La « qualité » des cellules β peut-elle déterminer si vous développez un diabète?

Si vous avez l'impression que de plus en plus de personnes de votre entourage sont atteintes de diabète, vous avez raison. L'épidémie de diabète n'est pas qualifiée d'épidémie pour rien: selon l'American Diabetes Association, plus de 10 % de la population américaine, soit environ 38,4 millions de personnes, souffrait de diabète en 2021, et 1,2 million de personnes supplémentaires sont diagnostiquées chaque année.

Le diabète de type 2 se développe lorsque l'organisme devient résistant à l'insuline, une hormone qui régule la glycémie. L'insuline est produite par les cellules bêta du pancréas. Dans le diabète de type 2, elles augmentent leur production pour normaliser la glycémie. Cependant, même cela ne suffit pas et les cellules bêta finissent par s'épuiser. En raison de leur rôle essentiel, la masse fonctionnelle des cellules bêta, c'est-à-dire leur nombre total et leur capacité à fonctionner, détermine le risque de développer un diabète.

Cependant, les cellules bêta ne sont pas uniformes, même chez une même personne. Elles sont divisées en sous-types, chacun différant par son activité sécrétoire, sa survie et sa capacité à se diviser. Autrement dit, chaque sous-type de cellules bêta possède un « niveau de forme » différent, et plus il est élevé, mieux c'est. À mesure que le diabète se développe, les proportions de certains sous-types de cellules bêta changent. Mais la question clé demeure: le diabète modifie-t-il la composition et l'état des cellules bêta, ou sont-ce ces changements qui conduisent à la maladie?

C'est là qu'interviennent les scientifiques Guoqiang Gu, Emily Hodges et Ken Lau de l'Université Vanderbilt. Leurs travaux récents, publiés dans la revue Nature Communications, constituent une étape vers la compréhension de la possibilité d'augmenter la masse fonctionnelle des cellules β pour réduire le risque de diabète de type 2. Gu et Lau sont professeurs de biologie cellulaire et du développement, et Hodges est professeur adjoint de biochimie.

L'étude des sous-types de cellules bêta n'est pas chose aisée. La méthode la plus courante est l'analyse terminale d'échantillons à l'échelle de la cellule unique, ce qui signifie que les scientifiques ne peuvent étudier des cellules bêta spécifiques qu'une seule fois, et seulement lorsqu'elles sont pleinement développées. Cela ne permet pas de suivre le développement d'un même sous-type cellulaire à différents stades: différenciation, maturation, division, vieillissement, mort, etc. La possibilité de les observer à tous les stades permettrait de mieux comprendre l'évolution de l'état des cellules au fil du temps ou dans différentes conditions physiologiques.

Pour surmonter cette limitation, Gu, Hodges et Lau ont développé une méthode permettant de marquer de manière permanente les cellules progénitrices à l'origine des cellules bêta avec différentes combinaisons d'expression génétique. Ces marqueurs ont permis aux chercheurs de suivre les mêmes sous-types de cellules bêta à différents stades de développement et de répondre à des questions fondamentales avec une plus grande fiabilité.

Leurs recherches ont abouti à trois conclusions principales:

1. Les cellules progénitrices qui forment des cellules β avec différents marqueurs génétiques dans les embryons de souris donnent naissance à des sous-types de cellules β présentant différents degrés de « fitness » chez la souris adulte. Cela permet de comprendre comment ces sous-types se forment et comment ce processus peut être manipulé ultérieurement pour augmenter la proportion de cellules β « saines » et réduire le risque de diabète.
2. Le régime alimentaire des souris femelles pendant la gestation affecte directement le ratio de cellules bêta fonctionnelles et de cellules bêta fonctionnelles faibles chez la progéniture. Par exemple, si la mère est nourrie avec un régime riche en graisses et obèse, sa progéniture possède moins de cellules bêta sensibles au glucose. Ce modèle confirme que l'obésité maternelle augmente le risque de diabète chez la progéniture. Cela permet aux médecins et aux chercheurs de mieux comprendre le rôle de l'hérédité et de la santé maternelle.
3. Les sous-types de cellules bêta identifiés chez la souris ont des analogues dans le pancréas humain. De plus, le sous-type présentant la meilleure aptitude chez l'homme est réduit chez les patients atteints de diabète de type 2. Bien que toutes les observations animales ne soient pas directement applicables à l'homme, les résultats suggèrent que les modèles murins pourraient être utiles pour comprendre la biologie humaine et le diabète.

Les chercheurs prévoient désormais d’étudier comment exactement les modèles épigénétiques (les marqueurs d’expression génétique susmentionnés) se forment et se maintiennent dans différents sous-types de cellules β et comment leur perturbation affecte la fonction cellulaire.

« Grâce à cette recherche et à d’autres, il sera peut-être possible à l’avenir de développer un complément alimentaire pour les femmes enceintes qui réduira le risque de diabète chez l’enfant », explique Gu.

D'autres questions importantes demeurent: est-il possible, par exemple, d'améliorer la qualité fonctionnelle des cellules de type β dérivées de cellules souches embryonnaires humaines en modulant la méthylation de l'ADN (l'un des marqueurs épigénétiques)? Si oui, ces cellules β pourraient-elles être utilisées en transplantation, où des patients atteints de diabète de type 2 se verraient transplanter des cellules β hautement fonctionnelles?

Les réponses à ces questions restent à trouver.