Sécrétion endocrine du pancréas et sa régulation implication en pathologie et en thérapeutique ( diabète exclu)

PLAN 1. Histologie pancréas 2. Cellules β et sécrétion insuline A. sécrétion d’insuline B. Régulation C. action D. pathologie et thérapeutique 3. Cellule α et sécrétion du glucagon A. sécrétion de glucagon B. régulation 4. Cellule δ et sécrétion sandostatine

1. Histologie Pancréas : endocrine + exocrine endocrine : ilots de langerhans Capillaire sanguin Acinus Exocrine Cellules F Cellules D Ilots de langerhans : fonction endocrine du pancréas, composé de cellules alpha (sécrète le glucagon), cellules béta (sécrète l’insuline), cellules Delta (sécrètent somatostatine), cellules F (sécrètent le polypeptide pancréatique) Cellules alpha Cellules B

2-Cellule B et Sécrétion d’insuline L’insuline : Synthétisée dans les cellules B des ilots de Langerhans polypeptide de 2 chaines d’acides aminés reliés par des ponts disulfures Hypoglycémiante

A. Sécrétion de l’insuline Noyau Pré-pro-insuline Pro-insuline REG Endopeptidase Carboxypeptidase Cis Golgi 1. Le gêne de l’insuline, exprimé exclusivement dans les cellules B du pancréas endocrine, transcrit en ARNmessager puis traduit en pré-pro-insuline dans le noyau 2. La pré-pro-insuline produite est déversée, dans le Réticulum endoplasmique où elle est clivée par les enzymes protéolytiques en pro-insuline la pro-insuline, formée d’insuline + peptide C, est transportée dans les micro-vésicules intermédiaires vers le Cis-Golgi 4. Dans le cis-golgi puis dans les vésicules issues du transgolgi : clivage du peptide C de la proinsuline, par l’action de 2 endopeptidases et la carboxypeptidase 5. Demi vie des vésicules : quelques heures à quelques jours 6. 1 cellules B contient en moyenne 10 000 vésicules de sécrétion Insuline Trans golgi Cellule B pancréatique sang Insuline Peptide C Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005

Sécrétion d’insuline bi-phasique augmentation rapide de la sécrétion d’insuline : libération de l’insuline préformée réponse prolongée : synthèse d’insuline Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005

B. Régulation a. Glucose : stimuli primaire K+ 5. Calcium Glucose Canal K+ GLUT 2 4.Dépolarisation Glucose + Ca2+ 3. K+ Glucokinase + 6.Insuline Glucose-6phosphate 2. ATP Le glucose entre dans la cellule B par recepteur GLUT2, puis est phosphorylé en Glucose 6 phosphate par la glucokinase 1. Le G6P est métabolisé par la voie de la glycolyse et de la respiration oxydative 2. Ce qui crée : de l’ATP et de l’AMP cyclique. 3. L’augmentation de l’atp entraine la fermeture des canaux potassique ATP dépendant , 4. ce qui entraine une dépolarisation membranaire, et 5. une ouverture des canaux calciques voltages dépendants avec l’entrée massive de calcium 6. L’augmentation de calcium intra-cellulaire Stimule l’exocytose de l’insuline présente dans les vésicules AMPc 1. Métabolisme du glucose : Glycolyse et respiration oxydative Cellule B pancréatique Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005

b. Stimuli secondaires 1.Acides aminés : leucine++, arginine, lysine K+ AA 5. Calcium Na+ Canal K+ 4.Dépolarisation AA Ca2+ 6.Insuline 3. K+ + Transamination ATP 1 les acides aminés, avec comme principaux acteurs l’arginine, la leucine et la lysine. Exemple du mécanisme de la leucine : entrée dans la cellule par un canal sodique, est ensuite hydrtransaminé en ATP : on retrouve ensuite la meme voie d’activation qu’avec le glucose en désactivant les canaux potassique ce qui dépolarise les canaux calciques et permet l’entrée de calcium dans la cellule et l’exocytose de l’insuline Cellule B pancréatique Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

Ganglion parasympathique 2. Système parasympathique Nerf vague 3.Hormones intestinales : GIP GLP-1 Ganglion parasympathique Acétylcholine VIP GRP 4. Glucagon GIP : glucose-dependent- insulinotropic polypeptide, secrété par les cellules K du duodénum GLP-1 : produit par les cellules L du jejunum et de l’iléon Cellule B pancréatique Excrétion insuline Vers organes cibles Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

c. Effets Inhibiteurs Diminution taux glucose : Jeûne, Exercice physique prolongé 2. Stimulation sympathique Nerf splanchnique Ganglion cœliaque Noradrénaline Galanine 3. Somatostatine Cellule B pancréatique Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

Récepteurs insuline Insuline Glucose α Glucose α S-S β β Tyr Tyr Exocytose transporteurs du glucose ATP AMPc Le recepteur de l’insuline composées de 2 sous unités alpha et de 2 sous-unités béta. Les sous-unités b ont une activité tyrosine kinase. Lorsque l’insuline se fixe sur les récepteurs : activation de la tyrosine kinase, ce qui entraine la formation ampc cyclique Ce qui entraine une cascade de phosphorylation Puis : exocytose des transporteurs du glucose ce qui permet son entrée Et en parallèle : Récepteurs présents sur les cellules pancréatiques et organes cibles Phosphorylations Cellules cibles Cellules pancréatiques Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A.Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005 Traité de gastro-entérologie, J-C Rambaud, 2005 Physiologie médicale, William Ganong, 2005

C. Actions Glucose Hépatocyte Glucose Acides aminés Fibre musculaire 2 glycogénogenèse Glycogène Glucose GLUT2 Glucose Hépatocyte 1 3 Lipogénèse Acides gras, Glycérol Triglycérides 2 glycogénogenèse Glycogène Glucose Glucose Acides aminés Fibre musculaire Dans l’hepatocyte : 1 stimule la pénétration du glucose dans la cellule , 2 stimule le stockage de glucose sous forme de glycogène par la glycogenogenese 3, stimule stockage de glucose sous forme de triglycérides par lactivation de la lipogenese Dans le muscle : 1. stimule l’entrée de glucose et Acides aminés dans la cellule, 2. formation de glycogène par activation de la glycogénogénèse, 3. stimule la formation de protéine par activation de la protéogénèse Dans l’adipocyte : stimule la formation de triglycérides par activation de la lipogénèse 1 3 protéogénèse Acides aminés protéines 2 Lipogénèse Glucose Adipocyte 1 Acides gras Glycérol Triglycérides

D. Insulinome Médical : DIAZOXIDE analogues somatostatine thérapies ciblées Everolimus, Sumatinib Médical : DIAZOXIDE analogues somatostatine Chirurgie = guérison Insuline L’insulinome : tumeur endocrine des cellules B pancréatiques On ne détaille pas ici le mode d’action des analogues de la somatostatine dans le traitement : sera développé à la fin avec la partie sur les cellules deltan ni les thérapies ciblées qui seront développées dans les pathologie du glucagon Bénin 80-90% des cas Hypoglycémie Surcharge pondérale Traité de gastro-entérologie, J-C Rambaud, 2005 Hépatogastroentérologie proctologie, J. Frexinos, L. Buscail, 2003 Traité de pancréatologie clinique, P. levy, P. Ruszniewski, A. Sauvanet, 2005

K+ 5. Calcium Glucose Canal K+ 4.Dépolarisation Polarisation Ca2+ Mécanisme d’action du DIAZOXIDE K+ 5. Calcium Glucose Canal K+ GLUT 2 4.Dépolarisation Polarisation Ca2+ 3. K+ + 6.Insuline Il y a une animation sur cette diapo pour mieux comprendre Physiologie vue plus tôt : fermeture des canaux potassiques entraine une diminution de l’excrétion de K+, dépolarisation, ouverture des canaux calciques, excrétion d’insuline Action de la diazoxide : ouverture des canaux potassique, polarisation des canaux calcique, ce qui entraine leur fermeture, puis une diminution du Ca intracellulaire, et une diminution de l’excrétion d’insuline Diazoxide

2. Cellule α et glucagon Le glucagon : Peptide de 29 acides aminés sécrété par les cellules alpha du pancréas à partir du préproglucagon hormone catabolisante Physiology of the pancreatic alpha-cell and glucagon secretion : role in glucose homeostasis and diabetes, I. Quesad, E. Tuduri, c. Ripoll, journal of endocrinology 2008 Physiologie médicale, William Ganong, 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

Préproglucagon : 1 30 64 69 108 126 IP GRPP Glucagon IP GLP-1 IP GLP-2 Fragment principal du proglucagon Glicentine Oxyntomoduline Pancréas : Glucagon fragment principal du proglucagon Le préproglucagon est produit dans les cellules alpha pancréatiques et dans les cellules L intestinales et du cerveau. Produit par un ARN messager unique mais son traitement diffère selon le tissu Dans le pancréas : il devient du glucagon et du fragment principal du proglucagon Dans les cellules intestinales : glicentrine, GLP-1 ( qui stimule l’excrétion d’insuline), et GLP-2 Intestin Glicentrine GLP-1 GLP-2 Physiology of the pancreatic alpha-cell and glucagon secretion : role in glucose homeostasis and diabetes, I. Quesad, E. Tuduri, c. Ripoll, journal of endocrinology 2008 Physiologie médicale, William Ganong, 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

b. Régulation : Activation Hypoglycémie Exercice physique, jeûne prolongé 3.Acides aminés glucogéniques : Alanine, sérine, glycine 2. Stimulation sympathique 4. Infection stress Cellules alpha 5. Cortisol Vers organes cibles Physiology of the pancreatic alpha-cell and glucagon secretion : role in glucose homeostasis and diabetes, I. Quesad, E. Tuduri, c. Ripoll, journal of endocrinology 2008 Physiologie médicale, William Ganong, 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

b. Régulation : Inhibition 3. Somatostatine 1. Elévation glycémie 4. Insuline Gaba 2. Acides gras libres cétones Récepteur Gaba-a Ca+ Cellules alpha Physiology of the pancreatic alpha-cell and glucagon secretion : role in glucose homeostasis and diabetes, I. Quesad, E. Tuduri, c. Ripoll, journal of endocrinology 2008 Physiologie médicale, William Ganong, 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

Mécanisme d’action G + AC γ R α β Glucagon Cellule Cible ATP AMPc AMPc Activation phosphorylase Kinase Cascade de phosphorylation Activation voie PIK3/AKT Activation tyrosine phosphatase Activation glycogenolyse lipolyse Activation voie mTOR Diminution apoptose Augmentation prolifération cellulaire

c. Actions Lipolyse Glycogénolyse Glycogène Glucose Hépatocyte Glucose Néoglucogénèse Glycérol Acides amines Lactate Lipolyse Dans le foie : le glucagon entraine la glycogénolyse : libération de glucose, la néoglycogénèse : formation de glucose à partir de glécérol, d’ Dans l’adipocyte : lipolyse : libération d’acide gras et de glyrérol, qui permettra de donner du glucose après néoglucogénèse dans le foie Adipocyte Glucose Acides gras Glycérol Triglycérides Physiology of the pancreatic alpha-cell and glucagon secretion : role in glucose homeostasis and diabetes, I. Quesad, E. Tuduri, c. Ripoll, journal of endocrinology 2008 Physiologie médicale, William Ganong, 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009

Glucagonome analogues somatostatine Chimiothérapie Thérapies ciblées Everolimus, Sumatinib Chirurgie Malin 80 à 90% des cas Glucagon hypercatabolisme amaigrissement Diabète Traité de gastro-entérologie, J-C Rambaud, 2005 Hépatogastroentérologie proctologie, J. Frexinos, L. Buscail, 2003 Traité de pancréatologie clinique, P. levy, P. Ruszniewski, A. Sauvanet, 2005

Récepteur de la somatostatine Glucagon SSTR 1 à 5 R Somatostatine AC Gi G - α α β Cellule alpha pancréatique β γ γ ATP AMPc inhibition phosphorylase Kinase Pas de phosphorylation A la surface des cellules endocrines du pancréas et des cellules tumorales : récepteur à la somatostatine. La Somatostatine se fixe sur ses recepteurs appelés SSTR. Il en existe 5 types : de SSTR1 à SSTR 5 selon la cellule cible Le récepteur est couplé à une protéine G inhibitrice, qui inhibe l’adénylcyclase, ce qui aboutit à une diminution de la concentration en AMPcyclique, puis à une inactivation de la phosphorylase kinase, ce qui inhibe la cascade de phosphorylation précédemment décrite. Ce qui aboutit à une inactivation de la tyrosine phosphatase, uis inhibition de la voie PIK3/AKT puis inhibition de la voie mtor : diminution prolifération cellulaire + apoptose inhibition glycogenolyse lipolyse inhibition tyrosine phosphatase inhibition voie PIK3/AKT Inhibition voie mTOR New somatostatin analogs : therapeutical perspectives, P. Jacquet, A. Saveanu, A. Barlier, Diabète et nutrition, 2006 La somatostatine et des analogues, de la recherche fondamentale à la clinique, J. Epelbaum, 1996 apoptose Diminution prolifération cellulaire

+ Cibles thérapeutiques AC Gi G γ Analogue somatostatine Glucagon Cibles thérapeutiques Somatostatine SSTR 1 à 5 R AC Gi G + Cellule tumorale α α β β γ γ ATP AMPc Analogue somatostatine AMPc Inhibiteur des tyrosines kinases : Sunitinib Activation phosphorylase Kinase Cascade de phosphorylation Les cibles thérapeutique dans le glucagonome +++, mais aussi valable dans les autres tumeurs neuroendocrines : Les analogues de la somatostatine par la voie précédemment décrite Les inhibiteurs des tyrosines kinases : le sunitinib : inhibe les tyrosine kinase mais aussi action sur angiogénèse, inhibiteur des mTOR : everolimus activation tyrosine phosphatase Inhibiteur des mTor : Everolimus Activation voie PIK3/AKT The new england journal of medecine Everolimus for Advanced Pancreatic Neuroendocrine Tumors, James C. Yao, M.D.,, the New England Journal of Medecine, 2011 SOM230 and RAD001 : mechanism of actions and therapeutic interest of their association, C. BOUSQUET, S. PYRONNET, C. SUSINI, Hepato-Gastro, 2009 Activation voie mTOR diminution apoptose Activation prolifération cellulaire

3. Cellules D et somatostatine Noyau Pré-prosomatostatine Prosomatostatine Prosomatostatine Trypsine S 14 Cellules D pancréatiques Estomac duodénum REG Formation de la somatostatine : Dans le noyau cellulaire : sécrétion de pré-prosomatostatine, qui est clivée en prosomatostatine, passage dans le réticulum endoplasmique où la prosomatostatine est stockée dans des vésicules, où elle subit une maturation et un clivage enzymatique par trypsine. Aboutissant : à la somatostatine s28 formée de 28 acides aminés dans l’hypophyse, et à la somatostatine S14 formée de 14 acides aminés dans les cellules d pancréatiques, gastriques et duodénales . S 28 hypophyse

- + b. Régulation 1.Glucagon 2. sécrétine, gastrine, VIP, cholecystokine 3. Acides aminés Acétylcholine, noradrénaline 2. GABA - + New somatostatin analogs : therapeutical perspectives, P. Jacquet, A. Saveanu, A. Barlier, Diabète et nutrition, 2006 La somatostatine et des analogues, de la recherche fondamentale à la clinique, J. Epelbaum, 1996

c. Actions 1. Inhibe sécrétion d’insuline Vers organes cibes Somatostatine .Hormones intestinales : GIP GLP-1 Glucagon Effet inhibiteur direct sur la cellule b pancréatique + Effet inhibiteur du glucagon + Effet freinateur sur les cellules endocrines K et L qui sécrètent le GIP ET glp1, qui elles même zctivent la sécrétion d’insuline Vers organes cibes New somatostatin analogs : therapeutical perspectives, P. Jacquet, A. Saveanu, A. Barlier, Diabète et nutrition, 2006 La somatostatine et des analogues, de la recherche fondamentale à la clinique, J. Epelbaum, 1996

2. Somatostatine Rein Thyroide inhibe angiogénèse inhibe IGF1 Hypophyse Rein Thyroide inhibe angiogénèse inhibe IGF1 VIP (cellules V) = diminution du débit circulatoire splanchnique motricité intestinale absorption intestinale (eau, Glucose, lactose…) secretine (cellules S) : diminution la sécrétion d’eau et d’HCO3-, et la sécrétion exocrine pancréatique cholécystokinine (cellules I ) : diminution de sécrétion exocrine pancréatique et de la contraction vésicule biliaire gastrine ( cellules G ) : baisse acidité gastrique pepsine motrice Gastrique excrétion sucs digestifs 1. DIGASTIF : Exerce inhibition par effet paracrine, met l’intestin au repos Dans l’estomac : la somatostatine diminue la motricité gastrique, diminue l’excretion de gastrine ( diminue la secretion acide) et de pepsine Sur le grêle : diminution de sécretion de VIP par les cellules V : ce qui entraine une diminution du débit circulatoire splanchnique Diminution de l’absorption intestinale eau, de lactose Diminution de sécrétion de sécrétine par les cellules S : diminution de la sécrétion d’eau et d’HCO-, et diminution de la sécrétion exocrine du palncréas Diminution de la sécrétion de cholecystokinine par les cellules I : diminution de la secretion exocrine du pancréas et de la contraction vésicule biliare New somatostatin analogs : therapeutical perspectives, P. Jacquet, A. Saveanu, A. Barlier, Diabète et nutrition, 2006 La somatostatine et des analogues, de la recherche fondamentale à la clinique, J. Epelbaum, 1996

c. Somatostatinome Chirurgie Chimiothérapie Thérapies ciblées somatostatine Diminution contraction des VB : Lithiase vésiculaire Diminution sécrétion exocrine pancréatique : Diarrhée avec stéatorrhée Inhibition insuline et glucagon + cellules intestinales K et L : diabète

Occlusion digestive sur carcinose péritonéale Applications thérapeutiques des analogues de la somatostatine : ex OCTREOTIDE 2. Somatostatine inhibe angiogénèse inhibe IGF1 Hémorragie digestive sur Hypertension portale gastrine ( cellules G ) : baisse acidité gastrique pepsine motrice Gastrique excrétion sucs digestifs VIP (cellules V) = diminution du débit circulatoire splanchnique motricité intestinale absorption intestinale (eau, Glucose, lactose…) secretine (cellules S) : diminution la sécrétion d’eau et d’HCO3-, et la sécrétion exocrine pancréatique cholécystokinine (cellules I ) : diminution de sécrétion exocrine pancréatique et de la contraction vésicule biliaire Tumeurs endocrines digestives, glucagonome + Fistules digestives Occlusion digestive sur carcinose péritonéale

Conclusion Le pancréas a une fonction endocrine non négligeable. La régulation paracrine au sein de l’ilot est importante : Glucagon Cellule - α + Insuline Cellules β - + - Somatostatine Cellules D L’ application en thérapeutique est importante, principalement pour les analogues de la somatostatine. Les pathologies du pancréas endocrine en dehors du diabète sont rares et principalement représentées par les tumeurs endocrines pancréatiques. L’amélioration des connaissances physiopathologiques permet le développement de nouveaux traitements, comme les thérapies ciblées

Bibliographie Production and secretion of insulin by the pancreatic b-cell, C. Magan, A. Ktorza, EMC-Endocrinologie 2005 Nouvelles données sur la régulation de la sécrétion du glucagon par les cellules alpha des ilots pancréatiques et son importance dans le diabète, Q. Wang, M. D, Ph. D., Endocrinologie 2006 Traité de gastro-entérologie, J-C Rambaud, 2005 Hépatogastroentérologie proctologie, J. Frexinos, L. Buscail, 2003 Traité de pancréatologie clinique, P. levy, P. Ruszniewski, A. Sauvanet, 2005 Atlas de physiologie, S. Silbernagl, 2009 Physiology of the pancreatic alpha-cell and glucagon secretion : role in glucose homeostasis and diabetes, I. Quesad, E. Tuduri, c. Ripoll, journal of endocrinology 2008

8. Physiologie médicale, William Ganong, 2005 9 8. Physiologie médicale, William Ganong, 2005 9. New somatostatin analogs : therapeutical perspectives, P. Jacquet, A. Saveanu, A. Barlier, Diabète et nutrition, 2006 10. La somatostatine et des analogues, de la recherche fondamentale à la clinique, J. Epelbaum, 1996 11. The new england journal of medecine Everolimus for Advanced Pancreatic Neuroendocrine Tumors, James C. Yao, M.D., Manisha H. Shah, M.D., Tetsuhide Ito, M.D., Ph.D., Catherine Lombard Bohas, M.D., Edward M. Wolin, the New England Journal of Medecine, 2011 12. Medical treatment and new treatment options for duodenal and pancreatic endocrine tumors, Sophie Dominguez-Tinajero, Hepato-Gastro, 2009 13. SOM230 and RAD001 : mechanism of actions and therapeutic interest of their association, C. BOUSQUET, S. PYRONNET, C. SUSINI, Hepato-Gastro, 2009