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Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition - Vol. XV - n° 8 - octobre 2011276

d o s s i e r t h é m a t i q u e

Épigénétique : nouvelle donne en endocrinologie

Régulation épigénétique du développement du pancréas : rôle des histones désacétylasesEpigenetic regulation of pancreas development: role of histone deacetylases Cécile Haumaitre*

* Inserm U845, centre de recherche Croissance et Signalisation, faculté de

médecine Necker, Paris.

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» La compréhension des mécanismes fondamentaux qui gouvernent la différenciation du pancréas est indispensable pour le développement des thérapies cellulaires du diabète.

» Les mécanismes épigénétiques, en particulier les histones désacétylases (HDAC), contrôlent l’expression des gènes et sont essentiels dans la différenciation des lignages cellulaires.

» Les inhibiteurs des HDAC (HDACi) permettent d’inhiber l’activité des HDAC ; ce sont des outils thérapeutiques importants.

» Les HDACi permettent d’amplifier le pool de progéniteurs endocrines.

» Les HDAC de classe IIa contrôlent la masse de cellules endocrines β productrices d’insuline et δ productrices de somatostatine.

Mots-clés : Pancréas – Développement – Histone désacétylase – Différenciation endocrine.

It is necessary to understand the fundamental mechanisms governing pancreas differentiation to define new cellular therapies for diabetes.

Epigenetic mechanisms, especially histone deacetylases (HDAC), control gene expression and are required in cell lineage differentiation.

HDAC inhibitors (HDACi), inhibiting HDAC activity, are valuable therapeutic tools.

HDACi amplify the pool of endocrine progenitors.

Class IIa HDACs control the endocrine insulin-producing β and somatostatin-producing δ cell mass.

Keywords: Pancreas – Development – Histone deacetylase – Endocrine differentiation.

L e pancréas, organe annexé au tube digestif, est une glande mixte exocrine et endocrine, jouant un rôle essentiel dans l’homéostasie nutrition-

nelle et glucidique. La partie exocrine est constituée des acinis, cellules produisant des enzymes digestives telles que l’amylase, la lipase et l’élastase, qui sont déver-sées dans le réseau de canaux pancréatiques, avant de rejoindre le duodénum pour la digestion intestinale des nutriments. La partie endocrine, représentant 1 à 5 % de la masse du pancréas, est composée d’îlots de Langerhans. Ceux-ci sécrètent plusieurs hormones produites par différents types cellulaires : le glucagon par les cellules α, l’insuline par les cellules β, la soma-tostatine par les cellules δ et le polypeptide pancréa-tique (PP) par les cellules PP. Chez la souris, les cellules β sont situées au cœur de l’îlot et représentent environ

80 % des cellules endocrines. L’insuline et le glucagon, respectivement hormones hypo- et hyperglycémiantes, contrôlent le taux de glucose sanguin. Pour résumer, l’augmentation du taux de glucose dans le sang après un repas stimule la sécrétion d’insuline par les cellules β. L’insuline circulante réprime la synthèse de glucose au niveau du foie (glycogénolyse et néoglucogenèse) et favorise la captation du glucose par les muscles et les adipocytes. À l’inverse, lorsque le taux de glucose sanguin est bas, le glucagon sécrété par les cellules α stimule la glycogénolyse et la néoglucogenèse, le glucose libéré restaurant ainsi une normoglycémie. La somatostatine et le PP régulent négativement la sécrétion des cellules α, β et acinaires. Le diabète, qui affecte plus de 200 millions de per-sonnes dans le monde, est caractérisé par un défaut

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Régulation épigénétique du développement du pancréas : rôle des histones désacétylases

de production d’insuline. Il est dû à une destruction des cellules β pour le diabète de type 1, et à une diminution de la masse de cellules β fonctionnelles associée à une insulinorésistance pour le diabète de type 2. Pour éviter l’injection quotidienne d’insu-line, la thérapie cellulaire par reconstitution d’une masse de cellule β fonctionnelle est un espoir de traitement du diabète, voire de guérison. La greffe d’îlots humains chez des patients diabétiques de type 1 est possible (1, 2), mais le grand nombre d’îlots nécessaire face à la rareté des donneurs rend cette technique difficilement applicable à grande échelle. Une autre possibilité est la différenciation de cel-lules β à partir de cellules souches embryonnaires afin d’obtenir une masse importante de cellules β fonctionnelles. Comprendre comment sont générées les cellules β au cours du développement embryon-naire et comment la masse de cellules β est régulée est donc essentiel pour développer des approches de thérapie cellulaire. Il est indispensable d’étudier les mécanismes fondamentaux qui gouvernent le développement des cellules β au cours de l’organo-genèse pour identifier de nouvelles cibles et définir de nouveaux traitements.

Développement du pancréas

Chez les mammifères, le pancréas émerge au sein de l’endoderme en 2 bourgeons, 1 ventral et 1 dorsal. Chez la souris, le territoire présomptif pancréatique est déterminé dès E8.5, sous la dépendance de voies de signalisation permissives et inductrices, responsables de la régionalisation de l’endoderme. Ainsi, l’endoderme pancréatique dorsal au contact de la notochorde reçoit des signaux permettant l’inhibition de Shh et l’expres-sion du facteur de transcription Pancreatic Duodenal homeoboX factor 1 (PDX1). La détermination de l’endo-derme pancréatique ventral, quant à elle, est initiée par défaut, et des signaux du mésoderme cardiaque limitent l’expansion du territoire pancréatique ventral par rapport au territoire préhépatique adjacent (3, 4). Vers E9.5, les bourgeons pancréatiques ventraux et dorsaux s’évaginent et prennent la forme d’un épi-thélium surmonté d’un mésenchyme d’origine méso-dermique. Les cellules progénitrices pancréatiques constituant l’épithélium sont à l’origine des cellules endocrines et exocrines du pancréas. L’épithélium pro-lifère, bourgeonne et envahit le mésenchyme, tandis que ce dernier fournit les facteurs solubles nécessaires à la croissance et à la différenciation du pancréas. Vers E14.5, le bourgeon ventral effectue une rotation, puis

fusionne finalement avec le bourgeon dorsal vers E18. Également vers E14.5, la genèse des cellules acinaires est marquée par l’apparition des enzymes digestives, et celle des cellules endocrines conduit à la génération de cellules matures α et β exprimant respectivement le glucagon et l’insuline. Les cellules δ productrices de somatostatine apparaissent vers E15.5 et les cel-lules PP sont différenciées vers E18.5, alors que les îlots commencent à être bien formés et vont poursuivre leur maturation jusqu’à 3 semaines environ après la naissance (5). En parallèle de la morphogenèse, un programme spé-cifique d’expression génétique de différents facteurs de transcription définit l’identité des progéniteurs pan-créatiques et leur différenciation en cellules exocrines et endocrines. Des études de lignage et d’invalidation génétique menées chez la souris ont permis d’identifier et de hiérarchiser la cascade de facteurs de transcrip-tion contrôlant le développement du pancréas. La masse finale du pancréas adulte semble être détermi-née au cours du développement par le pool de cellules progénitrices exprimant le facteur de transcription PDX1 (6). Chez la souris, l’inactivation de PDX1 conduit à une agénésie pancréatique (7). Chez l’homme, une forme monogénique de diabète, le MODY4 (Maturity Onset Diabetes of the Young de type IV), est associée à des mutations de PDX1 (8). Des marqueurs molé-culaires définissent l’identité des cellules de l’épi-thélium. Les extrémités des bourgeonnements de l’épithélium contiennent des cellules pancréatiques multipotentes PDX1+/PTF1A+/carboxypeptidase A (CPA)+, à l’origine des progéniteurs acinaires expri-mant les facteurs de transcription PTF1A et MIST1. Les cellules adjacentes du tronc des bourgeonnements de l’épithélium consistent en des progéniteurs bipo-tentiels PDX1+/HNF1B+/SOX9+/NKX6.1+, à l’origine des progéniteurs canalaires exprimant les facteurs de transcription HNF1B, SOX9, NKX6.1, et à l’origine des progéniteurs endocrines exprimant le facteur de transcription proendocrine Neurogenin 3 (NGN3) [4, 9]. L’invalidation de Ngn3 conduit en effet à une absence totale de cellules endocrines (10). À partir de E13.5, les progéniteurs endocrines NGN3+ commencent à se différencier, et d’autres facteurs de transcription en aval de NGN3 permettent la détermination des différents sous-types cellulaires endocrines (5). En particulier, PAX4 permet la détermination vers un lignage β/δ, tandis qu’ARX est impliqué dans la détermination vers un lignage α (11). Enfin, des facteurs de maturation sont importants pour la différenciation terminale des cellules β (PDX1, MAF A, NEUROD1, NKX2.2, NKX6.1, GLUT2).




Mécanismes épigénétiques

La régulation génétique de la différenciation du pan-créas commence à être assez bien connue. Néanmoins, un degré de complexité s’ajoute avec l’émergence de l’épigénétique, qui étudie les modifications transmis-sibles de l’expression des gènes sans modification de la séquence d’ADN. Ces mécanismes mettent en jeu les modifications post-traductionnelles de la queue des histones, protéines entourant l’ADN et modifiant l’état de compaction de la chromatine ainsi que l’accès à la machinerie transcriptionnelle. Elles regroupent les méthylations, les acétylations, les ubiquitinylations, les sumoylations et les phosphorylations. C’est le concept du “code histone”, ces modifications permettant le recrutement de complexes protéiques et le contrôle de l’expression des gènes.

Histones désacétylases et développement L’acétylation/désacétylation des histones est plus dynamique que la méthylation. Les histones acétyl-transférases (HAT) ajoutent de manière covalente des groupements acétyle aux résidus lysine des histones,

tandis que les histones désacétylases (HDAC) les retirent. Il apparaît que ces enzymes peuvent également cibler les lysines d’autres protéines, faisant intervenir de façon plus générale un “code lysine”, et qualifiant très récemment les HAT de K-acétyltransférases (KAT) et les HDAC de K-désacétylases (KDAC). La modification des niveaux endogènes d’HDAC est l’un des mécanismes qui impose un contrôle tem-porel de l’activation des gènes au cours du dévelop-pement. Chez les mammifères, il existe différentes classes d’HDAC, selon leur homologie de séquence avec les désacétylases de levure, leurs sites cataly-tiques et leur dépendance à un cofacteur. Les HDAC dites classiques, de classes I et II, sont dépendantes du zinc. Les HDAC de classe I (liées à l’homologue Rpd3) comprennent HDAC 1, 2, 3 et 8. Les HDAC de classe II (liées à l’homologue Hda1) comprennent HDAC 4, 5, 7, 9 (sous-classe IIa) et HDAC 6 et 10 (sous-classe IIb). La classe III, composée de 7 sirtuines (SIRT1-7), ne montre aucune ressemblance de séquence avec les membres de la famille classique et nécessite la nico-tinamide adénine dinucléotide (NAD+) en tant que cofacteur. Enfin, la classe IV, représentée par HDAC 11,

Tableau �I. Profil d’expression des HDAC et phénotypes murins associés à leur déficience.

Classe Gène Site d’expression connu Invalidation chez la souris (knock-out)

Viabilité Phénotype Réf.

IIII

HDAC 1HDAC 2HDAC 3HDAC 8

UbiquitaireUbiquitaireUbiquitaire

Cerveau, cœur, rein, prostate

Létal à E10.5Létalité périnatale

Létal à E9.5Létalité périnatale

Défauts de proliférationDéfauts cardiaques sévèresDéfauts de proliférationHypoplasie et dysmorphie du crâne

12131415

IIaIIaIIaIIa

HDAC 4HDAC 5HDAC 7HDAC 9

Os, cerveau, muscleMuscle, cœur, cerveau

Thymocytes, cellules endothélialesMuscle, cœur, cerveau,

lymphocytes T

Létal vers P7Viable

Létal à E11.5Viable

Ossification prématurée, hypertrophie des chondrocytesHypersensibilité cardiaque aux signaux de stressRupture des vaisseaux sanguins, hémorragieHypersensibilité cardiaque aux signaux de stress

16171819

IIbIIb

HDAC 6HDAC 10

Cœur, foie, reinFoie, rein, rate

ViableND

Hyperacétylation des microtubulesND

20

IV HDAC 11 Cerveau, muscle, cœur, rein, lymphocytes T

ND ND

Invalidation conditionnelle chez la souris

Gène(s) invalidé(s) Site d’invalidation Viabilité Phénotype Réf.

HDAC 1 + 2

CœurOligodendrocytes

Épiderme

Létalité périnataleViableViable

CardiomyopathieInhibition de la formation des oligodendrocytesDéfaut de formation du follicule pileux, de prolifération et de stratification de l’épiderme

132122

HDAC 3

CœurFoieOs

Létal après 3 moisViable

Espérance de vie diminuée

Défaut du métabolisme cardiaque, hypertrophie cardiaque massiveHypertrophie des hépatocytes, hépatomégalieDéfaut de formation des os, diminution du nombre d’ostéo blastes

23

2425

HDAC 5 + 9 Cœur 12 % de survie à l’âge adulte

Défauts cardiaques létaux (défaut du septum ventriculaire, amincissement du myocarde)

17



est caractérisée par une région catalytique ayant des similarités avec les classes I et II. Les HDAC de classe I sont ubiquitaires, tandis que les HDAC de classe II ont un profil d’expression plus restreint (cœur, cerveau, muscle, cellules T, etc.) [tableau I]. De plus, les HDAC de classe I sont presque exclusivement situées dans le noyau, tandis que les HDAC de classe II peuvent navi-guer entre noyau et cytoplasme en réponse à certains signaux cellulaires. Les HDAC ne sont pas redondantes et sont requises pour des fonctions spécifiques au cours de l’organogenèse et de la vie postnatale. Ces rôles ont été mis en évidence chez la souris grâce à des études d’invalidation totale (knock-out) ou condition-nelle (ciblée spécifiquement dans un tissu). Il apparaît que diverses HDAC sont importantes dans les pro-cessus de prolifération, et plus particulièrement au niveau du cœur, du muscle, des os, du cerveau et du foie (tableau I) [12-25].

Inhibiteurs des HDAC et différenciation cellulaireIl existe un grand nombre de composés qui inhibent les HDAC, purifiés à partir de sources naturelles ou de produits synthétiques (hydroxamates, peptides cycliques, acides aliphatiques, benzamides) [26], parmi lesquels on peut citer la TSA, le NaB et le SAHA (inhibant les HDAC de classes I et II), le VPA et le benzamide MS275 (inhibant les HDAC de classe I), le MC1568 (inhibant les HDAC de classe IIa [27]), ou encore la tubacine (inhibant les HDAC de classe IIb). L’inhibition pharmacologique des HDAC dans

différents lignages cellulaires a permis de moduler l’activité de ces enzymes dans certains programmes de différenciation. À titre d’exemple, il a été montré que le traitement aux inhibiteurs des HDAC (HDACi) de progéniteurs neuraux modifie le choix des lignages lors de leur différenciation en neurones, astrocytes et oligodendrocytes (28, 29). Par ailleurs, le traitement de préadipocytes au NaB stimule l’expression des gènes adipogéniques et la différenciation adipocytaire (30), et le traitement de cellules humaines stromales du tissu adipeux ou de la moelle avec du VPA ou de la TSA augmente la différenciation ostéogénique (31). Cela a permis de montrer l’importance des mécanismes épigénétiques, et plus particulièrement des HDAC dans la régulation des programmes de différenciation et dans l’orientation du choix de lignages cellulaires. Moduler l’activité des HDAC ouvre ainsi la possibilité d’augmenter certains pools de cellules, avec un intérêt thérapeutique potentiel.

HDAC et différenciation pancréatique

La fonction des HDAC a été étudiée dans divers types cellulaires comme les systèmes cérébral, cardiaque, musculaire, osseux et immunitaire. Avec mes collè-gues du laboratoire dirigé par R. Scharfmann à l’hôpital Necker à Paris (Olivia Lenoir, Kathleen Flosseau, Feng Xia Ma) et l’aide de plusieurs collaborateurs, nous nous sommes récemment intéressés à la fonction des HDAC dans le pancréas (32-34) [tableau II].

Tableau �II. Effet de la modulation de l’activité des HDAC dans le pancréas : profil d’expression des HDAC de classes I et II dans le pancréas ; effet des HDACi sur le dévelop-pement pancréatique ; effet de la perte et du gain de fonction des HDAC de classe IIa (HDAC 4, 5 et 9) dans le pancréas.

Différenciation pancréatique

Acinaire Canalaire

Endocrine

Proendocrine (NGN3*) α, PP

β/δ

β δ

Expression des HDAC HDAC de classe I (HDAC 1, 2)HDAC de classe IIa (HDAC 4, 5, 9)

+–

+–

+–

+–

++

++

Traitement aux HDACi Inhibiteur des HDAC de classes I et II (TSA, NaB)Inhibiteur des HDAC de classe I (VPA, MS275)Inhibiteurs des HDAC de classe IIa (MC1568)

=

=

=

=

Perte et gain de fonction des HDAC

Perte et gain de fonction des HDAC de classe I (HDAC 1, 2, 3) ND ND ND ND ND ND

Perte de fonction HDAC 4Gain de fonction HDAC 4

==

==

==

==

=


==

==

==

==


=ND

=ND

=ND

=ND

ND

=ND

ND : non déterminé.




Expression des HDAC dans les pancréas embryonnaire et adulteLes analyses par RT-QPCR, Western-Blot et immuno-histochimie ont montré que les différents HDAC de classes I et II étaient exprimés dans le pancréas (32, 34). Les HDAC de classe I (HDAC 1 et 2) sont exprimés dans les 3 lignages cellulaires pancréatiques (acinaire, canalaire et endocrine), depuis le stade embryonnaire jusqu’au stade adulte. Les HDAC de classe IIa présentent un profil d’expression beaucoup plus restreint, avec une expression spécifique d’HDAC 4, 5 et 9 dans les cellules endocrines β productrices d’insuline et δ pro-ductrices de somatostatine, depuis le stade embryon-naire jusqu’au stade adulte. Ces profils d’expression ont suggéré un rôle différent des HDAC de classes I et II dans la différenciation pancréatique. Afin d’élucider ces fonctions putatives distinctes, nous avons analysé dans un premier temps l’effet d’un traitement aux HDACi d’explants pancréatiques.

Traitement d’explants pancréatiques aux HDACiDes pancréas embryonnaires de rat ont été disséqués au stade E13.5, stade auquel le pancréas est constitué de progéniteurs multipotents PDX1+. Cultivés jusqu’à 14 jours sur un filtre flottant à l’interface entre l’air et un milieu de culture approprié, ces pancréas se déve-loppent en récapitulant la différenciation des lignages acinaire, canalaire et endocrine, qui intervient in vivo. Nous avons traité ces explants avec différents HDACi et analysé les effets sur la différenciation des lignages pancréatiques. Ce travail offre l’intérêt de mieux com-prendre les effets de la modification des mécanismes épigénétiques sur la différenciation du pancréas, et permet d’identifier les outils permettant notamment d’augmenter le pool de cellules endocrines, ce qui s’avère utile dans le cadre des thérapies cellulaires du diabète.

✓ Traitement d’explants pancréatiques avec la TSA et le NaB, 2 HDACi inhibant les HDAC de classes I et II. Aucun effet toxique n’a été observé aux doses utilisées, alors qu’une abolition de 99 % de l’activité désacéty-lase a été mise en évidence par dosage enzymatique dès le premier jour de culture. Les analyses histolo-giques, immunohistochimiques et par RT-QPCR ont montré une diminution drastique de l’expression des marqueurs PTF1A, MIST1 et de l’amylase, caractéris-tiques d’une diminution majeure de la différenciation acinaire. Parallèlement, une augmentation massive de l’expression du marqueur SPP1 ainsi que la formation de structures kystiques SPP1+ indiquent une aug-mentation importante de la différenciation canalaire.

De façon très intéressante, nous avons observé une augmentation drastique (14 fois) de l’expression du marqueur proendocrine NGN3, avec un pic d’expression amplifié et maintenu au cours du temps, conduisant à une augmentation majeure du pool de progéniteurs endocrines. Ce phénomène s’est révélé associé à un accroissement important du pool de cellules endo-crines, à savoir une augmentation de l’expression des marqueurs du lignage α/PP (ARX, glucagon, PP), aussi bien que du lignage β/δ (PAX4, insuline, somatostatine), avec une hausse d’expression de l’insuline décuplée après 14 jours de culture.

✓ Traitement d’explants pancréatiques avec le VPA et le MS275, 2 HDACi qui inhibent spécifiquement les HDAC de classe I. Le même type d’analyse que précédemment a révélé des effets similaires à ceux de la TSA et du NaB sur les lignages acinaire et canalaire. Ainsi, inhiber les HDAC de classe I suffit à induire à une diminution de la différenciation acinaire versus une augmentation de la différenciation canalaire. Concernant la différenciation endocrine, l’inhibition des HDAC de classe I permet à elle seule d’augmenter de 14 fois l’expression de NGN3 et donc d’accroître de façon majeure le pool de cellules progénitrices endocrines. De façon surpre-nante, cela conduit à une hausse du pool de cellules endocrines δ/PP, mais à une baisse drastique du pool de cellules endocrines β/δ, contrairement au traite-ment avec les inhibiteurs TSA ou NaB, qui inhibent les HDAC de classes I et II. Cette différence peut donc s’interpréter par un rôle distinct des HDAC de classes I et II dans la régulation des différents sous-types cel-lulaires endocrines. Il a été montré que les facteurs de transcription PAX4 et ARX exercent des fonctions antagonistes dans la régulation des lignages β/δ et α/PP respectivement (11). Nos résultats suggèrent que les HDAC de classe I pourraient inhiber l’expression d’ARX et réguler la différenciation du lignage α/PP, tandis que les HDAC de classe II pourraient inhiber l’expression de PAX4 et réguler la différenciation du lignage β/δ. C’est ce que nous avons ensuite analysé en utilisant un inhibiteur spécifique des HDAC de classe II.

✓ Traitement d’explants pancréatiques avec le MC1568, qui inhibe spécifiquement les HDAC de classe IIa (27) et qui module la stabilité et l’activité des complexes MEF2-HDAC de classe IIa en inhibant l’activité HDAC et en bloquant la transactivation des MEF2 (35). L’inhibition des HDAC de classe IIa n’induit aucun effet sur la diffé-renciation acinaire ou canalaire, ni sur celle des progé-niteurs endocrines. De plus, aucun effet n’a été observé sur la différenciation du lignage endocrine α/PP. En revanche, le traitement au MC1568 induit une augmen-tation importante de l’expression de PAX4, de l’insuline


Figure. Schéma récapitulatif du rôle des HDAC dans le pancréas.

X

Progéniteurspancréatiques

PDX1

SPP1Progéniteursendocrines

HDAC de classe I

HDAC de classe I

HDAC de classe I

HDAC de classe I

HDAC de classe IIa

HDAC de classe IIa

ARX PAX4

NGN3

PPα β δ

Cellules endocrines Cellules canalaires Cellules acinaires

HDAC 5

HDAC 5HDAC 4

HDAC 9

MEF2

MEF2

PTF1A,MIST1


et de la somatostatine, ainsi que de tous les marqueurs de différenciation terminale des cellules β. Ainsi, les HDAC de classe IIa semblent spécifiquement impliqués dans la différenciation des cellules endocrines β et δ.

Effets de la perte et du gain de fonction des HDAC de classe IIaAfin de valider ces données in vivo, nous avons analysé le phénotype de souris invalidées pour les HDAC de classe IIa : HDAC 4-/-, HDAC 5-/- et HDAC 9-/-. Ces souris létales, après la naissance pour la lignée HDAC 4-/- et viables pour les lignées HDAC 5-/- et HDAC 9-/- (tableau I), ont permis d’étudier le pancréas des nouveau-nés défi-cients pour chacun de ces Hdac. Les analyses histolo-giques et immunohistochimiques n’ont révélé aucun effet sur le pancréas exocrine. La masse de cellules endocrines (α, β et δ) a été quantifiée par des analyses morpho-métriques. Nous avons observé une augmentation de 46 % et de 32 % de la masse de cellules δ au sein des pancréas HDAC 4-/- et HDAC 5-/- respectivement, et une augmentation de 57 % et de 38 % de la masse de cellules β au sein des pancréas HDAC 5-/- et HDAC 9-/- respectivement. Il est à noter que cette augmentation de la masse des cellules endocrines est indépendante de la hausse de la croissance et de la prolifération des cellules.

Ces analyses ont été complétées par des expériences de gain de fonction. Pour ce faire, nous avons déve-loppé un système d’infection lentivirale de pancréas embryonnaires dissociés, puis réassociés en sphères pancréatiques, et cultivés ensuite pendant 7 jours sur filtre flottant à l’interface entre air et milieu. Cette méthode a permis d’obtenir un pourcentage d’in-fection des cellules pancréatiques de plus de 70 %. Nous avons observé qu’une surexpression d’HDAC 4 de 4 fois conduit à une diminution d’expression de 30 % de l’insuline et de 55 % de la somatostatine, et qu’une surexpression de 10 fois d’HDAC 5 conduit à une diminution de 20 % de l’insuline et de 40 % de la somatostatine. Ainsi, ces données montrent que les HDAC de classe IIa (HDAC 4, 5 et 9) sont spécifiquement impliqués dans la régulation du lignage endocrine β/δ. Ces résultats démontrent que la modulation de l’expression de ces enzymes permet d’augmenter ou de diminuer le pool de cellules β et δ.

Modèle du rôle des HDAC dans la différenciation pancréatiqueL’ensemble de ces données est récapitulé dans le tableau II et illustré dans la figure.




L’utilisation des HDACi in vitro a permis de montrer qu’inhiber les HDAC de classe I diminue la différen-ciation acinaire et augmente la différenciation cana-laire avec la formation de structures kystiques. Ces résultats suggèrent que les HDAC de classe I ont un rôle inhibiteur sur la différenciation canalaire et qu’ils pourraient inhiber une transition du lignage canalaire vers acinaire, ou un inhibiteur du lignage acinaire. L’analyse de l’invalidation conditionnelle des HDAC de classe I (HDAC 1/2 et HDAC 3) dans ces différents lignages devrait permettre d’élucider le rôle de ces HDAC dans la régulation de la différenciation acinaire et canalaire. Cela permettra de mieux comprendre la régulation épigénétique de ces lignages et pourra également avoir un intérêt dans le cadre du cancer du pancréas, avec l’implication potentielle des HDAC de classe I dans les néoplasies pancréatiques. Inhiber les HDAC de classe I permet d’augmenter de façon très importante le pool de cellules progénitrices NGN3+, ce qui est particulièrement intéressant dans le cadre des thérapies cellulaires du diabète (brevet PCT/EP2009/054588). Cela suggère que les HDAC de classe I inhibent l’expression de Ngn3. Des expériences in vivo et de ChIP (immunoprécipitation de la chromatine) permettront de mieux comprendre les mécanismes moléculaires et les complexes de régulation de l’expres-sion du gène Ngn3. Enfin, ces résultats montrent que les HDAC de classe IIa régulent la différenciation du lignage endocrine β/δ. Ainsi, les HDAC de classe IIa (HDAC 4, 5 et 9) repré-sentent de nouvelles cibles, et le MC1568 un nouvel outil, pour augmenter le pool de cellules β productrices d’insuline, ce qui est particulièrement intéressant dans le cadre des thérapies cellulaires du diabète.

Conclusion

Les mécanismes épigénétiques sont essentiels au cours du développement et ils semblent également être impliqués dans certaines maladies (33). Des études ont montré que les HDACi avaient un potentiel thé-rapeutique, par exemple dans les maladies neurolo-giques ou inflammatoires ou dans les myopathies (36, 37). Dans le cadre du pancréas et du diabète, il est intéressant de noter que des études génomiques ont

identifié la région chromosomique 6q21 comme étant impliquée dans les diabètes de types 1 et 2, région qui comporte HDAC 2 (38, 39). À l’heure actuelle, les HDACi ne sont pas utilisés comme traitement du dia-bète chez l’homme. Cependant, quelques études ont montré l’intérêt potentiel des HDACi sur les cellules β pancréatiques. Il a été rapporté que des HDACi (TSA, SAHA et ITF2357) avaient un effet protecteur contre l’apoptose des cellules β, le traitement par ces HDACi prévenant la cytotoxicité induite des cellules β (40, 41). De plus, il a été récemment montré que des HDACi (VPA et TSA) “rajeunissaient” les îlots isolés, augmentant l’expression de gènes, dont l’insuline 1 et 2, avec une sécrétion augmentée d’insuline en réponse à une sti-mulation de glucose et une meilleure efficacité de la greffe de ces îlots dans un modèle de transplantation xénogénique (42). Dans le contexte de la thérapie cellulaire du diabète, la compréhension des mécanismes qui contrôlent la différenciation des sous-types cellulaires pancréatiques, en particulier les cellules β, est primordiale. Ces études apportent de nouveaux éclairages sur la régulation épigénétique du développement du pancréas. Les ana-lyses fondées sur l’utilisation d’HDACi suggèrent que les HDAC de classe I ont un rôle important dans le contrôle de la différenciation des cellules acinaires, canalaires, proendocrines, endocrines α et PP. De plus, les analyses combinées in vitro et in vivo révèlent l’importance des HDAC de classe IIa dans le contrôle de la différencia-tion des lignages endocrines β et δ. Sur la base de ces données, il pourra être intéressant de tester les HDACi dans des modèles de régénération de cellules β, afin d’analyser une stimulation potentielle de la génération de progéniteurs endocrines et de cellules β. De plus, ces données devraient être très utiles pour améliorer les protocoles de génération de cellules β à partir des cellules souches embryonnaires.Il a été récemment montré qu’une réduction de 40 % de la masse de cellules β était suffisante pour induire des symptômes cliniques du diabète de type 1. Si l’inhibition de l’activité de certaines HDAC peut déréprimer l’inhibi-tion de la masse résiduelle de cellules β, les applications thérapeutiques potentielles seront alors importantes, non seulement dans le cadre du diabète de type 2 mais également pour les patients nouvellement diagnosti-qués diabétiques de type 1. ■



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