Rôle of circular RNAs in the control of p-cell fonctions and in the development of diabetes

Les cellules du corps humain utilisent principalement le sucre (glucose) comme source d'énergie. Après l'ingestion de glucose par les aliments, l'insuline le rend disponible au foie, aux tissus adipeux et aux muscles pour utilisation. L'insuline est une protéine relâchée dans le sang par les cellules (3 des îlots de Langerhans du pancréas en réponse à une augmentation de la glycémie. Si la production d'insuline est insuffisante ou si les tissus ont perdu leur sensibilité à l'insuline (insulinorésistance), le taux de sucre sanguin (glycémie) augmente et entraîne le développement du diabète. Il existe différents types de diabète: le diabète de type 2 est la forme la plus répandue (90 % des cas), suivi du diabète de type 1 (5 à 10 % des cas). Cette dernière est causée par la destruction des cellules sécrétant l'insuline par le système immunitaire de l'organisme. Le diabète de type 2, quant à lui, résulte d'un dysfonctionnement des cellules (3, qui est dû à des facteurs génétiques et environnementaux tels que le manque d'exercice ou une mauvaise alimentation. On sait déjà que les protéines produites à partir des ARN messagers sont d'importants régulateurs de la fonction des cellules p. Ces ARN messagers proviennent de la transcription des gènes. Cependant, il a été démontré que la majorité des gènes ne produisent pas des ARN messagers codant pour les protéines, mais des ARN non-codants. Il s'agit notamment de petites molécules d'ARN (micro-ARN) qui agissent comme contrôleurs des ARN messagers. Récemment, une nouvelle classe d'ARN non-codants a été découverte qui, contrairement à celles déjà connues possède une structure circulaire (ARN circulaire). La fonction de ces ARN circulaires est encore largement inconnue. Cependant, il a déjà été démontré qu'ils peuvent séquestrer les micro-ARNs et ainsi réguler indirectement la synthèse des protéines. Nous avons constaté que la production de certains de ces ARN circulaires est modifiée dans des modèles animaux qui possèdent des caractéristiques semblables à celles du diabète de type 2 chez l'homme. Afin d'étudier le fonctionnement de ces ARN circulaires, nous avons simulé cette production altérée dans les cellules (3 de rongeur et analysé les effets sur la division cellulaire, la mort cellulaire et la production et la sécrétion d'insuline. Ainsi, nous avons identifié des ARN circulaires qui peuvent réguler la fonction des cellules (3 et contribuer au développement du diabète. L'ensemble des données obtenues durant ma thèse indiquent que les ARN circulaires ont une fonction clé dans le contrôle des cellules p. -- Situées à l'intérieur des îlots pancréatiques, les cellules (3 sont des cellules hautement différenciées qui sécrètent l'insuline en réponse à l'élévation du taux sanguin de glucose suivant l'ingestion d'un repas. L'insuline abaisse la glycémie en induisant l'absorption du glucose dans les tissus cibles tels que le tissu adipeux, les muscles squelettiques. En réponse à certains changements physiologiques tels que l'obésité et la grossesse, les cellules (3 doivent augmenter leur production d'insuline afin de compenser pour la diminution de la sensibilité des tissus cibles à cette hormone. Cependant chez les personnes génétiquement prédisposées, les cellules p ne sont pas en mesure de s'adapter à l'élévation des besoins en insuline, ce qui conduit à une hyperglycémie chronique et au développement du diabète de type 2. L'ensemble des mécanismes conduisant à l'incapacité d'adaptation des cellules (3 demeurent encore méconnus à ce jour. Une meilleure compréhension permettrait de prévenir et de traiter le diabète sucré. La très grande majorité des molécules d'ARN sont dites « non-codantes » et sont maintenant connues pour jouer un rôle important dans la régulation de divers processus biologiques incluant la fonction de la cellule (3. Les ARN non-codants sont répertoriés en différentes classes et les mieux connus à ce jour sont les microARNs et les longs ARN non- codants. Cependant, le rôle des ARN circulaires (circARNs), qui ont été nouvellement découverts, reste à être élucidé. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle des circARNs dans la régulation des fonctions des cellules p. Nous avons étudiés des circARNs déjà annotés dont le circulaire HIPK3 (circHIPK3) qui provient de l'exon 2 de Hipk3, ainsi que cirRS-7 qui est aligné dans le sens inverse du gène Cdrl. Nous avons observé que l'expression de ces deux circRNAs était diminuée dans les îlots pancréatiques de modèles d'animaux diabétiques. L'inhibition de circHIPK3 dans les îlots de rats entraîne une diminution de la sécrétion d'insuline, de la prolifération et de la survie. Nous avons constaté que circHIPK3 régule l'expression de plusieurs acteurs clés des fonctions des cellules p comme Aktl, Slc2a2 et Mtpn en agissant comme << éponge » pour plusieurs microARNs, dont miR-124. De son côté/ciRS-7 est connu pour agir comme éponge pour miR-7, l'un des microARNs les plus abondants des cellules p. Ainsi, l'inhibition de ciRS-7 semble favoriser la diminution de la sécrétion d'insuline et entraîne une réduction de la capacité proliférative. Dans un second projet, nous avons utilisé des données de séquençage d'ARN pour annoter de novo tous les circRNAs détectables dans des îlots de souris, obtenant ainsi une liste d'environ 20'000 circRNAs dont 12'000 n'avaient pas été décrits au paravent. Certains de ces circRNAs proviennent de gènes exprimés plus abondamment dans les îlots pancréatiques que dans d'autres tissus et agissent comme régulateurs clés des fonctions des cellules p comme le gène à l'insuline [Ins], le transporteur de zinc (Slc30a8] ou le récepteur au GLP1 (Glplr]. En fait, nous avons observé que les gènes Slc30a8 et Glplr génèrent plusieurs transcrits circulaires à partir de presque tous leurs exons et que plusieurs transcrits circulaires sont également produits à partir de l'intron 2 du gène de l'insuline 2 (Ins2) murin. L'expression d'Ins2 circulaire est réduite chez les souris diabétiques db/db, alors que sa contrepartie linéaire reste inchangée. Les ARN circulaires généré à partir de l'intron de l'insuline semblent jouer un rôle fonctionnel important dans la cellule p. En effet, l'inhibition spécifique de ces transcrits cause une diminution de la sécrétion d'insuline. L'ensemble des données obtenues durant ma thèse démontrent que les circRNAs contribuent largement au contrôle des fonctions de la cellule p et que leur dérégulation pourrait contribuer au développement du diabète de type 2. -- Located within the pancreatic islets, the (3-cells are highly differentiated cells specialised to secrete insulin in response to risingglucose levels in the blood after meal intake. Insulin lowers glucose levels by facilitating the uptake and the storage of glucose into its target tissues, adipose tissue, skeletal muscle, and liver. This allows insulin, together with its counteracting hormone glucagon, to maintain blood glucose levels within a narrow range. There are circumstances such as obesity and pregnancy under which insulin sensitivity decreases causinga rise in the insulin demand. In predisposed individuals, (3-cells are not able to compensate for the increased insulin needs which leads to hyperglycaemia and to the development of diabetes. To improve the treatment of diabetes, the mechanisms underlying (3-cell failure and the manifestation of this metabolic disease need to be precisely understood. It has already been demonstrated that non-coding RNAs, such as microRNAs, act as key regulators of various signalling pathways and contribute to the tight régulation of (3-cell activities. However, the rôle of the newly discovered class of circular RNAs remains to be elucidated. In a first study, we investigated the rôle of previously annotated circRNAs in the régulation of (3-cell functions. We found that both circular HIPK3 (circHIPK3) which originales from exon 2 oïHipk3, as well as, cirRS-7 which aligns antisense to Cdrl display decreased expression in diabetes animal models. We observed that silencing of circHIPK3 in rat islets results in a decrease in insulin sécrétion, (3-cell prolifération, and survival. We found that circHIPK3 régulâtes the expression of several key players in (3-cell functions, such as Aktl, Slc2a2, and Mtpn by sequestering several microRNAs, including miR-124. Furthermore, silencing of ciRS-7, which has been shown to act as a sponge for miR-7, one of the most abundant microRNAs in (3-cells, tends to decrease insulin sécrétion and leads to a diminished proliferative capacity. In a second project, we de novo annotated using RNA sequencing data ail the circRNAs détectable in mouse islets, obtaining a list of ~20'000 circRNAs of which 12'000 were not previously described. Some of these circRNAs originate from genes that are highly enriched in islets and act as key regulator of p-cell functions like Iris, Slc30a8, or Glplr. In fact, we observed that the Slc30ci8 and Glplr genes generate several circular trascripts from almost ail exons. In addition, we identified several abundant circular transcripts produced from the second intron of the insulin 2 gene. Interestingly, circular Ins2 showed decreased expression in diabetic db/db mice, while its linear counterpart was unaffected. In addition, silencing one of these circular intronic RNAs resulted in changes in the level of several genes involved in insulin exocytosis and caused a réduction in insulin sécrétion. These data demonstrate that circRNAs largely contribute to the control of (3-cell functions and that their dysregulation may potentially participate in the development of type 2 diabetes