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Le diabète de type 2 et les modifications épigénétiques du gène PDX1

Auteurs : J-C Hervé et N. Salamé

 

Le diabète de type 2 est caractérisé à la fois par une insulinorésistance et un déficit de l’insulinosécrétion, notamment en cas de stimulation par le glucose. Les données épidémiologiques indiquent que des facteurs génétiques interviennent en plus de facteurs comme l’obésité et le manque d’activité physique. Le déterminisme génétique fait  intervenir plusieurs gènes dont certains allèles de susceptibilité ont été identifiés. Les chercheurs ont voulu déterminer si des modifications épigénétiques affectant l’expression de certains gènes avaient aussi un impact sur l’apparition de ce type de diabète. Ils se sont notamment intéressés au gène PDX1 dont le rôle est essentiel dans la réponse de la cellule bêta au glucose.

1 - Le gène PDX1 chez les diabétiques de type 2

Les chercheurs de l’équipe de Charlotte Ling ont obtenu des îlots pancréatiques prélevés sur des personnes les unes diabétiques, les autres non diabétiques, après leur décès (elles avaient donné leur consentement).

Le tableau ci-dessous renseigne sur les caractéristiques des donneurs d’îlots pancréatiques.

Caractéristiques des donneurs pancréatiques.jpg

D'après Increased DNA Methylation and Decreased Expression of PDX-1 in Pancreatic Islets from Patients with Type 2 Diabetes. Mol Endocrinol. 2012 Jul;26(7):1203-12.

BMI : Indice de masse corporelle est plus élevé chez les diabétiques (obésité plus forte en moyenne). Le pourcentage d'hémoglobine glyquée (HBA1C) est plus élevé chez les diabétiques que chez les non diabétiques ce qui traduit une glycémie plus forte. Les sécrétions d’insuline basales et stimulées par le glucose sont nettement inférieures chez les diabétiques traduisant notamment un déficit dans l'expression du gène de l'insuline chez les diabétiques.

Les chercheurs ont déterminé les séquences codantes (Fichier PDX1 diabétique et non diabétique.edi) et régulatrices (Fichier séquence régulatrice diabétiques - non diabétiques.edi) du gène PDX1 chez les non diabétiques et les diabétiques.

La comparaison des séquences des diabétiques et non diabétiques de ces deux fichiers avec Anagène montre qu'elles sont identiques. Ce ne sont donc pas des différences dans la séquence de l'ADN du gène PDX1 qui peuvent expliquer le déficit de sécrétion de l'insuline chez les diabétiques de type 2.

2 - L'expression du gène PDX1 dans ces deux cohortes

Les chercheurs ont mis en culture les îlots de Langerhans des diabétiques et non diabétiques dans les mêmes conditions. Ils ont déterminé la quantité d’ARNm du gène PDX1 présent dans les îlots. La figure ci-dessous indique les résultats obtenus.

Transcription PDX1.jpg

Niveaux d'expression du gène PDX1 dans les îlots des non diabétiques et des diabétiques.

D'après Increased DNA Methylation and Decreased Expression of PDX-1 in Pancreatic Islets from Patients with Type 2 Diabetes. Mol Endocrinol. 2012 Jul;26(7):1203-12.

La quantité d’ARNm nettement inférieure chez les diabétiques indique que l’expression du gène PDX1 est nettement plus faible dans les cellules bêta des diabétiques que dans celles des non diabétiques. Comme la protéine PDX1 est un facteur de transcription qui, en se liant aux séquences régulatrices du gène de l’insuline, active l’expression de ce gène, cette plus faible expression du gène PDX1 chez les diabétiques peut contribuer au déficit de leur insulinosécrétion.

3 - La méthylation de la région régulatrice de PDX1

Pour chercher une explication à cette diminution d'expression du gène PDX1 chez les diabétiques, les chercheurs ont ensuite étudié la méthylation de la région régulatrice.

Disposant de cette séquence, on peut y rechercher les positions des sites CpG de méthylation, sur les 180 nucléotides qui précèdent le site d'initiation de la transcription (en bleu).

Positions Proximale muettes.jpg

Les nombres dans la figure ci-dessous indiquent ces positions.

Positions Proximale.jpg

Les chercheurs n'ont pas analysé tous les sites mais seulement certains dans 3 régions de la séquence régulatrice connues pour jouer un rôle important dans l'expression du gène. La figure ci-dessous illustre les résultats obtenus.

Intensité de la méthylation de la région régulatrice de PDX1.jpg

Intensité de la méthylation de la région régulatrice de PDX1. Les nombres en abscisse donnent la position des sites CpG par rapport au site d'initiation de la transcription.

D'après Increased DNA Methylation and Decreased Expression of PDX-1 in Pancreatic Islets from Patients with Type 2 Diabetes. Mol Endocrinol. 2012 Jul;26(7):1203-12.

Noter pour les 118 nucléotides situés avant le début de la transcription, la bonne correspondance avec le document précédent.

On constate que  les sites CpG de  la région régulatrice la plus proche du site d’initiation de la transcription sont très faiblement méthylés aussi bien dans les ilots des diabétiques que dans ceux des non diabétiques. En revanche, pour les deux autres régions, le pourcentage de méthylation des sites CpG analysés est plus élevé et supérieur chez les diabétiques. Les auteurs de l’étude estiment que les différences, bien que modestes, sont significatives. Comme on sait que la méthylation des régions régulatrices a une action inhibitrice sur l’expression d’un gène, il est possible que cette différence explique en partie la plus faible expression du gène PDX1 chez les diabétiques.

4 - Vérification expérimentale de l'impact de la méthylation sur l'expression de PDX1

Pour vérifier que la méthylation de la région régulatrice de PDX1 pouvait avoir un impact sur l’expression du gène, les chercheurs ont réalisé une expérience de transgenèse avec gène rapporteur, le gène de la luciférase. Ils ont élaboré trois constructions géniques associant la région régulatrice de PDX1 à la séquence codante du gène de la luciférase. En utilisant les enzymes adéquates, ils ont fait en sorte que la région régulatrice d’une de ces constructions soit non méthylée, la deuxième partiellement méthylée et la troisième entièrement méthylée aux sites CpG. Ils ont ensuite introduit chacune de ces constructions dans des cellules bêta de rat en culture puis évalué l’expression du gène de la luciférase à partir de la quantité de luciférase synthétisée par les cellules.

La figure ci-dessous illustre les résultats obtenus.

Impact méthylation.jpg

D'après Increased DNA Methylation and Decreased Expression of PDX-1 in Pancreatic Islets from Patients with Type 2 Diabetes. Mol Endocrinol. 2012 Jul;26(7):1203-12.

On constate que la méthylation de tous les sites CpG de la région régulatrice de PDX1 supprime totalement l’expression du gène rapporteur alors que la méthylation partielle ne la réduit que de 30%. Cela confirme que l’état de méthylation des sites CpG de la région régulatrice de PDX1 a un impact sur l’expression du gène. Elle rend plausible l’idée que le plus fort degré de méthylation chez les diabétiques de type 2 soit cause d’une diminution de l’expression de PDX1, et par là de celle du gène de l’insuline.

Note : Les chercheurs ont aussi étudié le degré de méthylation du gène de l'insuline dans les mêmes îlots pancréatiques utilisés pour PDX1. Ils ont constaté que 3 sites CpG localisés à -234, -180 et -102 en amont du site d'initiation de la transcription montraient une augmentation du degré de méthylation chez les diabétiques par rapport aux non diabétiques (7,8%, 7,1% et 4,4% respectivement). Cela confirme, dans une certaine mesure, que la méthylation de gènes cibles peut avoir un rôle causal dans la genèse de maladies, ici le diabète de type 2.