α. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à IRE1α, une protéine unique dans l'évolution, par sa double activité enzymatique : une activité sérine/thréonine kinase et une activité endoribonucléase (RNase). Nous avons pu caractériser son dialogue avec la protéine anti-apoptotique : Bax Inhibitor 1 (BI-1), également ancrée à la membrane du RE et capable d'inhiber l'activité RNase d'IRE1α. Nous avons tiré avantage des souris déficientes pour BI-1 (souris BI-1 KO) dans nos études. Nos résultats montrent que les souris BI-1 KO développent une hyperglycémie basale avec l'âge ainsi qu'une intolérance au glucose, en comparaison aux souris BI-1 sauvages. Ce phénotype est aggravé lors d'un régime cétogène. Les souris BI-1 KO présentent une diminution de l'insulinémie, et une diminution de la sécrétion d'insuline en réponse à une injection au glucose, in vivo. Nos analyses montrent une augmentation significative des niveaux sériques de la lipase pancréatique, corrélant à une augmentation de la mort par apoptose au sein des ilots pancréatiques, des niveaux circulant de cytokines pro-inflammatoires et de l'infiltration de neutrophiles au sein des ilots pancréatiques. En combinant des analyses biochimiques et géniques, cette étude permet de mettre en évidence un lien entre la mort cellulaire des cellules β et une suractivation de la voie de signalisation d'IRE1α, en particulier de son activité RNase, au sein des souris BI-1 KO. En effet, les ilots pancréatiques isolés à partir des souris BI-1 KO s'avèrent également plus vulnérables à la mort induite par des inducteurs chimiques spécifiques du stress du RE et présentent une augmentation significative des niveaux d'expression de gènes et de protéines associées spécifiquement à la signalisation de l'activité RNase d'IRE1α, tels que XBP1 et CHOP, ex vivo. Enfin, l'utilisation d'un inhibiteur pharmacologique spécifique de l'activité RNase d'IRE1α normalise l'hyperglycémie, les niveaux d'insuline et de lipases pancréatiques sériques.En conclusion, le couple BI-1 - IRE1α jouerait un rôle central lors du développement du DT2. Normaliser l'expression de la protéine BI-1 ou cibler l'activité RNase d'IRE1α apparaissent comme des cibles thérapeutiques prometteuses du DT2.

Obesity is a major public health problem worldwide. In France, more than 50% of the population is overweight or obese. Obesity is accompanied by diseases namely type 2 diabetes (T2D). The prevalence of T2D increases, correlating with the worldwide increases of obesity. Insulin resistance in peripheral tissues (liver, muscle, adipose tissue) and a progressive loss of pancreatic β cells contribute to the development of type 2 diabetes. Pancreatic β cells have an Endoplasmic Reticulum (ER) highly developed to respond effectively to rapid fluctuations in blood sugar, consequences of the daily nutrient intake. In this context, the increased insulin synthesis by pancreatic β cells can lead to an accumulation of misfolded proteins, including insulin itself, within the ER, activating a molecular signalling pathway called the Unfolded Protein Response (UPR).Studies have shown that during obesity, chronic activation of the UPR contributes to the development of insulin resistance and pancreatic β cell death through apoptosis, via molecular mechanisms that still need to be better characterized. The UPR is mediated by three transmembrane proteins: PERK, ATF6 and IRE1α. We were particularly interested in IRE1α, a unique protein in the evolution, by its double enzymatic activity: a serine/threonine kinase activity and an endoribonuclease (RNase) activity. We were able to characterize its dialogue with the anti-apoptotic protein: Bax Inhibitor 1 (BI-1), also anchored in the ER membrane and able to inhibit IRE1α's RNase activity. We took advantage of BI-1 deficient mice (BI-1 KO mice) in our studies. Our results show that BI-1 KO mice develop basal hyperglycaemia with age as well as glucose intolerance, compared to wild-type BI-1 mice. This phenotype is aggravated during a 3-month high fat diet. BI-1 KO mice show a decrease in insulinemia, and in insulin secretion in response to glucose injection, in vivo. Our analyses show a significant increase in serum levels of pancreatic lipases, correlating with increased cell death by apoptosis within pancreatic islets, an increase in circulating levels of pro-inflammatory cytokines and neutrophils infiltration within pancreatic islets. By combining biochemical and genetic analyses, this study highlights a link between pancreatic β cell death and an overwhelmed IRE1α's RNase, in BI-1 KO mice. Indeed, isolated pancreatic islets from BI-1 KO mice are more sensitive to ER stress induced cell death, induced by specific chemical activators of ER stress and exhibit a significant increase in gene expression levels and proteins associated with IRE1α's RNase activity, such as XBP1 and CHOP, ex vivo. Finally, treatments with specific pharmacological inhibitor of IRE1α's RNase activity normalizes hyperglycaemia, insulin levels and pancreatic lipase levels in serum.In conclusion, the BI-1-IRE1α tandem plays a crucial role during the development of T2D. Normalizing the expression of BI-1 protein or targeting IRE1α's RNase activity appear to be promising therapeutic targets for T2DM.