Micro-ARN : ribo-régulateurs de l’homéostasie du glucose Glucose homeostasis ribo-regulated by microRNA

Depuis peu, les petits ARN non codants (ARNnc), molécules cellulaires apparemment superflues, se sont révélés essentiels dans la régulation des gènes. En particulier, les micro-ARN (miARN, ARNnc d’environ 21 à 22 nucléotides) sont impliqués dans le contrôle du développement, la différenciation des cellules souches en cellules neuronales et adipocytes ainsi que dans l’apoptose, la prolifération et le cancer [1, 2]. L’étude de Poy et al., parue en 2004 dans la revue Nature [3], souligne l’implication des miARN dans une autre fonction spécialisée : l’exocytose, étape finale de la sécrétion régulée par les cellules. Les auteurs démontrent que la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots de Langerhans est contrôlée par le miR-375 fortement exprimé dans ce micro-organe. L’insuline étant l’hormone qui régule la glycémie, cela impliquerait qu’un dérèglement du miR-375 pourrait engendrer le développement du diabète de type 2 (T2D). Cette maladie métabolique est souvent associée à une insulinorésistance des tissus cibles ainsi qu’à un dysfonctionnement des cellules β alors réfractaires à la libération d’insuline lors d’une stimulation par le glucose [4].

L’exocytose de l’insuline est régulée par le Ca²⁺, l’AMPc et les dérivés phospholipidiques qui agissent comme messagers secondaires sur l’amarrage, l’activation et la fusion des vésicules avec la membrane plasmique [5]. À la suite de l’entrée du glucose et de son catabolisme dans les cellules β, les mitochondries produisent de l’ATP, diminuant ainsi la perméabilité des canaux potassiques ATP-dépendants. L’accumulation sous-membranaire d’ions K⁺ provoque la dépolarisation de la cellule, l’ouverture des canaux calciques et l’entrée du Ca²⁺, stimulant ainsi la sécrétion d’insuline. L’ATP est également essentiel pour le mouvement des granules d’insuline vers la membrane plasmique : il maintient un réservoir libérable sur stimulation, processus nécessitant la présence de microtubules et de filaments d’actine (F-actine). En outre, cette F-actine forme un réseau dense au niveau de la membrane des cellules endocrines, appelé cortex, qui serait impénétrable par les granules sécrétoires s’il n’était pas constamment réorganisé par une dépolymérisation/repolymérisation active de la F-actine [6]. Toutes les étapes de la sécrétion d’insuline (production d’insuline et biosynthèse des protéines granulaires) sont étroitement contrôlées au niveau de la transcription, de la stabilité des ARNm et de la traduction, assurant ainsi une réponse rapide à la demande physiologique d’insuline [7, 8].

Bien que les miARN aient été décrits chez C. elegans, il y a déjà 13 ans, leur présence chez les vertébrés n’a été confirmée qu’en 2001 [9]. Chez les mammifères, les précurseurs pré-miARN double brin sont transcrits à partir de gènes et séquentiellement transformés en miARN de 21-22 nucléotides par deux enzymes, Drosha et Dicer. Les miARN sont ensuite modifiés et transformés en simple brin par une hélicase, associés au complexe RISC (RNA-induced silencing complex) puis acheminés vers la région 3’ non codante (3’UTR) des ARNm cibles. La complémentarité imparfaite entre les séquences miARN et ARNm inhibe l’initiation de la traduction [10]. À ce jour, 3 518 miARN sont déposés dans la banque de données miRBase (http://microrna.sanger.ac.uk), dont 326 ont été identifiés chez l’humain, 249 chez la souris et 195 chez le rat [11]. Une analyse in silico suggère qu’approximativement 20 % des gènes humains sont potentiellement régulés par les miARN [12]. Le défi est maintenant de valider ces différentes cibles et de définir l’impact fonctionnel des miARN sur la physiologie cellulaire. Poy et al. ont commencé à en explorer les méandres en se concentrant sur le miR-375, un des miARN qu’ils ont identifié comme le plus abondamment exprimé dans les îlots de Langerhans et les lignées de cellules β pancréatiques. La surexpression du miR-375 dans les cellules MIN6 inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose, le KCl et le tolbutamide, un hypoglycémiant. Aucun changement dans la production d’ATP ni de la concentration intracellulaire de Ca²⁺ n’a été observé. En revanche, la répression du miR-375 augmente la sécrétion d’insuline par le glucose. Ces résultats suggèrent que le miR-375 contrôle une étape distale de la sécrétion, notamment l’exocytose, hypothèse confirmée par une réduction drastique de la fusion des granules avec la membrane induite par le Ca²⁺.

Quels sont les ARNm régulés par le miR-375 ? Une recherche in silico a permis à Poy etal. d’identifier la myotrophine comme cible potentielle du miR-375. L’approche expérimentale a confirmé cette hypothèse : la suppression de la myotrophine via l’interférence par l’ARN inhibe la sécrétion d’insuline, récapitulant ainsi les effets observés lors de la surexpression du miR-375. De plus, l’interaction du miR-375 avec l’extrémité 3’UTR de l’ARNm de la myotrophine inhibe la traduction et supprime la sécrétion d’insuline. Mais comment la myotrophine peut-elle intervenir dans la sécrétion d’insuline ? La myotrophine est une protéine à la fois cytosolique et nucléaire qui contient des motifs d’ankyrine permettant des interactions protéiques. Dans le cytosol, elle se lie, vraisemblablement via les motifs d’ankyrine, à la protéine CapZ indispensable à la polymérisation de la F-actine [13]. Bien que Poy etal. écartent l’hypothèse de la réorganisation du cortex d’actine, l’augmentation du nombre de granules d’insuline à proximité de la membrane cellulaire (35 %) après surexpression du miR-375, suggère que la répression de la myotrophine pourrait empêcher la dépolymérisation des filaments d’actine, et ainsi prévenir la fusion des granules d’insuline avec la membrane plasmique. Un autre aspect intéressant de la myotrophine, non relevé toutefois par Poy etal., est sa fonction potentielle de facteur de transcription dans les cardiomyocytes. En effet, la myotrophine a été associée à l’activation du facteur nucléaire-κB (NF-κB) dans l'hypertrophie cardiaque [14]. Récemment, Hammar et al. ont démontré que des cellules β cultivées sur matrice extracellulaire (ECM) avaient une activité accrue de NF-κB et une organisation améliorée du cytosquelette, résultant en une sécrétion d’insuline renforcée en réponse au glucose [15]. Réciproquement, l’inactivation de NF-κB chez la souris diminue la sécrétion d’insuline [16]. Il sera intéressant d’étudier les relations entre la ECM, l’activation de NF-κB, la myotrophine et le miR-375. Une approche expérimentale indispensable sera l’inactivation du miR-375 chez la souris pour déterminer le réel impact de ce miARN.

Par ailleurs, le contrôle traductionnel de la myotrophine par le miR-375 et l’impact de celui-ci sur l’exocytose peut n’être que la partie émergée de l’iceberg. En effet, d’autres ARNm comme par exemple, ceux de Jak2, de la protéase 1 spécifique de l’ubiquitine, et du récepteur 2 de l’adiponectine (Adipor2) ont à leur tour été identifiés comme étant des cibles du miR-375. De plus, Poy etal. ont démontré que miR-124 et le let-7b, fortement exprimés dans les cellules β, réprimait également la myotrophine. Il sera donc important d’étudier l’impact de la répression des différentes cibles sur la sécrétion d’insuline et de déterminer le rôle régulateur des multiples miARN sur chacun des transcrits. En outre, la régulation d’un ARNm par plusieurs miARN pourrait assurer une traduction fidèle reflétant l’intégration de divers signaux physiologiques [10].

La fonction et la régulation des miARN chez les mammifères demeurent encore obscures. Cependant, leur utilité thérapeutique est prometteuse avec la démonstration récente que l’injection in vivo d’un « antagomir » (oligonucléotide modifié) ciblant un miARN hépatique (miR-122) modifie efficacement la synthèse du cholestérol [17]. Une étude approfondie des mécanismes impliqués dans la répression des ARNm par les miARN devrait permettre dans un futur proche l’utilisation thérapeutique potentielle des « antagomirs » dans le diabète de type 2.

Figure 1

Régulation de la sécrétion d’insuline par les microARN dans la cellule β pancréatique.

Les microARN miR-375, miR-124 et let-7b inhibent la traduction de l’ARNm de la myotrophine (MTPN). La myotrophine interagit normalement avec des protéines associées au cytosquelette afin de réarranger le cortex d’actine (F-actine) et permettre la fusion des granules d’insuline avec la membrane plasmique. De plus, la myotrophine pourrait aussi agir comme facteur de transcription en activant le gène NF-κB. Celui-ci, à faible dose, est bénéfique à la sécrétion d’insuline, vraisemblablement par l’activation de gènes impliqués dans le transport et l’exocytose des granules. RISC : RNA-induced silencing complex ; ANK : motif d’ankyrine ; GLP-1 : glucagon-like peptide-1.