Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 2 Ancien programme

Le GABA : espoir de traitement pour les diabétiques de type 1

France métropolitaine • Juin 2018

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 spécialité • 5 points

Le GABA, espoir de traitement pour les diabétiques de type 1

 À partir de l'étude des documents et des connaissances, justifiez que le GABA constitue un espoir de traitement pour les diabétiques de type 1 et expliquez son mode d'action.

document 1 Conséquences de l'injection quotidienne de GABA sur des souris diabétiques

a. Concentration en glucose mesurée dans le sang de souris diabétiques ayant reçu des injections quotidiennes de GABA ou de solution saline (témoin)

svtT_1806_07_03C_01

Soltani et al., PNAS, 2011

b. Coupes de pancréas de souris observées au microscope après marquage des cellules β des îlots de Langerhans (en noir) et identification de lymphocytes infiltrant le tissu (flèches rouges)

CC BY-NC-ND

svtT_1806_07_03C_02

Soltani et al., PNAS, 2011

c. Concentrations d'insuline et de glucagon mesurées dans le sang de souris diabétiques ayant reçu des injections quotidiennes de solution saline ou de GABA

svtT_1806_07_03C_03a

svtT_1806_07_03C_03b

Soltani et al., PNAS, 2011

document 2 Pourcentage des cellules productrices de glucagon (cellules α) ou d'insuline (cellules β) dans les îlots de Langerhans de souris ayant reçu, ou non (CTRL), des injections de GABA à différentes concentrations

svtT_1806_07_03C_04

D'après Ben-Othman et al., Cell, 168, 2017

document 3 Effet du GABA sur la proportion de cellules productrices d'insuline et de glucagon dans les îlots de Langerhans

Schématisation simplifiée d'un îlot de Langerhans avec marquage des cellules produisant de l'insuline (svtT_1806_07_03C_05_etoile)

Schématisation simplifiée d'un îlot de Langerhans avec marquage :

– des cellules produisant de l'insuline (svtT_1806_07_03C_05_etoile)

– des cellules produisant du glucagon (svtT_1806_07_03C_05_triangle)

– des cellules ayant produit du glucagon mais n'en produisant plus (svtT_1806_07_03C_05_triangle_bleu)

Traitement reçu par les souris

Solution saline (témoin)

svtT_1806_07_03C_05a

svtT_1806_07_03C_05b

GABA

svtT_1806_07_03C_05c

svtT_1806_07_03C_05d

Schéma simplifié d'après Ben-Othman et al., Cell, 168, 2017

Les clés du sujet

Comprendre le sujet

Le sujet comprend deux parties : la première porte sur l'espoir d'un traitement chez les diabétiques de type 1, la deuxième sur le mode d'action du GABA. Comprendre ce mode d'action permet d'expliquer l'utilité d'un tel médicament pour les diabètes de type 1, il est donc plus judicieux de commencer par cette partie.

Le document 1 met en évidence l'action hypoglycémiante du GABA chez les souris rendues artificiellement diabétiques, et laisse supposer que son action s'exerce sur les îlots de Langerhans.

Les documents 2 et 3 permettent de préciser les deux modalités d'action du GABA. Le document 3 est une schématisation extrême des résultats expérimentaux des chercheurs pour mettre en relief les faits essentiels. Il faut l'analyser très rigoureusement en utilisant la méthode comparative et en s'appuyant sur une analyse quantitative des données fournies.

Il reste à utiliser vos connaissances sur le diabète de type 1 humain pour expliquer pourquoi le GABA pourrait être un médicament.

Mobiliser ses connaissances

La régulation de la glycémie repose notamment sur les hormones pancréatiques : insuline et glucagon.

Le diabète de type 1 résulte de la perturbation de la régulation de la glycémie provoquée par l'arrêt ou l'insuffisance d'une production pancréatique d'insuline.

L'absence ou l'insuffisance de l'insuline est due à une destruction auto-immune des cellules β des îlots de Langerhans.

Corrigé

Introduction

Le diabète de type 1 et sa manifestation hyperglycémique sont dus à la destruction des cellules bêta des îlots de Langerhans du pancréas. Les recherches récentes laissent espérer que le GABA puisse être utilisé dans le traitement de ce type de diabète.

Nous allons, en exploitant les documents proposés, établir les modes d'action du GABA qui permettraient de rétablir l'activité des cellules bêta.

I. Conséquences des injections régulières de GABA (document 1)

1. Effets du GABA sur l'hyperglycémie

info

30 mM/L équivalent à 5,4 g/L (30 × 180/1 000 = 5,4)

La stabilité de la glycémie (5,4 g/L) des souris témoins (document 1a) indique qu'elles sont restées diabétiques durant toute la durée de l'expérience. Par contre, chez des souris également diabétiques traitées par le GABA, il y a une baisse régulière de la glycémie qui passe de 5,4 g/L (30 mM) à environ 1,8 g/L (10 mM), soit une réduction des deux tiers de la glycémie d'origine : le GABA a un effet hypoglycémiant net.

2. Action du GABA sur le pancréas (document 1b)

Par rapport au pancréas de la souris non diabétique, celui d'une souris diabétique se caractérise par la destruction importante des îlots de Langerhans, associée à une infiltration de lymphocytes sans doute responsables de la destruction des cellules pancréatiques. Sous l'action du GABA, il y a restauration des îlots de Langerhans et diminution des infiltrations leucocytaires.

La baisse importante de la glycémie sous l'action du GABA notée dans le document 1a est donc associée à une restauration des îlots de Langerhans. Cela laisse supposer que ces îlots restaurés sécrètent de l'insuline et possèdent donc des cellules bêta.

3. Action du GABA sur les concentrations d'insuline et de glucagon

Le document 1c indique que, sous l'action du GABA :

la concentration d'insuline passe de 0,8 ng/dL chez les souris témoins à 1,1 ng/dL chez les souris traitées 

la concentration en glucagon passe de 325 µg/mL chez les souris témoins à 120 µg/mL chez les souris traitées.

L'injection quotidienne de GABA a donc pour résultat d'augmenter l'insulinémie et de diminuer la glucagonémie chez les souris diabétiques.

L'insuline ayant un effet hypoglycémiant et le glucagon un effet hyper-glycémiant, cela explique la baisse importante de la glycémie notée dans le document 1a.

La restauration des îlots de Langerhans sous l'action du GABA chez la souris diabétique s'accompagne d'une augmentation de la sécrétion d'insuline et d'une diminution de celle de glucagon. Cela permet de supposer que le GABA a pour effet de restaurer des cellules bêta et de diminuer le nombre de cellules alpha.

II. Effet du GABA sur le nombre de cellules α et β chez les souris diabétiques (document 2)

Chez les souris diabétiques témoins (CTRL), les îlots de Langerhans sont constitués à 93 % de cellules α et à 7 % de cellules β, donc très peu de cellules β sécrétrices d'insuline.

Sous l'action du GABA, le pourcentage de cellules α diminue tandis que celui des cellules β augmente, et cela d'autant plus que la concentration de GABA est élevée.

III. Le double effet du GABA (document 3)

Dans un premier temps, on considère uniquement le devenir des cellules bêta. On constate que le GABA a pour effet d'entraîner une augmentation de la taille de l'îlot de Langerhans, due à une augmentation du nombre de ses cellules, et en particulier celle des cellules bêta (de 8 à 20 sur le schéma).

On considère maintenant le devenir des cellules alpha et des cellules bêta. Le GABA a pour effet d'augmenter le nombre de cellules produisant de l'insuline. Toutes les cellules sécrétrices d'insuline apparues sous l'action du GABA ont sécrété initialement du glucagon : elles étaient donc des cellules alpha.

Le GABA a pour effet :

d'augmenter le nombre de cellules alpha à partir des cellules alpha pré-existantes 

de provoquer la transformation de ces nouvelles cellules α en cellules β.

On constate qu'il reste un fond de cellules alpha, ce qui explique la sécrétion permanente de glucagon par le pancréas.

Conclusion

Le diabète de type 1 est caractérisé par la disparition plus ou moins complète des cellules bêta et la persistance de cellules alpha. La disparition des cellules bêta impose le traitement astreignant par injections plus ou moins fréquentes d'insuline.

Si les résultats obtenus chez la souris sont transposables à l'homme, on peut penser que l'utilisation du GABA chez les diabétiques de type 1 peut provoquer la multiplication des cellules alpha persistantes et leur transformation en cellules bêta (ce qui représente un changement de phénotype des cellules alpha).

Les cellules bêta ainsi restaurées, en produisant de l'insuline, pourraient permettre de supprimer les injections quotidiennes de cette hormone.

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