Perspectives thérapeutiques Pharmacologie de la fonction insulino-sécrétrice Pr. Pierre Petit Centre de Pharmacologie & Biotechnologie pour la Santé CNRS UMR 5160 Centre d’Investigation Clinique CHU - INSERM CIC 0001

DEFICIT INSULINO-SECRETION Syndrome métabolique Facteurs génétiques Facteurs d’environnement Inflammation Dysfonction endothéliale Hypertension Dyslipidémie Obésité INSULINO-RESISTANCE LIPOTOXICITE GLUCOTOXICITE HYPERGLYCEMIE DIABETE DEFICIT INSULINO-SECRETION

Objectifs thérapeutiques dans le diabète de Type 2  Prévenir l’hyperglycémie diabétique  Réduire l’hyperglycémie  les complications liées au diabète (UKPDS, 1998)  Réduire les dommages de l’hyperglycémie  Réduire les autres facteurs de risques

PREVENIR L’HYPERGLYCEMIE DIABETIQUE Essai Intervention Nouveaux cas /100 participants /an DPP Conseil + placebo Conseil + metformine (1700 mg/j) Diététique + exercice physique 11,0 7,8* (- 29 %) 4,8* (- 56 %) IDPP Soins usuels (A) (A) + metformine (500 mg/j) Diététique + exercice physique (B) (B) + metformine (500 mg/j) 18,3 13,5* (- 26 %) 13,1* (- 28 %) 13,2* (- 28 %) Xendos Diététique + placebo Diététique + orlistat (360 mg/j) 1,05 0,73* (- 30 %) Stop-NIDDM Conseil + acarbose (194 mg/j) 12,1 10,1 (- 17 %) Dream Conseil + rosiglitazone (8 mg/j) 21,1 8,8* (- 58 %)

Inhibiteur aldose réductase REDUIRE LES DOMMAGES DE L’HYPERGLYCEMIE Inhibiteur aldose réductase Neuropathie expérimentale - Ruboxistaurin Rétinopathie - Diabetes 2005, 54, 1615-1625 - - Anti-oxydants Inhibiteur PARP

REDUIRE L’HYPER-GLYCEMIE Plasma glucose insulin Glucose production Glucose utilization Insulin sensitive tissues Liver Pancreas Intestine Insulin - + Glucagon Glucose absorption SULFONYLUREAS/GLINIDES ALPHA-GLUCOSIDASE INHIBITORS METFORMIN THIAZOLIDINEDIONES REDUIRE L’HYPER-GLYCEMIE

ACTIVATEURS AMPK Berbérine Sécrétion d’insuline (alcaloïde végétal) - Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29

Muraglitazar, Tesaglitazar GLITAZARS Muraglitazar, Tesaglitazar FIBRATES GLITAZONES Rosiglitazone Pioglitazone Trends Pharmacol Sci 2005, 26, 244-251

ANTAGONISTES DES RECEPTEURS CB1 Rimonabant Prise énergétique Poids Effets centraux Adiponectine HDL-Cholestérol LDL & triglycérides Effets périphériques RIO-North America Study, NEJM, 2005, 353, 2121-2134

Cellule β Homéostasie glucidique Insuline + - Myocytes & adipocytes Hépatocytes Captation & utilisation de glucose + Production de glucose - Cellule β Activateurs pharmacologiques Modulateurs pharmacologiques Glucose Signaux physiologiques

• La dysfonction cellulaire β pancréatique est un facteur déclenchant majeur du diabète de type 2 • L’activation pharmacologique de la fonction insulino-sécrétrice permet un meilleur contrôle glycémique et une réduction des complications secondaires liées au diabète (UKPDS, 1998)

Cellule β FONCTION MASSE L’échappement thérapeutique survient avec la détérioration progressive de la fonction β cellulaire et se traduit par la perte de contrôle glycémique Cellule β FONCTION MASSE Une perte progressive de la masse cellulaire β a été mise en évidence dans le diabète de type 2 ; elle constitue l’un des déterminants de cette baisse d’activité

Métabolisme oxydatif mitochondrial ACTION DU GLUCOSE SUR LA CELLULE β (%) (min) 300 100 -10 10 20 30 Insuline K+ Ca2+ Glucose Kir 6.2 Kir 6.2 GLUT 2 SUR1 SUR1 ∆ Exocytose Glucose Ca2+ - Glucokinase INITIATION ATP ADP ATP ADP Glycolyse Glu-6-P Voies de signalisation KATP indépendantes AMPLIFICATION RE Métabolisme oxydatif mitochondrial

PHARMACOLOGIE DES CANAUX IONIQUES INITIATION OU INHIBITION DE LA SECRETION D’INSULINE

Métabolisme oxydatif mitochondrial SULFONYLUREES & GLINIDES - K+ Ca++ Insuline Glucose Kir 6.2 Kir 6.2 GLUT 2 SUR1 SUR1 ∆ Exocytose Glucose Ca++ - Glucokinase INITIATION ATP ADP ATP ADP Glu-6-P Voies de signalisation KATP indépendantes Glycolyse AMPLIFICATION RE Métabolisme oxydatif mitochondrial

Plus grande réversibilité de liaison si affinité pour un seul site INTERACTIONS AVEC SUR1 Développements moléculaires & relations structurales Tolbutamide Gliclazide Nateglinide Mitiglinide SUR1 Sélectivité SUR1 vs. SUR2A & SUR2B Glibenclamide Glimépiride Méglitinide Répaglinide Plus grande réversibilité de liaison si affinité pour un seul site

Contrôle de l’hyperglycémie postprandiale INTERACTIONS AVEC SUR1 Glinides Les glinides représentent une famille de composés différenciés sur le plan structural, mais apparentés sur le plan fonctionnel aux sulfonylurées. L’originalité de leur pharmacologie réside moins dans leur mécanisme d’action (comparable à celui des sulfonylurées), que dans leur pharmacocinétique, caractérisée par la brièveté du délai et de la durée d’action. Contrôle de l’hyperglycémie postprandiale

Moindre spécificité tissulaire de la cible par rapport à SUR1 INTERACTIONS AVEC Kir6.2 ANTIMALARIQUES Quinolines ANTIBACTERIENS Fluoroquinolones ANTIARYTHMIQUES Disopyramide, cibenzoline IMIDAZOLINES Phentolamine Antazoline Midaglizole Kir 6.2 - - Moindre spécificité tissulaire de la cible par rapport à SUR1 Risque d’hypoglycémie

CANAL POTASSIQUE VOLTAGE-DEPENDANT ● Large distribution tissulaire ● Existence de sous-unités modulatrices ● Action antagoniste de GLP-1 Diabetologia 2003, 46, 1046-1062

OUVERTURE DES CANAUX POTASSIQUES Une voie alternative pour diminuer la charge de la cellule β et améliorer sa fonction… Diabetologia 2003, 46, 1375-1382 Diabetes 2003, 52, 2513-2518

PHARMACOLOGIE DES RECEPTEURS MEMBRANAIRES AMPLIFICATION DE LA SECRETION D’INSULINE

Métabolisme oxydatif mitochondrial ATP ADP RE GLUT 2 Glucose Glucokinase Glu-6-P Métabolisme oxydatif mitochondrial K+ Ca2+ Exocytose Signalisation PKA dépendante cAMP A C Insuline GLP1 et analogues - + PLC DAG IP3 Glycolyse ∆ PKC Agonistes P2Y PIP2 PKA indépendante Voies de signalisation KATP indépendantes Kir 6.2 SUR1 GEF / EPAC

AMPLIFICATION PAR LA VOIE DES INCRETINES • Sécrétion du GLP-1 (cellules L intestinales) en réponse à l’ingestion alimentaire • Amplification de la sécrétion d’insuline • Altération de la sécrétion de GLP-1 dans le diabète de type 2 Meal Nauck et al., Diabetologia, 1986, 29, 46-52 Toft-Nielsen et al., JCEM, 2001, 86, 3717-3723

Régulation de l’homéostasie glucidique Sécrétion d'insuline gluco-dépendante Synthèse d'insuline GLP-1 Sécrétion de glucagon Vidange gastrique Appétit et prise alimentaire Régulation de l’homéostasie glucidique

ANALOGUES RESISTANTS + - Demi-vie < 2 min INHIBITEURS DE DPP IV Exenatide Liraglutide CJC-1131 Albugon + GLP-1 récepteur GLP-1 (7-36) amide DPP IV - Demi-vie < 2 min INHIBITEURS DE DPP IV Vildagliptin

AMPLIFICATION PAR LA VOIE DE L’ATP EXTRACELLULAIRE Glucose -cell ATP Insulin Metabolism + ACH ATP M3 P2 AMPLIFICATION PAR LA VOIE DE L’ATP EXTRACELLULAIRE NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- O- a b g

Conductance potassique Conductance potassique Récepteurs P2 de la cellule β NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P CH2 P O P O- O- a b g NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O- O- a b S Sécrétion non dépendante du glucose Conductance potassique réduite Sécrétion gluco-dépendante Conductance potassique non affectée P2X P2Y

Mécanismes KATP indépendants impliquant la voie cAMP / PKA Couplage des récepteurs P2Y Mécanismes KATP indépendants impliquant la voie cAMP / PKA

Première génération d’analogues Agonistes des récepteurs P2Y1 2-hexylthio-ATPaS NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- O- a S b g (CH2)5 CH3 NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- O- a S b g ATPaS NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- O- a S b g CH 2-benzylthio-ATPaS

Gain de puissance mais sélectivité insuffisante

Deuxième génération d’analogues Agonistes des récepteurs P2Y1 NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- BH3- O- a b g S * CH3 NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- BH3- O- a b g 2-methylthio-ATPaB * 2-chloro-ATPaB NH2 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 O HO OH 2’ 3’ CH2 O P O P O P O- BH3- O- a b g Cl * ATPaB

Efficacité, puissance et sélectivité CE50 : 28,1 x 10-9 M Emax : 9 x sécrétion basale Action gluco-dépendante et sélective

Expression des récepteurs P2Y & paramètres de liaison Haute affinité : P2Y1 K0.5 17,7 nM (haute affinité) 2,5 µM (faible affinité) 2-Me-S-ATP-α-B 40 % ○ ATP-α-S ● 2-Me-S-ATP-α-B Isomère A 60 % Faible affinité : P2Y2 P2Y4 P2Y6 P2Y1 P2Y2 80 80 61 40 41 40 1 2 1 2 P2Y4 P2Y6 130 80 78 54 40 40 40 1 2 1 2

VOIES DE SIGNALISATION PHARMACOLOGIE DES VOIES DE SIGNALISATION MODULATION DE LA SECRETION D’INSULINE

Effets anti-insuline sur hépatocytes et adipocytes AMP cyclique, Epac K+ Ca2+ Insuline Kir 6.2 Kir 6.2 SUR1 SUR1 ∆ Ca2+ Milrinone Analogues cAMP - + Signalisation PKA dépendante Effets anti-insuline sur hépatocytes et adipocytes PDE3B GEF/Epac Signalisation PKA indépendante cAMP AMP Problème du manque de spécificité tissulaire

Hétérogénéité fonctionnelle PKA, PKC & imidazolines Phentolamine RX871024 INITIATION K+ - Ca2+ Insuline Kir 6.2 Kir 6.2 SUR1 SUR1 ∆ - Ca2+ + PKC - I3 imidazoline binding site Récepteur α2 adrénergique PKA + A C cAMP + AMPLIFICATION BL11282 Hétérogénéité fonctionnelle des imidazolines Diabetes 2001, 50, 797-802

Exocytose - - Cdk5 + ATP + Insuline L-VDCC Inhibiteurs de la Cdk5 Ca2+ J Biol Chem, 2001, 276, 34199-34205 - Inhibiteurs de la Cdk5 Ca2+ - SNAP-25 Syntaxin 1A Munc-18 Ca2+ Cdk5 SUR1L + ATP + p35 IP3 Sulfonyurées action KATP indépendante Nature Med, 2005, 11, 1104-1108

METABOLISME CELLULAIRE PHARMACOLOGIE DU METABOLISME CELLULAIRE INITIATION ET AMPLIFICATION DE LA SECRETION D’INSULINE

Métabolisme oxydatif mitochondrial Glucose Science, 2003, 301, 370-373 GLUT2 Activateur allostérique RO-28 1675 + Glucose GLUCOKINASE ATP ADP CGP 37157 Glu-6-P Méthyl esters de l’acide succinique Glycolyse + Métabolisme oxydatif mitochondrial - Na+ Ca2+ Diabetes, 2003, 52, 965-973

AUTRES VOIES PHARMACOLOGIQUES ACTIONS SUR LA MASSE ET LA FONCTION DES CELLULES β

GLP-1 réduit l’apoptose et augmente la néogenèse Endocrinology 2003, 144, 5149-5158 J Clin Endocrinol Metab 2002, 87, 4775-4781

Inhibition du signal pro-apoptotique NFκB par la pioglitazone Action anti-apoptotique et proliférative des thiazolidinediones Augmentation de la prolifération et de la masse des cellules β par la rosiglitazone Inhibition du signal pro-apoptotique NFκB par la pioglitazone Diabetes 2001, 50, 1021-1029 J Clin Endocrinol Metab 2004, 89, 5059-5066

Inhibiteurs peptidiques de la formation de fibrilles à partir de h-IAPP Effet protecteur de l’activation PPARγ sur la cytotoxicité induite par h-IAPP PNAS 2006, 103, 2046-51 J Clin Endocrinol Metab 2005, 90, 6678-86

Problématiques récurrentes… ● Pertinence de la cible au niveau cellulaire (fonction) au niveau physiopathologique (modèle intégré) ● Spécificité du mécanisme au niveau cellulaire ● Sélectivité β cellulaire de la cible Constat ! Écart considérable entre le nombre de cibles potentielles et celui des classes thérapeutiques disponibles ou en développement

Groupe de recherche en physiopathologie & pharmacologie du diabète Remerciements Groupe de recherche en physiopathologie & pharmacologie du diabète A Blanc H Chevassus A Farret R Filhol R Gross C Jahannault L Lugo-Garcia M Manteghetti C Puech J Vignon V Ansquer J Azay-Milhau D Bataille JL Bessone J Bringer F Castex G Cros K Ferrare JP Gagnol F Galtier H Hani B N’Guyen AD Lajoix R Magous K Mezghenna C Oiry-Cuq C Paulet S Péraldi-Roux J Pochic S Rebuffat E Renard G Ribes M Tournier D Tousch E Youl Collaborations B Fischer, Bar-Ilan, Israël C Gachet, Strasbourg, France R Gomis, Barcelone, Espagne

Amplification de l’exocytose VDCC PKA Epac? Inhibition de KATP RYR/IP3-R GLP-1 PKA Epac cAMP [Ca2+]i Déshydrogénases mitochondriales ATP GLP-1 récepteur PKA Amplification de l’exocytose Epac D’après Holz, in Diabetes 2004, 53 5-13

Rôle du récepteur P2Y1 dans la sécrétion d’insuline et la tolérance au glucose chez la souris P2Y1 -/-

Recherche d’une action sécrétagogue des thiazolidinediones Diabetes, 2001, 50, 2598-2602 Metabolism, 2003, 52, 1393-1399

Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29

Limites des médicaments actuels (acceptabilité limitée)  Insulino-stimulants (sécrétagogues) Hypoglycémie (mécanisme d’action univoque) Prise de poids  Insulino-sensibilisateurs Metformine : troubles gastro-intestinaux, acidose lactique (contre-indications) Thiazolidinediones : prise de poids, oedèmes, anémie  Inhibiteurs de l’absorption des glucides Troubles gastro-intestinaux

Limites des médicaments actuels (efficacité limitée)  Contrôle glycémique insuffisant  Échappement thérapeutique

Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29