7. L’A CTIVITÉ O SCILLATOIRE DE LA CELLULE Β
7.3. Il y a-t-il un oscillateur ?
La mise en évidence de ces oscillations au niveau des différentes étapes du couplage stimulus-sécrétion a soulevé une question : lequel des facteurs oscille en premier, induisant ainsi l’oscillation des autres facteurs ? Le métabolisme étant le premier facteur impliqué dans
Figure 30 : Les oscillations dans la cellule β
A: Les variations de l’activité métabolique (évaluée par un marqueur fluorescent de la NAD(P)H), de l’activité électrique (potentiel membranaire) et de la concentration cytosolique de calcium sont syn-chrones dans la cellules β. Les oscillations de l’activité électrique et de la concentration cytosolique de calcium sont corrélées. B: Deux types majoritaires d’oscillations calciques sont enregistrés dans les îlots à haut glucose: des oscillations rapides à haute fréquence (panneau supérieur), des oscillations lentes (panneau inférieur). Des oscillations mixes consistant en des oscillations rapides superposées à des ondes calciques lentes sont parfois observées (milieu). D’après Valdeolmillos et al. (1989) .
L’ACTIVITÉ OSCILLATOIRE DE LA CELLULE Β
le couplage stimulus-sécrétion, on peut penser qu’une oscillation de l’activité métabolique est à l’origine de toutes les oscillations observées dans la cellule β. Cependant, il est plus vrai-semblable que ces oscillations soient la conséquence de rétrocontrôles entre les différents mé-canismes du couplage, formant ainsi un circuit, et qu’il n’y ait aucun mécanisme oscillant tout seul par lui-même.
Une autre question posée par la présence d’oscillations dans les îlots isolés est la no-tion de pacemaker : il a en effet été montré que les cellules β au sein de l’îlot avaient des ré-ponses très hétérogènes lors d’une stimulation au glucose (Pipeleers 1992, Van Schravendijk et al. 1992, Pipeleers et al. 1994). Étant donné que la réponse sécrétoire de l’îlot dans son entier est oscillatoire, cela reflète une synchronisation entre les cellules β du micro-organe.
Les cellules ayant une activité hétérogène, il est donc probable que les cellules les plus réac-tives jouent le rôle de pacemaker de l’îlot, en entrainant les autres cellules β par des méca-nismes mettant en jeu le couplage par les jonctions communicantes et les contrôles intercellu-laires paracrines.
En plus de ces régulations internes aux îlots, la sécrétion d’insuline, et donc sa pulsati-lité, est modulée par des contrôles nerveux et hormonaux. La cellule β intègre donc les stimuli nutritionnels et les stimuli régulateurs pour émettre sa réponse en tenant compte de l’état de l’organisme entier. Comment la cellule β encode-t-elle tous ces signaux dans sa réponse sé-crétoire ?
Plusieurs études ont montré que l’activité électrique en bouffée de la cellule β était corrélée avec la sécrétion d’insuline, notamment la FOPP qui correspond à la durée de la phase active par rapport à la totalité de l’oscillation (Meissner & Schmelz 1974, Ozawa &
Sand 1986, Miura & Pernarowski 1995). En clair, la sécrétion serait fonction de la durée pen-dant laquelle la cellule β est électriquement active. Mais la cellule effectue-t-elle vraiment un codage de l’information selon les bouffées, ou bien la fréquence moyenne du signal peut-elle être suffisante pour contrôler la sécrétion d’insuline ?
La réponse à cette question aura des répercussions sur le développement de futurs al-gorithmes de détermination de la demande en insuline dans le cadre d’un biocapteur basé sur l’exploitation des signaux électriques des îlots.
Tableau 3 : Les principales oscillations de l’activité du pancréas endocrine
MEA recorded field potential (slow potentials) mouse isolated islet
cells 15 1.2 0.4-1.2 Hz 1/0.8-1.5sec cf. PREMIÈRE ÉTUDE
MEA recorded field potential (slow potentials) human isolated islet
cells 11 1.5-1.8 0.4 Hz 1/1.5 sec cf. PREMIÈRE ÉTUDE
MEA recorded field potential (slow potentials) mouse isolated islet
cells 15 1.2 0.5 Hz 1/1.5-2sec Nguyen et al. (2013)
Extracellular field potential (slow potentials) mouse isolated islets 11 0.9 1-2 Hz 1/200-1000ms Palti et al. (1996) Extracellular field potential (slow potentials) hamster isolated islets 11 0.9 1-2 Hz 1/200-1000ms Palti et al. (1996) Extracellular field potential (slow potentials) gerbil isolated islets 11 0.9 1-2 Hz 1/200-1000ms Palti et al. (1996)
MEA recorded APs mouse isolated islet
cells 15 1.2 fast 4.5 Hz NC Nguyen et al. (2013)
MEA recorded membrane potential (bursts) mouse isolated islets 10, 15 2.5 NC NC Schönecker et al. (2014) MEA recorded membrane potential (bursts) mouse isolated islets 10, 15 2.5 NC NC Pfeiffer et al. (2011)
membrane potential patch or sharp mouse isolated islets 10 2.5 slow 0.005 Hz 1/3.3min Beauvois et al. (2006) membrane potential patch or sharp mouse isolated islets 11 2.56 slow 0.004 Hz 0.25/min Barbosa et al. (1998) membrane potential patch or sharp mouse isolated islets 11.1 NC slow 0.0037 Hz 1/4.6min Cook (1983) membrane potential patch or sharp mouse isolated islets 11.1 NC slow 0.0667 Hz 1/15sec Cook (1983) membrane potential patch or sharp mouse single β cells 10 NC slow 0.0049 Hz 1/203s Henquin et al. (1982) Ca2+ (low frequency waves with superimposed
high frequency oscillations) mouse isolated islets 11 2.56 slow 0.0053 Hz 0.32/min Barbosa et al. (1998) Ca2+ (low-frequency and mixed) mouse isolated islets 11 2.5 slow 0.0033-0.0083 Hz 0.2-0.5/min Valdeolmillos et al. (1989)
Ca2+ slow (group of mice) mouse isolated islets 11.1 3 slow 0.0035 Hz 1/4.7min Nunemaker et al. (2005)
Measurements Species Level Glucose Ca2+ (high-frequency) mouse isolated islets 11 2.5 fast 0.033-0.083 Hz 2-5/min Valdeolmillos et al. (1989)
Ca2+ fast mouse isolated islets 10 2.4 fast 0.0847 Hz 1/11.8 sec Jung et al. (2000)
pancreas NC NC slow 0.0017-0.0033 Hz 1/5-10min Stagner et Samols (1992)
insulin dog perifused
Measurements Species Level Glucose insulin (5-HT amperometric detection) mouse isolated islets 11 2.56 fast 0.035 Hz 2.1/min (Barbosa et al. 1998)
amperometric currents (exocytosis) mouse single β cells NC NC NC NC (Smith et al. 1995) glucose consumption fast oscillations mouse isolated islets 10 2.4 fast 0.0667 Hz 1/15sec (Jung et al. 2000)
citrate (in 5 mM pyruvate) rat isolated β-cell
mitochondria 0 0 fast 0.0111 Hz 1/1.5min (MacDonald et al. 2003) NAD(P)H mouse isolated islets 11.1 2.6 slow 0.0028 Hz 1/5.9 min (Merrins et al. 2010) NAD(P)H in FURA Red-loaded islets mouse isolated islets 10 2 slow 0.0036 Hz 1/4.6min Luciani et al. (2006)
NAD(P)H in non-loaded islets mouse isolated islets 10 2 slow 0.0033 Hz 1/5.1min Luciani et al. (2006) NAD(P)H in non-loaded islets mouse isolated islets 20 2 slow 0.0018 Hz 1/9.3min Luciani et al. (2006)
NAD(P)H rat single β cells 8.3 1.5 slow 0.0217 Hz 1.3/min Pralong et al. (1994)
Redox ratio (flavin) mouse isolated islets 10 2.6 fast 0.0156 Hz 1/64sec Merrins et al. (2013) Redox ratio (flavin) mouse isolated islets 10 2.6 slow 0.0022 Hz 1/7.5min Merrins et al. (2013)
INTRODUCTION
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Measurements Species Level Glucose (mM)
CaCl2
(mM) type Frequency
References converted in Hz number/time
Metabolism
mitochondrial membrane potential (ΔΨm) mouse isolated islets 11.1 3 slow 0.0037 Hz 1/271sec Nunemaker et Satin (2004) mitochondrial membrane potential (ΔΨm) mouse single β cells 11.1 3 slow 0.0056 Hz 1/180sec Nunemaker et Satin (2004) mitochondrial membrane potential (ΔΨm) mouse isolated islet
cells 15 2.5 fast 0.0133 - 0.02 Hz 4-6/5min Krippeit-Drews et al. (2000) mitochondrial membrane potential (ΔΨm) mouse isolated islet
cells 15 2.5 slow 0.0033 Hz 1/5min Krippeit-Drews et al. (2000)
[ATP]pm mouse isolated islets 11 1.3 slow 0.0042 Hz 1/4min Li et al. (2013)
ATP human isolated islet
cells 3 1.5 fast 0.0156 Hz 1/66sec Ainscow et Rutter (2002)
ATP human isolated islet
cells 15 1.5 slow 0.006 Hz 1/167sec Ainscow et Rutter (2002)
ATP mouse isolated islet
cells 15 1.5 fast 0.0083 Hz 1/120sec Ainscow et Rutter (2002) ATP/ADP ratio mouse ob/ob isolated β-cells 20 1.28 slow 0.0037 Hz 1/4.5min Nilsson et al. (1996) Phosphokinase M2 activity mouse isolated islets 10 2.6 slow 0.0026 Hz 1/6.3min Merrins et al. (2013)
L’ACTIVITÉ OSCILLATOIRE DE LA CELLULE Β
125
INTRODUCTION