Reprogrammation des cellules gastro-intestinales : une nouvelle stratégie pour restaurer la production endogène d'insuline dans le diabète

Reprogramming gastrointestinal cells : a new strategy to restore endogenous insulin production for diabetes

• Auteur / Autrice : Chaïma Ayachi
• Direction : Patrick Collombat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interactions moléculaires et cellulaires
• Date : Soutenance le 01/12/2023
• 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 : Institut de biologie Valrose (Nice)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Ez-Zoubir Amri
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ez-Zoubir Amri, Gérard Gradwohl, Benoît Gauthier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gérard Gradwohl, Benoît Gauthier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Entéroglucagon

Reprogrammation cellulaire

Cellules bêta

Diabètes

Mots clés libres

Diabète

Cellules β pancréatiques

Reprogrammation cellulaire

Entéroglucagon

Diabetes

Pancreatic β-Cells

Cellular reprogramming

Enteroglucagon

Résumé

Le diabète de type 1 (DT1) résulte de la destruction auto-immune des cellules β pancréatiques productrices d'insuline, entraînant ainsi une hyperglycémie chronique. La (ré)génération des cellules β à partir de sources alternatives, que ce soit par différenciation ou reprogrammation cellulaire, représente une voie de recherche prometteuse. Cependant, en raison de la physiopathologie associée au DT1, il est crucial de développer un système dans lequel les cellules β seraient produites en continu afin de compenser leur perte. En conséquence, l'épithélium gastro-intestinal (GI), reconnu pour sa robuste capacité régénérative, pourrait potentiellement fournir une source renouvelable de cellules β après reprogrammation cellulaire.Nos précédents travaux de recherche ont permis de mettre en évidence que l'expression ectopique du gène Pax4 dans cellules α pancréatiques productrices de glucagon permet leur conversion en cellules β fonctionnelles in vivo. Compte tenu de l'abondance des cellules productrices de glucagon au sein de l'épithélium GI, nous avons initialement cherché à déterminer si celles-ci pouvaient également être converties en cellules de type β.L'utilisation d'un modèle transgénique de souris surexprimant Pax4 dans les cellules productrices de glucagon nous a ainsi permis de démontrer que l'expression de Pax4 dans les cellules L productrices d'enteroglucagon est suffisante pour induire leur conversion en cellules de type β productrices d'insuline in vivo. De plus, une analyse approfondie des cellules β-like néo-générées a révélé qu'elles présentaient des caractéristiques phénotypiques similaires à celles des véritables cellules β pancréatiques, incluant notamment l'expression de marqueurs clés des cellules β, l'expression de composants essentiels du mécanisme de détection du glucose, ainsi que la capacité de synthèse et de maturation de l'insuline, ce qui s'est traduit par une nette amélioration de la tolérance au glucose. Des tests fonctionnels de sécrétion d'insuline réalisés sur des organoïdes intestinaux dérivés de souris transgéniques ont également validé la capacité des cellules GI de type β à sécréter de l'insuline de façon régulée.Afin d'approfondir nos recherches, nous avons mené une expérience de reprogrammation supplémentaire visant à cibler un éventail plus large de cellules enteroendocrine (CEEs), en exploitant le facteur Neurogenin-3 (Ngn3), un facteur essentiel au cours de leur différentiation. L'utilisation d'un modèle transgénique murin surexprimant Pax4 dans les cellules Ngn3+ a permis de clairement établir que la reprogrammation des cellules Ngn3+ constituait une approche plus efficace pour générer des cellules de type β fonctionnelles à partir de l'épithélium GI.Ensemble, nos travaux démontrent que la surexpression du gène Pax4 est suffisante pour convertir les CEEs en cellules de type β fonctionnelles, mettant ainsi en lumière le potentiel de l'épithélium GI en tant que source novatrice et renouvelable de cellules productrices d'insuline pour restaurer la masse de cellules β chez les patients atteints de DT1.

Type 1 diabetes (T1D) arises from a cell-mediated autoimmune destruction of pancreatic insulin-producing β-cells, leading to a subsequent hyperglycemia. β-cell replacement represents a promising avenue of research for an alternative therapeutic strategy, whether it be through cell differentiation or reprogramming of different cell sources. However, to withstand a putative autoimmune attack of neo-generated β-cells, a renewable source of β-cells could be crucial. Notably, the gastrointestinal (GI) epithelium, known for its robust regenerative capacity, emerges as a prospective continuous source of insulin-producing cells upon cellular reprogramming.Our prior research in the pancreas demonstrated the in vivo conversion of pancreatic glucagon-producing α-cells into functional β-like cells through ectopic Pax4 expression. Considering the abundance of glucagon-producing cells in the GI tract, we initially aimed to investigate whether these cells could likewise be turned into β-like cells.Taking advantage of a transgenic mouse model overexpressing Pax4 in glucagon-producing cells, we reported that the ectopic expression of Pax4 in GI enteroglucagon-producing L-cells is sufficient to induce their conversion into insulin-producing β-like cells in vivo. Characterization of the newly generated GI-derived β-like cells revealed that these cells exhibited most features of native pancreatic β-cells, including the expression of key β-cell factors, components of the glucose-sensing machinery, and insulin production and processing, as evidenced by a clear improvement in glucose responsiveness. Functional tests of insulin secretion conducted on transgenic mouse-derived gut organoids further confirmed the capacity of GI-derived β-like cells to release insulin in a glucose-regulated fashion.To delve deeper into our research, we conducted an additional reprogramming experiment to encompass a broader range of enteroendocrine cell (EEC) subtypes, leveraging the pivotal role of Neurogenin-3 (Ngn3) in their differentiation. Using another transgenic mouse model overexpressing Pax4 in Ngn3+ cells, our preliminary findings undeniably established that reprogramming Ngn3+ cells represents a more efficient approach for deriving functional β-like cells from GI epithelium.Collectively, our studies concluded that the sole expression of Pax4 is sufficient to convert EECs into functional β-like cells, emphasizing the potential of the GI epithelium as an innovative, sustainable source of insulin-producing cells for replenishing the β-cell mass in T1D patients.