Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Centres étrangers (Afrique) 2024 (jour 1)
Thème : Contrôle des flux de glucose et régulation de la glycémie · Tiré du sujet Jour 1 (2024)
Énoncé
EXERCICE 2: Virus de la COVID-19 et régulation de la glycémie par le foie (8 points)
Le foie joue un rôle dans la régulation de la glycémie. Certaines infections hépatiques peuvent perturber cette régulation.
QUESTION:
Montrer que l'infection par le virus de la COVID-19 provoque une perturbation de la régulation de la glycémie qui pourrait être traitée avec des anticorps.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données des documents et les connaissances utiles.
Document 1: entrée du virus de la COVID-19 dans la cellule et molécules impliquées
ACE2 ( angiotensin conversion enzyme 2) est une protéine de la membrane des hépatocytes, des cellules du foie, et spike est une protéine virale.
Document 2: suivis de patients atteints ou non de la COVID-19
A) On suit quotidiennement la glycémie de patients entrés à l'hôpital pour une infection par le virus de la COVID-19 ou pour un autre motif. Ils présentent tous une glycémie normale à leur entrée à l'hôpital. Leur glycémie est mesurée pendant trente jours puis on calcule la proportion de patients qui présente une hyperglycémie chronique.
Proportion de patients en hyperglycémie chronique après 30 jours d'hospitalisation (%)
Non-atteints de la COVID-19
25
Atteints de la COVID-19
52
B) Des échantillons de foie de patients décédés de la COVID-19 sont analysés au microscope. Dans ces échantillons, on recherche une protéine du virus de la COVID-19 appelée spike, à l'aide d'un anticorps couplé à une molécule fluorescente. La fluorescence apparaît en couleur claire sur la microphotographie. Les flèches indiquent des zones d'intérêt.
Document 3: deux voies métaboliques impliquant le glucose
La glycolyse est une voie métabolique qui consomme du glucose. À l'inverse, la néoglucogenèse est une autre voie métabolique qui en produit. La PK (pyruvate kinase) et la PEPCK (phosphoénolpyruvate carboxykinase) sont deux enzymes catalysant des réactions chimiques appartenant au métabolisme du glucose.
Document 4: impact de l'infection par le virus de la COVID-19 sur les hépatocytes
A) Des hépatocytes sains, sont cultivés sans virus de la COVID-19 (« S »), ou cultivés avec le virus de la COVID-19 (« V »). Ils sont placés dans une solution de culture pauvre en glucose au début de l'expérience. La concentration en glucose de la solution est mesurée après une heure d'incubation.
B) Dans les mêmes hépatocytes, on mesure l'activité d'une enzyme, la phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK).
Document 5: effet d'anticorps spécifiques d'ACE2
A) Des hépatocytes sains sont placés dans trois conditions. Ils sont cultivés sans virus (« S »), ou cultivés avec le virus de la COVID-19 (« V »), ou cultivés avec le virus et traités avec un anticorps spécifique d'ACE2 (« V+AC »). On détermine dans les hépatocytes la quantité d'ARN messager (ARNm) codant des protéines virales.
On rappelle que les anticorps sont des protéines de grande taille, synthétisées par le système immunitaire adaptatif et qui peuvent se fixer de manière spécifique à leur cible.
B) Les mêmes hépatocytes sont placés dans une solution de culture pauvre en glucose. La concentration en glucose de cette solution est mesurée après une heure d'incubation.
Hépatocytes
Concentration en glucose de la solution (μmol.L -1)
S
1250
V
1910 *
V+AC
1350
* indique une différence significative par rapport à la concentration mesurée pour les hépatocytes S et les hépatocytes V+AC
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Montrer que l'infection par le virus de la COVID-19 provoque une perturbation de la régulation de la glycémie qui pourrait être traitée avec des anticorps.
Réponse : Une synthèse argumentée structurée en plusieurs étapes : 1. Infection des cellules hépatiques par le virus : - Les hépatocytes possèdent à leur surface le récepteur membranaire ACE2 (Doc 1). - La protéine Spike du SARS-CoV-2 interagit spécifiquement avec ACE2, permettant l'endocytose/entrée du virus dans les hépatocytes (Doc 1). - L'analyse de foies de patients décédés montre la présence de protéine Spike dans le parenchyme hépatique par immunofluorescence (Doc 2B), prouvant que le foie est une cible directe de l'infection virale. 2. Perturbation de la glycémie et dérèglement métabolique : - Cliniquement, 52 % des patients COVID-19 développent une hyperglycémie chronique à 30 jours contre 25 % des non-atteints (Doc 2A). - Au niveau métabolique hépatique (Doc 3), le foie régule la glycémie en équilibrant la glycolyse (qui consomme du glucose via PK) et la néoglucogenèse (qui produit du glucose à partir d'oxaloacétate/phosphoénolpyruvate via l'enzyme PEPCK). - En culture, les hépatocytes infectés (V) libèrent significativement plus de glucose dans le milieu (~1050 µmol/L) que les hépatocytes sains S (~600 µmol/L) (Doc 4A). - Cela s'explique par une forte augmentation de l'activité de l'enzyme PEPCK (presque quintuplée, passant de ~0,4 à ~1,9 u.a. dans les cellules V) (Doc 4B). - L'infection stimule donc la néoglucogenèse hépatique, entraînant une libération excessive de glucose dans le sang et provoquant ainsi l'hyperglycémie. 3. Piste thérapeutique par anticorps : - Des anticorps dirigés contre ACE2 se lient spécifiquement à ce récepteur, empêchant l'interaction avec la protéine Spike du virus par encombrement stérique. - En présence de ces anticorps (V+AC), la quantité d'ARNm viral dans les hépatocytes diminue significativement (d'environ 260 à 180 u.a.) (Doc 5A), montrant une diminution de l'infection. - De plus, la libération de glucose par les hépatocytes retombe à un niveau proche de la normale (1350 µmol/L pour V+AC contre 1910 µmol/L pour V seul et 1250 µmol/L pour S) (Doc 5B). - Ainsi, un traitement par anticorps ciblant ACE2 permet de réduire l'entrée du virus et de prévenir la surproduction de glucose, constituant une piste thérapeutique prometteuse.
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