L’insuline régule la transcription de la GK, mais ce n’est pas la seule

Bien que les effets de l’insuline sur l’expression du gène codant la GK soient bien connus, la régulation transcriptionnelle par d’autres hormones existe mais est moins bien caractérisée. L’addition in vitro de tri-iodothyronine (T3) à des cultures primaires d’hépatocytes de rat induit l’expression de la GK. La dexaméthasone seule n’induit pas la transcription de la GK mais augmente la transcription de la GK induite par l’insuline et diminue celle induite par la T3 (Narkewicz et al., 1990).

Figure 14 : Effet de l’hyperméthylation du promoteur de la GK dépendante de l’âge sur la

susceptibilité au diabète de type 2.

La GK produit le G6P, activateur allostérique de la GS. L’hyperméthylation du promoteur de la GK induite par le vieillissement inhibe l’expression de la GK conduisant à 2 effets : la diminution de l’action de l’insuline et de l’utilisation du glucose et la diminution de la synthèse du glycogène. Même si la normoglycémie est maintenue, les sujets âgés sont plus susceptibles de développer un diabète de type 2.

Abréviations : GK : Glucokinase, GS : Glycogène synthase, GP : glycogène phosphorylase, G6P : glucose-6-phosphate

Un site de fixation au récepteur estrogen-related receptor alpha (ERRα) a également été identifié sur le promoteur de la GK. La protéine PGC1α (proliferator-activated receptor gamma coactivator 1α) active ERRα augmentant la transcription de la GK (Zhu et al., 2010).

Même si peu d’études ont porté sur cette régulation, l’expression de la GK peut être régulée de manière épigénétique. Néanmoins, l’hyperméthylation du promoteur de la GK chez les rats âgés suggére que des modifications épigénétiques soient responsables de la faible transcription de la GK chez ces rats avec potentiellement un effet diabétogène (Jiang et al., 2008) (Figure 14).

D. Régulation de l’activité et de la localisation de la GK par la

protéine régulatrice : GKRP

L’activité de la GK est régulée rapidement par son interaction avec une protéine spécifique inhibitrice, la glucokinase regulatory protein (GKRP) découverte par Van Schaftingen en 1989 (Van Schaftingen, 1989) (Figure 15).

La GKRP est une protéine nucléaire inactivant la GK durant le jeûne en interagissant avec sa forme super-ouverte (Figure 13). Ainsi, un changement de conformation de la GK peut induire la dissociation du complexe GK/GKRP (Futamura et al., 2006).

A l’état libre, la GKRP est localisée dans le noyau et le cytoplasme. A jeun, l’association entre la GK et GKRP résulte en l’import du complexe et la séquestration nucléaire des deux protéines par des mécanismes moléculaires encore inconnus. Néanmoins, le masquage de la séquence NES (nuclear export signal) de la GK pourrait expliquer ce phénomène (Shiota et al., 1999). Une augmentation des concentrations en glucose induit la dissociation du complexe GK/GKRP et promeut le démasquage de la séquence NES de la GK et sa translocation cytoplasmique (Shiota et al., 1999). Ce mécanisme ne semble pas faire intervenir l’exportine 1 puisque l’export de la GK n’est pas inhibé par la leptomycine B (Mukhtar et al., 1999).

La GK n’a pas de séquence NLS (nuclear localization signal). L’entrée du complexe dans le noyau s’effectue grâce à la séquence NLS de la GKRP.

L’association entre les deux protéines est ligand-dépendante. Les ligands de la GKRP sont le F1P et le F6P, compétiteurs mutuels.

Figure 15 : Régulation de l’activité et de la localisation subcellulaire de la GK par son

interaction avec la GKRP.

A jeun, la GK est sequestrée dans le noyau par la GKRP. Après un repas, la concentration en glucose augmente entrainant une dissociation du complexe GK/GKRP permettant à la GK de lier le glucose, d’adopter une conformation fermée et de sortir du noyau pour générer du G6P.

Abréviations : GKRP, GlucoKinase Regulatory Protein, NES : nuclear export signal.

Le F1P est un activateur de la GK en favorisant la dissociation du complexe GK/GKRP. Les concentrations de F1P intrahépatique augmentent suite à l’absorption intestinale de fructose, provenant de l’hydrolyse du saccharose, converti en F1P par la fructokinase.

Le F6P est un inhibiteur de la GK en renforçant l’interaction entre la GK et la GKRP. L’inhibition par le F6P montre un mécanisme de rétrocontrôle négatif car le F6P est en équilibre avec le G6P à travers la phosphohexose isomérase.

Par conséquent, après un repas, la GK est dissociée de la GKRP nucléaire et retourne vers sa forme active cytosolique (Schaftingen et al., 1994; Van Schaftingen, 1989; Van Schaftingen et al., 1992) (Figure 15).

Dans des hépatocytes de rat cultivés à 5.5 mM de glucose, la GK est principalement nucléaire et inactive. En présence de fortes concentrations en glucose ou fructose, la GK est active et cytoplasmique. La GKRP contrôle ces différences de localisation (de la Iglesia et al., 1999). Dans des cellules dépourvues de GK et de GKRP, l’expression forcée de la GK seule résulte en sa localisation cytoplasmique. Cependant, la co-expression avec GKRP entraîne une accumulation nucléaire des deux protéines (Bosco et al., 2000). De la même façon, la perte de l’expression et de l’activité de la GK est observée dans des souris KO pour le gène codant la GKRP. Ces données décrivent deux rôles de la GKRP : elle inactive la GK en la séquestrant dans le noyau et elle stabilise la GK en la protégeant de la dégradation (Farrelly et al., 1999) (Figure 15).

Une fraction mineure de GK et GKRP hépatiques est associée à la fraction mitochondriale (Arden et al., 2006). La mitochondrie peut être un nouveau régulateur de la compartimentation de la GK. Un complexe enzymatique mitochondrial incluant BAD (Bcl-2- associated death promoter), GK, PKA, PP1 et WAVE1 (membre de la famille de protéines Wiskott–Aldrich) a été identifié (Danial et al., 2003) et le lien fonctionnel entre Bad et la GK a été mis en évidence dans des hépatocytes déficients pour Bad. Ces hépatocytes présentent une diminution de l’activité de la GK. De plus, ces souris présentent une intolérance au glucose indiquant un lien entre le métabolisme du glucose et l’apoptose (Danial et al., 2003).