Le pH du cytosol est un lien direct entre les signaux environnementaux et le traitement et la sécrétion de l’insuline dans les cellules β pancréatiques

Introduction

Les cellules β pancréatiques réagissent activement aux fluctuations du glucose en régulant le traitement et la sécrétion de l’insuline. Toutefois, il n’est pas complètement révélé comment ce processus est finement régulé dans un microenvironnement complexe et changeant et dans l’état propre des cellules β, et si son dysfonctionnement est lié aux maladies métaboliques. Ici, nous montrons que le pH du cytosol (pHc) dans les cellules β augmente en réponse à un défi glycémique, ce changement étant perçu par Smad5 via sa navette nucléaire-cytoplasmique. Un défaut de Smad5 entraîne un traitement et une sécrétion insuffisants de l’insuline, causant une hyperglycémie et une intolérance au glucose. Le rôle de Smad5 dans le traitement et la sécrétion de l’insuline est attribué à sa fonction non-classique d’acidification des granules de sécrétion par la régulation de l’activité de la V-ATPase.

Source de l’étude

Cette étude transversale a été dirigée par Yujiang Fang, avec une équipe comprenant Hexi Feng, Bowen Zhang et Shuwei Zhang, entre autres, de plusieurs institutions telles que le Centre de médecine translationnelle de l’Université de Tongji à Shanghai, l’Institut de recherche en intelligence cérébrale et simili-cérébrale, le Laboratoire clé du Ministère de l’Éducation pour la réparation et la régénération des lésions de la colonne vertébrale et de la moelle épinière, et le Centre médical des enfants affilié à l’Université Jiao Tong de Shanghai. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue « Cell Metabolism » le 4 juin 2024.

Processus et méthodes de recherche

Détails du processus de recherche

Analyse du processus :

1. Mesure du pH cytosolique :

   • Les chercheurs ont mesuré le pH cytosolique des cellules d’îlots pancréatiques dissociées par stimulation au glucose et chargement avec BCECF, un fluorochrome. Les résultats expérimentaux ont montré que le glucose élevé provoque une augmentation significative du pH du cytosol.

2. Navette transmembranaire et état de phosphorylation de Smad5 :

   • En utilisant des cellules d’îlots pancréatiques de souris rapporteurs GFP-Smad5, les chercheurs ont mené une analyse temporelle, découvrant que sous la stimulation élevée au glucose, GFP-Smad5 transite du noyau au cytoplasme en 10-15 minutes. Après traitement avec des substituts d’exocytose, ils ont validé que ce phénomène de navette dépend de l’alcalinisation cytosolique et de l’activité du récepteur d’exportation nucléaire Crm1.

3. Intolérance au glucose induite par un régime riche en graisses :

   • Les souris traitées avec un régime riche en graisses (HFD) ont montré un affaiblissement notable de la navette nucléaire-cytoplasmique de Smad5 en conditions de glucose élevé, indiquant que le microenvironnement délétère induit par le HFD diminue le pH du cytosol des cellules β. Ainsi, les chercheurs émettent l’hypothèse que la distribution cytoplasmique alcaline de Smad5 pourrait corriger l’intolérance au glucose induite par le HFD.

4. Intervention génétique et application de l’eau alcaline :

   • En combinant des souris mutantes Smad5 avec un traitement à l’eau alcaline, ils ont trouvé que cela corrigeait presque complètement les symptômes d’intolérance au glucose des souris HFD. L’eau alcaline amplifie l’accumulation cytoplasmique de Smad5 induite par le glucose, suggérant qu’elle améliore le microenvironnement endommagé et l’acidité locale.

Principaux résultats expérimentaux

1. Stimulation élevée au glucose provoque une augmentation du pH cytosolique :

   • Les résultats des mesures ont indiqué qu’en condition de glucose élevé, le pH cytosolique des cellules d’îlots pancréatiques augmente significativement. Parallèlement, l’accumulation cytoplasmique de Smad5 induite par le glucose élevé dépend du récepteur d’exportation nucléaire Crm1.

2. Déficit en sécrétion d’insuline causé par l’absence de Smad5 :

   • Les souris KO Smad5 ont présenté une glycémie à jeun élevée et une mauvaise tolérance au glucose. Des tests de mesure de glycémie rapide et de tolérance au glucose ont confirmé que ce phénomène d’intolérance au glucose persiste.

3. Rôle d’acidification de la V-ATPase :

   • L’expérience a démontré que l’action de la V-ATPase dans l’acidification des granules de sécrétion est essentielle pour le traitement et la sécrétion de l’insuline. Smad5, en régulant son activité, favorise la fonction de cette pompe à protons, garantissant l’efficacité du traitement de l’insuline.

Conclusions et signification

1. Valeur scientifique : La recherche montre que le pH cytosolique agit comme un signal direct reliant les indices environnementaux au processus de traitement et de sécrétion de l’insuline. Smad5 joue le rôle de “capteur” sensible aux changements de pH dans ce processus et réalise l’acidification des granules de sécrétion par régulation de l’activité de la V-ATPase pour assurer un traitement correct et la sécrétion de l’insuline.

2. Valeur appliquée : La recherche propose une nouvelle stratégie thérapeutique potentielle, à savoir corriger les défauts de traitement et de sécrétion de l’insuline causés par un régime riche en graisses en régulant l’exportation nucléaire de Smad5 ou l’alcalinisation cytosolique, améliorant ainsi les symptômes du diabète induits par un régime riche en graisses.

3. Points forts de la recherche :

   • La recherche a pour la première fois confirmé le rôle signalétique du pH cytosolique dans les cellules β humaines des îlots.
   • En manipulant Smad5 (par KO génétique, mutation ou traitement à l’eau alcaline), elle prouve sa fonction non-classique cruciale dans la régulation du traitement et de la sécrétion de l’insuline.
   • Elle propose une nouvelle méthode pour traiter le diabète, en ajustant le pH cytosolique et la distribution cytoplasmique de Smad5 pour améliorer le processus de sécrétion de l’insuline.

Signification et perspectives de recherche

Cette étude révèle le rôle déterminant du pH cytosolique dans le traitement et la sécrétion de l’insuline, offrant une nouvelle perspective pour comprendre les mécanismes de régulation de la fonction des cellules β. Elle montre que Smad5 joue non seulement un rôle dans la voie classique de signalisation des protéines morphogénétiques osseuses, mais qu’il a également des fonctions non classiques importantes. À l’avenir, il sera nécessaire d’explorer plus avant la relation de Smad5 avec d’autres voies de signalisation et comment ces voies interagissent dans des états pathologiques tels que l’obésité et le diabète. Des recherches approfondies pourraient fournir une base fiable pour le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour le diabète.