Régulation transcriptionnelle par l'insuline
III. Activation transcriptionnelle par l'insuline
Dans le foie de nombreux gènes du métabolisme énergétique sont contrôlés par l'insuline. Toutefois, l'utilisation d'un modèle in vitro comme l'hépatocyte en culture primaire a permis de montrer que la plupart de ces gènes nécessite la présence d'une forte concentration en glucose pour être activés par l'insuline. C'est le cas par exemple des gènes aldolase B, L-PK, ATP citrate lyase, ACC, FAS, S14... etc. (voir 2ème partie). Les gènes activés par l'insuline
indépendamment de la présence de glucose sont beaucoup moins nombreux, citons par exemple les gènes de la glucokinase et de la glycéraldéhyde-3- phosphate déshydrogénase (GAPDH).
A ce jour, aucun mécanisme d'activation transcriptionnelle par l'insuline n'a pu être clairement établi. Les séquences IRE des gènes activés par l'insuline dans le foie ou dans d'autres tissus, comme par exemple les gènes de la glucokinase, de la GAPDH, de l'!-amylase, de la collagénase, de la prolactine ou de c-fos ne présentent aucun consensus et aucun facteur se fixant sur ces IRE n'a pu être impliqué définitivement dans la médiation de l'activation transcriptionnelle par l'insuline (O'Brien & Granner, 1996).
a/ Glucokinase
Les régions cis-régulatrices du promoteur hépatique du gène de la glucokinase sont totalement inconnues à ce jour. Chez le rat, un fragment de 1 kb en amont du site de démarrage de la transcription est transcriptionnellement actif dans des hépatocytes isolés mais ne répond pas à l'insuline (Iynedjian et al., 1996). Chez des souris transgéniques, un fragment de 7,5 kb du promoteur glucokinase fusionné à un gène rapporteur ne confère aucune régulation transcriptionnelle (Postic et al., 1995). Récemment, l'analyse d'un autre modèle de souris transgénique contenant cette fois 83 kb du locus glucokinase de
souris centrées sur la région -55 à +28 pb du promoteur hépatique a montré que ce fragment contient toutes les séquences régulatrices et tissu-spécifique nécessaires à l'expression de la glucokinase (Niswender et al., 1997a). Les séquences régulatrices en particulier celle de l'insuline sont encore à découvrir.
Au niveau du promoteur proximal hépatique, le démasquage de deux sites hypersensibles à la DNase I (HSS) est nécessaire pour induire l'expression de la glucokinase par l'insuline chez le rat nouveau né (Parsa et al., 1996). Au niveau du site hypersensible 1 (-150 à -1 pb), un élément de réponse putatif à l'insuline (-83 pb) et un site d'empreinte à la DNase I (-105 à -70 pb) ont été colocalisés. Cependant, l'analyse fonctionnelle de cette séquence a montré que cette région est insuffisante pour rendre compte de l'effet transcriptionnel de l'insuline (Parsa et al., 1996). Par ailleurs en transfection transitoire, cette séquence est transactivée par le facteur de transcription USF qui se lie au niveau d'une boîte E (- 87 CACGTG -82) (Iynedjian, 1998). Toutefois, USF ne semble pas être impliqué dans la transcription du gène glucokinase puisque l'invalidation des gènes USF-1 et -2 n'a aucun effet sur l'expression de ce gène (Vallet et al., 1998; Vallet et al., 1997).
b/ Synthase des acides gras
L'analyse du promoteur du gène de la FAS par des expériences de transfection transitoire dans des lignées cellulaires d'adipocytes 3T3-L1 et d'hépatome H4IIE ont permis de délimiter un élément de réponse à l'insuline (stimulation de 2 à 3 fois) en position -68 à -52 pb (Moustaïd et al., 1994; Moustaïd et al., 1993). L'insertion en tandem de trois copies de cette séquence devant un promoteur hétérologue SV40 confère la réponse à l'insuline à ce promoteur (Moustaïd et al., 1994). Cet élément contient une boîte E (-65 CACGTG -60) nécessaire pour la réponse à l'insuline (Wang & Sul, 1997) mais également pour l'activité basale du promoteur FAS (Bennett et al., 1995; Wang & Sul, 1997). Les facteurs de transcription ubiquitaires USF1 et USF2 sont capables de transactiver le promoteur FAS en se fixant au niveau de la boîte E de l'élément de réponse à l'insuline (Wang & Sul, 1997; Wang & Sul, 1995). La cotransfection de cellules adipeuses 3T3-L1 avec le promoteur FAS contenant l'élément de réponse à l'insuline et un plasmide exprimant une forme dominante négative d'USF1 ou d'USF2 diminue l'activation du promoteur FAS en réponse à l'insuline (Wang & Sul, 1997). De plus, chez des souris USF1-/- ou USF2-/-,
l'expression du gène de la FAS n'est plus activée en réponse à une réalimentation hyperglucidique (Casado et al., 1999). Ces résultats suggèrent
92 que le facteur USF serait nécessaire à l'activation du promoteur du gène de la FAS en réponse à l'insuline (+ glucose), cependant aucun lien entre USF et l'insuline ou le glucose n'a pu être démontré. D'autres auteurs ont montré que cet élément de réponse à l'insuline pouvait également fixer le facteur NF-Y et que la délétion de cette séquence n'empêchait pas la réponse à l'insuline en transfection transitoire dans des cellules H4IIE (Roder et al., 1999). Récemment, une nouvelle protéine capable de se fixer sur l'élément de réponse à l'insuline du gène de la FAS a été isolée dans des noyaux de foie de rats (Hasegawa et al., 1999). Cette protéine est augmentée dans le foie par un régime riche en glucides et est inhibée par le jeûne, mais cette protéine n'a pas été caractérisée précisement.
Récemment, les auteurs qui ont localisé l'élément de réponse à l'insuline en position -65 pb dans des adipocytes 3T3-L1 ont finalement montré que cet élément n'est pas suffisant pour conférer la réponse à l'insuline in vivo chez des souris transgéniques contenant différentes constructions du promoteur FAS fusionné à un gène rapporteur. L'activation par l'insuline nécessite deux autres éléments situés entre -444 et -131 pb. Une boîte E en position -332 pb qui est capable de fixer le facteur USF pourrait être impliquée dans cette activation (Moon et al., 2000).
Un autre élément de réponse à l'insuline a été localisé en transfection transitoire entre -518 et -495 pb, cette région coïncide avec un site d'hypersensibilité à la DNase I (à environ -500 pb) induit au cours de la réalimentation d'animaux à jeun par un régime riches en glucides (Roder et al., 1994; Wolf et al., 1994). Cette séquence est capable de lier le facteur NF-Y en coopération avec le facteur Sp1 (Roder et al., 1997a).
En résumé, plusieurs éléments de réponse à l'insuline ont été détectés au niveau du promoteur du gène de la FAS, cependant les résultats obtenus in vitro et in vivo par les différentes équipes sont confus et mêmes contradictoires (Roder et al., 1999). Aucun mécanisme d'activation impliquant un facteur trans- activateur dont l'activité transcriptionnelle serait contrôlée par l'insuline n'a pu être clairement démontré. Enfin, le plus point le plus critiquable dans ces études est que les auteurs ne tiennent en aucun cas compte du fait que l'induction transcriptionnelle du gène de la FAS par l'insuline dans les adipocytes et dans les hépatocytes requiert obligatoirement la présence de fortes concentrations en glucose.
Le gène de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH), un autre gène du métabolisme glucidique que nous n'avons pas encore évoqué, est également induit par une réalimentation riche en glucides. La synthèse des ARNm GAPDH est augmentée d'un facteur 10 dans le foie de rats à jeun renourris avec un régime hyperglucidique (Nasrin et al., 1990). L'expression du gène de la GAPDH est également activée par l'insuline dans la lignée adipocytaire 3T3-F442A et dans la lignée d'hépatome H4IIE (Alexander et al., 1985; Alexander et al., 1988). Le promoteur GAPDH contient deux IRE désignés IRE A (-488 à -409 pb) et IRE B (-308 à -269 pb) (Alexander et al., 1988; Nasrin et al., 1990). La séquence IRE A lie la protéine IRP-A et la protéine IREABP (Nasrin et al., 1991; Nasrin et al., 1990). L'insuline induit la liaison de IRP-A sur IRE A et la synthèse des ARNm IREABP est augmentée après une réalimentation hyperglucidique (Alexander-Bridgers et al., 1992a; Nasrin et al., 1990). Maria Alexander et al. ont suggéré que la phosphorylation de IRP-A (Alexander-Bridgers et al., 1992b) et IREABP (Alexander-Bridgers et al., 1992a) stimulée par l'insuline pourrait être impliquée dans l'effet de l'insuline sur l'expression du gène GAPDH. Toutefois, il n'est pas clairement établi que l'action de l'insuline sur l'expression du gène de la GAPDH passe par IREABP et/ou IRP-A.
IV. Conclusion
Ces dernières années les progrès les plus importants réalisés dans la compréhension des mécanismes de régulation génique par l'insuline concerne l'identification des voies de signalisation de cette hormone à partir de son récepteur. La voie de la PI 3-kinase-PKB intervient dans l'activation et l'inhibition transcriptionnelle par l'insuline de plusieurs gènes impliqués dans le métabolisme énergétique. Malgré l'identification d'élément de réponse à l'insuline sur le promoteur de nombreux gènes aucun facteur de transcription dont l'activité transcriptionnelle serait modulée par l'insuline n'a été mis en évidence. Excepté un petit groupe de gène dont l'expression est inhibée par l'insuline et possédant le même élément de réponse à l'insuline, un mécanisme impliquant le facteur de transcription FKHR a été proposé. Pour les gènes induits par l'insuline la situation est beaucoup plus confuse. Il n'existe pas d'élément de réponse à l'insuline consensus pour ces gènes. Souvent, il n'est pas pris en compte que certains gènes hépatiques activés par l'insuline, comme par exemple le gène FAS, nécessite la présence d'une forte concentration en glucose.
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