Ion channels are instrumental in the regulated control of insulin secretion from the pancreatic islets. We therefore investigated the role of a novel potassium (K+) channel, TALK-1, In the endocrine pancreas. TALK-1 is a member of the twin-pore potassium (K2P) channel family, which are characterised by their unique dual pore domains and background conductance activity that Is active across the physiological range of membrane potentials. Four splice variants of human TALK-1 have previously been identified. We found that only one variant; the equivalent of human TALK-1 b is expressed in the rodent. RT-PCR and quantitative RT-PCR data revealed that TALK-1 has a limited expression profile and is most highly expressed in the islets of Langerhans in rodent and human tissues.

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Le pancréas est une glande amphicrine composée de cellules exocrines et de cellules endocrines. Parmi les cellules endocrines, organisées en îlot de Langerhans, les cellules ß sécrétrices d’insuline en réponse à des stimuli précis, sont essentielles pour l’homéostasie du glucose. Des perturbations tant au niveau qualitatif qu’au niveau quantitatif sont responsables de différentes pathologies telles les diabètes ou certaines formes de tumeurs endocrines. De récentes publications suggèrent que l’état de différenciation de la cellule ß pancréatique mature n’est pas immuable et montrent que le maintien d’un phénotype mature de la cellule est un processus dynamique. Différents modèles de souris mutantes (avec perte ou gain d’un facteur de transcription) montrent une perte de l’identité de la cellule ß. Cette plasticité altère la synthèse, le stockage et la sécrétion d’insuline. En plus de la perte d’identité, caractérisée par la diminution de l’expression de marqueurs de la cellule ß (MAFA, NKX6-1), les cellules ré-expriment des marqueurs de progéniteurs (NGN3, SOX9) : on parle de dédifférenciation. Cette dédifférenciation serait un mécanisme clé dans la diminution de la masse de cellules ß fonctionnelles au cours du diabète de type 2. Le but de ma thèse a été d’étudier le rôle du facteur de transcription SOX9 dans le contexte de la perte d’identité de la cellule ß humaine. SOX9 est exprimé dans les progéniteurs multipotents pancréatiques et joue plusieurs rôles cruciaux au cours du développement de l’organe. Bien qu’un rôle important de SOX9 fut attribué au cours de l’organogénèse du pancréas, il y a de plus en plus de données suggérant qu’il a des rôles additionnels dans le pancréas matures qui semble aussi importants que son rôle au cours du développement. C’est le cas notamment des cellules formant les canaux pancréatiques. D’un autre côté, pour les cellules endocrines, et plus particulièrement les cellules ß, SOX9, normalement absent de la cellule ß saine, est ré-exprimé dans ces cellules dans des conditions pathologiques (diabètes, tumeurs neuroendocrines du pancréas). Une expression ectopique de SOX9 dans les cellules ß induit un phénotype diabétique. Alors qu’il y a de plus en plus d’observation de l’expression de SOX9 dans la cellule ß, il y a très peu de connaissance sur les mécanismes moléculaires et les cibles de ce facteur de transcription dans les cellules ß humaines. Dans un premier temps, nous avons disséqué différents mécanismes impliqués dans l’induction de l’expression de SOX9. Pour cela, nous avons développé des conditions mimant des contextes pathologiques (diabètes, tumeurs neuroendocrines du pancréas VHL) en utilisant les cellules ß humaines EndoCßH1, récemment développées au sein du laboratoire. Dans un deuxième temps, nous avons développé des outils moléculaires afin d’identifier les cibles de SOX9 dans la cellule ß humaine (dominant positif, dominant négatif). Pour finir, nous avons analysé les cibles potentielles de SOX9 dans différentes conditions pathologiques. / No abstract

Le pancréas est une glande mixte à composantes endocrine et exocrine. Le tissu endocrine, essentiellement composé de cellules bêta productrices d’insuline, joue un rôle prépondérant dans le maintient de l’homéostasie glucidique. La perte qualitative ou quantitative des cellules bêta conduit au développement de pathologies caractérisées par une hyperglycémie chronique et connues sous le nom de diabète. Le développement de stratégies thérapeutiques innovantes, thérapie cellulaire ou médecine régénérative, pour guérir le diabète repose sur une connaissance précise des mécanismes développementaux impliqués dans la formation des cellules bêta. Ainsi, au delà de l’intérêt cognitif, il est primordial de comprendre au mieux les évènements cellulaires et moléculaires qui régissent l’organogénèse pancréatique pour offrir des thérapies alternatives. Le développement embryonnaire s’effectue dans un environnement où la pression partielle en oxygène (pO2) est faible. Par ailleurs, une étude menée au sein du laboratoire a montré que la pO2 influence la différenciation des cellules bêta pancréatique in vitro. En effet, lorsque des pancréas embryonnaires sont cultivés sur filtre en hypoxie (pO2=3%), le développement des cellules bêta est drastiquement diminué comparativement à une condition de 21% d’O2. Le facteur de transcription HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor-1), composé d’une sous-unité alpha sensible au niveau d’oxygène et d’une sous-unité bêta constitutivement présente, permet à la cellule de s’adapter à un environnement pauvre en O2, notamment en favorisant la formation de nouveaux vaisseaux sanguins au cours d’un processus appelé angiogénèse. L’objectif de ma thèse était d’étudier le rôle de HIF-1alpha au cours du développement embryonnaire du pancréas in vivo. Pour cela, nous avons utilisé des lignées murines génétiquement modifiées permettant de stabiliser constitutivement la protéine HIF-1alpha dans l’épithélium pancréatique. En utilisant ce modèle murin, nous avons montré que la différenciation endocrine et le développement des cellules bêta est altéré dans les pancréas mutants comparativement aux contrôles. Par ailleurs, en utilisant une approche pharmacologique in vitro conduisant à l’ablation des cellules endothéliales du pancréas, nous avons pu restaurer une différenciation endocrine comparable aux contrôles. Ce travail a permis d’éclaircir le rôle de HIF-1 et de la vascularisation au cours du développement embryonnaire du pancréas. Nos résultats indiquent que ces paramètres doivent être pris en compte pour améliorer les protocoles actuels permettant de générer des cellules bêta in vitro. / The pancreas is an endoderm-derived organ which is composed by both an exocrine and an endocrine compartment. Within the endocrine tissu, insulin-producing beta-cells are essential for the regulation of glucose homeostasis. The loss of beta-cells can lead to pathologies such as diabetes. Currently, people suffuring from diabetes can be treated but not permanently cured. The development of innovating therapeutical approaches, like cellular therapy or regenerative medecine, relies on the precise knowledge of the mechanisms regulating the ontogenesis of pancreatic beta-cells. Different studies have linked proper embryonic development and low-oxygen tension (pO2). Specifically, when embryonic pancreases are cultured in vitro under a hypoxic condition (pO2=3%), the beta-cells development is impaired compared to a normoxic condition (pO2=21%). Different pathways are involved in the cell adaptation to hypoxia, such as the ubiquitous Hypoxia Inducible Factor 1-alpha (HIF-1alpha). The aim of my PhD project was to elucidate the role of HIF-1alpha during pancreatic development in vivo. To do so, we used genetically modified mice allowing the constitutive stabilization of HIF-1alpha in pancreatic epithelial cells. We have shown that HIF-1alpha stabilization leads to a reduction of endocrine differentiation and beta-cells development. Moreover, using a pharmacological approach in vitro consisting in deleting endothelial cells, we rescued the endocrine differentiation in the mutant pancreases. In conclusion, my data demonstrated the negative influence of both HIF-1 and endothelial cells on endocrine differentiation processes.