Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre La Réunion 2023 (jour 2)

EXERCICE 2 - Le développement du diabète de type 2 (9 points)

90% des cas de diabètes en France sont des diabètes de type 2. Chez un individu atteint, ce diabète se développe silencieusement pendant de nombreuses années. Un régime alimentaire trop gras et trop sucré est un des facteurs de risque de survenue de cette maladie.

Expliquer comment un taux élevé de glucose sanguin contribue à une baisse de la production d'insuline dans le cas d'un diabète de type 2.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.

Document 1: effet d'une hyperglycémie chronique sur la transcription du gène codant l'insuline

Des chercheurs disposent de cellules β d'îlots de Langerhans de pancréas de hamster qu'ils peuvent cultiver en laboratoire dans différentes conditions.

Ces cellules ont été cultivées avec du glucose auquel on ajoute, ou non, un sucre aux effets analogues à ceux du glucose. Ce sucre, ajouté en différentes concentrations, permet de mimer, in vitro, une situation d'hyperglycémie chronique observée dans une situation de diabète de type 2.

Une électrophorèse permet de déterminer la quantité d'ARNm produite par transcription. L'intensité de la bande colorée est proportionnelle à la quantité d'ARNm produite.

L'ARNm contrôle est utilisé pour s'assurer de la qualité technique de la manipulation. S'il est en quantité constante dans les différentes conditions, cela signifie que les résultats sont exploitables.

Source: T. Matsuoka et al., J. Clin. Invest., 1997

Document 2: interaction entre la protéine PDX-1 et le gène codant l'insuline

Document 2a. Dans le noyau des cellules, la transcription du gène codant l'insuline nécessite la fixation de l'ARN polymérase sur l'ADN au niveau d'une région appelée promoteur du gène. Différentes protéines peuvent se fixer sur ce promoteur et favoriser ou inhiber la fixation de l'ARN polymérase. Des chercheurs ont étudié une de ces protéines: PDX-1 qui est un activateur de la transcription.

Document 2b. Étude de l'interaction entre PDX-1 et le promoteur du gène de l'insuline. Des chercheurs ont mis en culture des cellules de pancréas de hamster selon différentes concentrations de sucre qui miment différentes situations physiologiques. Ils ont ensuite extrait les protéines PDX1 des noyaux des cellules et les ont incubées avec des fragments d'ADN ayant la séquence nucléotidique du promoteur du gène de l'insuline. Après avoir réalisé une électrophorèse, les complexes formés entre le fragment d'ADN et la protéine sont révélés. L'intensité de la bande colorée est proportionnelle à la quantité de complexes formés entre PDX-1 et l'ADN.

L'ARNm contrôle, non visible sur l'image, valide la qualité technique de la manipulation.

Source: T. Matsuoka et al., J. Clin. Invest., 1997

Document 3: effet de la concentration de sucre sur les cellules β de pancréas

Différentes conditions environnementales peuvent provoquer un stress à l'échelle cellulaire. Ce stress, appelé stress oxydatif, est caractérisé par la production de composés oxygénés comme le peroxyde d'hydrogène (H2O2) qui ont des effets sur le métabolisme des cellules. Des cellules β de pancréas de hamster ont été placées dans des milieux contenant différentes concentrations de sucre et la quantité d'H2O2 a été mesurée et quantifiée.

Source: I. Kaneto et al., J. Biol. Chem., 2001

Document 4: effet de la prise d'antioxydants sur des souris diabétiques

Les expériences suivantes ont été réalisées sur des souris qui développent spontanément un diabète de type 2. Ces souris ont reçu un régime alimentaire sans antioxydant ou un régime alimentaire riche en antioxydants. Un antioxydant est une molécule qui entraîne une diminution de la quantité de composés oxygénés au niveau des tissus et des cellules. Au bout de 16 semaines, la quantité d'insuline produite par le pancréas a été mesurée.

Source: I. Kaneto et al., Diabetes, 1999

Document 5: effet d'une situation de stress oxydatif sur la localisation de la protéine PDX-1

Des chercheurs ont marqué les protéines PDX-1 dans des cellules β de pancréas de hamster sans traitement particulier (A), après un traitement provoquant un stress oxydatif (B) ou après un traitement provoquant un stress oxydatif en présence d'un antioxydant (C).

Pour repérer la protéine PDX-1, des anticorps anti-PDX1 ont été utilisés. Leur fixation est révélée par une coloration sombre. Sur chaque cliché, le contour d'une cellule a été délimité.

Source: d'après N. Kawamori et al., Diabetes, 2003

Compare ta réponse avec la solution proposée ci-dessous.