Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 1

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

Exercice 2

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

1 h 50

8 points

Intérêt du sujet • L'espoir d'un traitement alternatif moins lourd pour les diabétiques de type 1 est permis. Exploitez les résultats de recherche pour décrire comment il est possible de favoriser une régénération fonctionnelle du pancréas de ces patients.

 

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

DOCUMENT 1Conséquences 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_2000_00_08C_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)

svtT_2000_00_08C_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_2000_00_08C_03a

svtT_2000_00_08C_03b

Soltani et al., PNAS, 2011

DOCUMENT 2Pourcentage 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_2000_00_08C_04

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

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

Tableau de 3 lignes, 3 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : Traitement reçu par les souris; Schématisation simplifiée d'un îlot de Langerhans avec marquage des cellules produisant de l'insuline (); Schématisation simplifiée d'un îlot de Langerhans avec marquage :des cellules produisant de l'insuline ()des cellules produisant du glucagon ()des cellules ayant produit du glucagon mais n'en produisant plus (); Ligne 2 : Solution saline (témoin); ; ; Ligne 3 : GABA; ; ;

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

 

Les clés du sujet

Étape 1. Comprendre le sujet

Expliquez que le GABA a un effet hypoglycémiant en agissant sur les sécrétions hormonales (insuline et glucagon) par l'intermédiaire d'une action sur les îlots de Langerhans.

Précisez ensuite les caractéristiques du mode d'action du GABA sur les îlots de Langerhans ; de ce fonctionnement, découle une possibilité de traitement pour les personnes ayant un diabète de type 1.

Étape 2. Exploiter les documents

Les parties a et c du document 1 renseignent sur l'action du GABA sur la glycémie : cette action est expliquée par son effet sur les secrétions hormonales pancréatiques.

La partie b du document 1 permet de relier l'effet du GABA à une action sur la structure des îlots de Langerhans.

Les documents 2 et 3 permettent de préciser les caractéristiques de l'action du GABA sur les îlots de Langherans et d'en déduire une utilisation possible comme traitement dans le cas d'un diabète de type 1.

Étape 3. Construire la réponse

Tableau de 4 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 4 lignes ;Ligne 1 : I. Conséquences des injections régulières de GABA; Expliquez l'action du GABA sur la glycémie (doc. 1a et 1c).Reliez cet effet hypoglycémiant à son action sur les îlots de Langherans (doc. 1b).; Ligne 2 : II. Effet du GABA sur le nombre de cellules α et β chez les souris diabétiques; Dégagez du document 2 l'effet du GABA sur les populations cellulaires des îlots de Langerhans.Reliez-le à l'effet de GABA sur la glycémie.; Ligne 3 : III. Le double effet du GABA; Précisez, à partir du document 3, les mécanismes à l'origine de l'augmentation de volume des îlots de Langherans­, et en particulier l'origine des nouvelles cellules sécrétrices d'insuline sous l'action du GABA.; Ligne 4 : Conclusion; Concluez sur une utilisation potentielle du GABA comme traitement du diabète de type 1.;

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)

A. Effets du GABA sur l'hyperglycémie

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.

En revanche, 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.

à noter

30 mM/L équivalent à  5,4 g/L :

30×1801000

B. 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.

C. 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.

à noter

La solution saline n'ayant pas d'effet sur les concentrations d'insuline et de glucagon, les valeurs de l'insulinémie et de la glucagonémie chez les souris ayant reçu la solution saline sont identiques à celles des souris avant injection de GABA.

L'insuline ayant un effet hypoglycémiant et le glucagon un effet hyperglycémiant, 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)

Le conseil de méthode

Pour exploiter ce document, utilisez la méthode comparative :

comparez le nombre de cellules β avant et après injection du GABA ;

puis comparez les deux schémas de la colonne de droite afin de préciser l'origine des nouvelles cellules β.

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 des îlots de Langerhans, due à une augmentation du nombre de leurs cellules, et en particulier celle des cellules bêta (de 8 à 20 sur le schéma).

Considérons 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 premier effet du GABA a ainsi été d'augmenter le nombre de cellules alpha sécrétrices de glucagon.

Le GABA a pour effet :

d'augmenter le nombre de cellules α à partir des cellules α préexistantes ;

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

On constate qu'il reste un fond de cellules α, 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 un traitement astreignant par injections plus ou moins fréquentes d'insuline.

Si les résultats obtenus chez la souris sont transposables à l'humain, 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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