Plus de 171 millions d’individus dans le monde souffrent de
diabète, un chiffre qui aura doublé dans 25 ans [1]. L’étiologie de
cette maladie est complexe, des facteurs génétiques et
environnementaux (suralimentation et sédentarité) étant étroitement
associés. On distingue le diabète de type 1 résultant d’une
destruction auto-immune progressive des cellules béta
pancréatiques, et le diabète de type 2 caractérisé par une
résistance à l’insuline accompagnée d’une incapacité des cellules
béta à sécréter l’insuline. Dans le MODY (maturity onset diabetes
of the young) - une forme particulière du diabète de type 2 - des
mutations ont été identifiées dans des gènes codant pour des
facteurs de transcription (HNF-4alpha, HNF-1alpha, IPF-1, HNF-1béta
et NeuroD) impliqués dans le développement du pancréas, puis dans
le fonctionnement physiologique des cellules béta matures
[2].
Un autre facteur de transcription, Pax4, joue lui aussi un rôle
essentiel dans la multiplication et la maturation des cellules béta
lors du développement pancréatique embryonnaire. En effet,
l’invalidation de ce gène par recombinaison homologue chez la
souris supprime la différenciation des cellules à insuline et
conduit à une mort néonatale liée à un diabète aigu [3]. Cependant,
la fonction de Pax4 demeure inconnue dans les îlots matures.
L’expression de Pax4 est élevée dans les insulinomes humains mais
faible dans les cellules béta normales, suggérant une corrélation
entre les concentrations de Pax4 et la réplication cellulaire [4].
Récemment, des variations génétiques (mutations et polymorphismes)
dans le gène codant pour Pax4 ont été associées à une
susceptibilité de développer un diabète de type 1 ou 2 dans des
populations japonaises, scandinaves, afro-américaines et suisses
[5-8]. L’équipe de A. Biason-Lauber (Université de Zurich, Suisse),
avec notre participation, a mis en évidence que le polymorphisme
Ala1168Cys du gène pax4 est associé au développement du diabète de
type 1 [8]. En effet, le risque relatif de développer un diabète de
type 1 est quatre fois plus élevé chez les enfants homozygotes C/C
avec des anticorps circulants anti-cellules d’îlots (marqueurs
précoces d’une attaque auto-immune contre les cellules béta) que
chez les hétérozygotes A/C [8]. Ces diverses études suggèrent une
implication directe de Pax4 dans la différenciation et la
régénération des cellules béta. Une hypothèse serait que Pax4
module la masse des cellules béta en contrôlant leur prolifération.
Il serait alors envisageable de développer des agents
pharmacologiques activateurs de Pax4 pour stimuler in vivo la
prolifération des cellules béta et compenser ainsi leur perte
pathologique.
Nous avons pu confirmer le rôle fondamental de Pax4 dans la cellule
béta [9]. En effet, les facteurs de croissance, activine A et
béta-celluline (membres respectivement de la famille des
transforming growth factors et epidermal growth factors), stimulent
l’expression du gène pax4 et la prolifération des cellules béta
dans les îlots de rat. L’effet de la béta- celluline est inhibé par
la wortmannine, indiquant que la voie de signalisation de la
phosphatidylinositol-3-kinase intervient dans l’activation de Pax4.
La surexpression constitutive de Pax4 dans les îlots de rat au
moyen d’adénovirus recombinants induit une augmentation de la
réplication des cellules béta qui, normalement, prolifèrent peu à
l’âge adulte (Figure 1). Une analyse du profil d’expression des
gènes impliqués dans la réplication cellulaire révèle que l’ARNm du
facteur de transcription c-myc, ainsi que celui de son gène cible
Id2, sont augmentés, identifiant ainsi la voie c-myc/Id2 comme
médiatrice entre Pax4 et la réplication cellulaire [9]. Chez la
souris, S. Pelengaris et al. ont démontré que la surexpression de
c-myc in vivo induit transitoirement la réplication des cellules
béta, suivie d’une mort cellulaire (apoptose) massive [10]. Par
ailleurs, la surexpression additionnelle du gène anti-apoptotique
bcl-xl protège de cette apoptose [10]. Dans les îlots de rat
surexprimant Pax4, nous avons également observé une induction du
transcrit Bcl-xL. L’augmentation de cette protéine membranaire
mitochondriale altère les concentrations de calcium dans cet
organite ainsi que la production d’ATP. Comme l’ATP est le
médiateur clé entre le métabolisme du glucose et la libération
d’insuline, une diminution de la sécrétion d’insuline serait
attendue. Nous avons effectivement démontré que les cellules béta
surexprimant Pax4 diminuent leur sécrétion d’insuline en réponse au
glucose. Pax4 agirait donc comme une molécule coordinatrice de la
plasticité et de la survie des cellules béta en contrôlant
l’expression des gènes c-myc et bcl-xl, aux dépens de la sécrétion
d’insuline (Figure 2).
Figure 1. La surexpression de Pax4 induit la prolifération des
cellules béta pancréatiques. La prolifération (anti-BrdU, en
jaune), l’expression de l’insuline (anti-insuline, en rouge) et les
noyaux (DAPI, en bleu) sont détectés par immunofluorescence dans
les cellules béta d’îlots de rat dispersés, puis infectés avec des
adénovirus codant pour la protéine béta-galactosidase (témoin, A)
ou le facteur de transcription Pax4 (B). Une augmentation de la
réplication est observée dans les cellules surexprimant Pax4
(d’après [9]).
Des altérations constitutives du gène pax4 pourraient donc
compromettre la réplication et la survie des cellules béta. Nous
avons vérifié ce postulat en faisant exprimer, in vitro dans des
îlots humains au moyen d’un adénovirus recombinant, le gène pax4
porteur de la mutation identifiée dans la population japonaise.
Comme attendu, les îlots surexprimant la forme mutée de Pax4
prolifèrent nettement moins que ceux surexprimant la forme normale
de la protéine et sont plus susceptibles à l’apoptose induite par
des cytokines, médiatrices de la destruction cellulaire [9]. Pax4
serait donc un allié des cellules béta en les protégeant des stress
physiologiques.
En conclusion, le facteur de transcription Pax4 joue un rôle
primordial dans la plasticité et la survie de l’îlot de Langerhans.
Des variations génétiques dans ce gène entraînent un déséquilibre
entre la prolifération et l’apoptose des cellules béta, ce qui
favoriserait le développement du diabète.
Figure 2. Mécanisme d’activation de la prolifération des
cellules béta pancréatiques par Pax4. Des facteurs de croissance,
comme la béta-celluline, induisent la voie de signalisation de la
phosphatidyl inositol 3 kinase (PI3-K) qui, à son tour, stimule
l’expression endogène de Pax4. Ce facteur de transcription augmente
spécifiquement l’expression de l’oncogène c-myc qui, par
l’intermédiaire du gène Id2, induit la réplication cellulaire. En
parallèle, Pax4 active l’expression du gène bcl-xl, qui protège la
cellule béta des effets néfastes apoptotiques que peut déclencher
la voie c-myc/Id2. En revanche, les signaux mitochondriaux
(augmentation des concentrations de calcium et synthèse de l’ATP)
sont modifiés, atténuant ainsi de façon transitoire la sécrétion
d’insuline induite par le glucose.
REMERCIEMENTS
Nous remercions Geneviève Ruckstuhl et le Dr Nathalie Brun pour
leurs lectures attentives du texte, ainsi que Nadine Dupont pour le
soin apporté aux figures.
Références
1. Wild S, Roglic G, Green A, et al. Global
prevalence of diabetes : estimates for the year 2000 and
projections for 2030. Diabetes Care 2004 ; 27 :
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2. Servitja JM, Ferrer J. Transcriptional networks
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Diabetologia 2004 ; 47 : 597-613.
3. Sosa-Pineda B, Chowdhury K, Torres M, et al. The Pax4
gene is essential for differentiation of insulin-producing béta
cells in the mammalian pancreas. Nature 1997 ; 386 :
399-402.
4. Ueda Y. Activin A increases Pax4 gene expression in
pancreatic béta cell lines. FEBS Lett 2000 ; 480
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5. Shimajiri Y, Sanke T, Furuta H, et al. A missense
mutation of Pax4 gene (R121W) is associated with type 2 diabetes in
Japanese. Diabetes 2001 ; 50 : 2864-9.
6. Holm P, Rydlander B, Luthman, H, Kockum I.
Interaction and association analysis of a type 1 diabetes
susceptibility locus on chromosome 5q11-q13 and the 7q32
chromosomal region in Scandinavian families. Diabetes 2004 ;
53 : 1584-91.
7. Mauvais-Jarvis F, Smith SB, Le May C, et al. PAX4
gene variations predispose to ketosis-prone diabetes. Hum Mol Genet
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8. Biason-Lauber A, Boehm B, Lang-Muritano M, et al.
Association of childhood diabetes mellitus with a genomic variant
of Pax4 : possible link to béta cell regenerative capacity.
Diabetologia 2005 (sous presse).
9. Brun T, Franklin I, St-Onge L, et al. The
diabetes-linked transcription factor Pax4 promotes béta-cell
proliferation and survival in rat and human islets. J Cell Biol
2004 ; 167 : 1123-35.
10. Pelengaris S, Khan M, Evan G. Suppression of
Myc-induced apoptosis in béta cells exposes multiple oncogenic
properties of Myc and triggers carcinogenic progression. Cell
2002 ; 109 : 321-34.
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