Les pertes de la fonction et de la masse des cellules beta pancréatiques jouent un rôle central dans le diabète de type 2 (DT2). Les beta-arrestines 1 et 2 (ARRB1 et ARRB2), sont impliquées dans la sécrétion et/ou la survie des cellules beta pancréatiques.Dans une première étude, afin de caractériser précisément la fonction d’ARRB1 dans les cellules beta pancréatiques, nous avons eu pour objectif de générer des souris invalidées spécifiquement dans ces cellules en utilisant le système Cre/lox sous le contrôle du promoteur Ins1. Des études avaient été publiées à partir des deux lignées Ins1Cre-/+ et Arrb1f/f. Nous avons généré et travaillé sur les souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/+. Le phénotype des souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/+ était faible et surtout non reproductible comparé aux souris Arrb1f/f :Ins1Cre-/- utilisées comme témoins. Le faible niveau d’expression d'Arrb1 dans les cellules beta et le manque d'anticorps spécifique pour l'immunocytochimie ont rendu difficile la vérification de l'absence d'expression de ARRB1 dans ces cellules. Après séquençage du gène modifié Arrb1 des souris “floxées“, nous avons pu montrer que l'insertion du premier site loxP avait induit un décalage du cadre de lecture introduisant un codon stop et, par conséquent, la non-expression du gène Arrb1. Étant donné que les souris Arrb1 “floxées“ utilisées comme témoins étaient déjà knockout (KO), le projet utilisant ces souris a dû être arrêté.Notre équipe a rapporté l'implication d'ARRB2 dans la régulation de la masse des cellules bêta pancréatique, mais son rôle dans la signalisation du récepteur du Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1R), une cible thérapeutique majeure du DT2, n'avait pas encore été exploré.Nous avons montré, dans une deuxième étude, une meilleure tolérance orale au glucose ainsi qu’une augmentation de la sécrétion d’insuline chez les souris Arrb2 KO par rapport aux souris témoins sur les îlots en présence des concentrations physiologiques circulantes de GLP-1. Ceci est corrélé à une production d’AMPc et un recrutement de la PKA plus élevés dans les cellules beta Arrb2 KO. A l’inverse, l’activation des kinases ERK1/2 est diminuée indiquant un recrutement majeur des ERK1/2 par ARRB2 au GLP-1R. En parallèle, j’ai montré que les taux de ARRB1 et ARRB2 des îlots pancréatiques sont altérés par des conditions diabétogènes et diabétiques. Mes résultats démontrent clairement un rôle critique de ARRB2 dans la signalisation du GLP-1R. Un défaut d’expression de la protéine pourrait participer au déficit des mécanismes de compensation de la masse fonctionnelle des cellules beta conduisant au DT2. / The loss of function and mass of pancreatic beta-cells play a central role in type 2 diabetes (T2D). Beta-arrestin 1 and 2 (ARRB1 and ARRB2) are involved in insulin secretion and/or beta-cell survival. In a first study, in order to characterize the role of ARRB1 in beta-cells, we aimed to invalidate the Arrb1 gene specifically in these cells using the Cre/lox system under the control of the Ins1 promoter. Studies had been published with both Ins1Cre-/+ and Arrb1f/f lines. We generated Arrb1f/f:Ins1Cre-/+ mice. The phenotype of Arrb1f/f :Ins1Cre-/+ mice was weak with a lack of reproducibility compared to Arrb1f/f :Ins1Cre-/- mice used as controls. The low expression level of Arrb1 in beta-cells and the lack of specific antibody for immunocytochemistry made it difficult to verify the absence of expression of ARRB1 in these cells. After sequencing the modified Arrb1 gene of the “floxed” mice, we observed that the insertion of the first loxP site induced a shift in the reading frame introducing a stop codon and, consequently, the non-expression of the Arrb1 gene. Since the “floxed“ Arrb1 mice used as controls were already knockout (KO), the project using these mice was stopped.Our team has reported the involvement of ARRB2 in the regulation of beta-cell mass, but its role in Glucagon-Like Peptide-1 (GLP-1) receptor signaling, a major therapeutic target for T2D, remained to be explored. In a second study, we showed a better glucose tolerance and an increase in insulin secretion from isolated islets in Arrb2KO compared to control mice in the presence of physiological circulating concentrations of GLP-1. This was correlated with higher cAMP production and PKA activation in Arrb2KO beta-cells. By contrast, the activation of ERK1/2 kinases was decreased indicating a major recruitment of ERK1/2 by ARRB2 to GLP-1R. In parallel, we showed that the expression levels of ARRB1 and ARRB2 in pancreatic islets were altered in diabetogenic and diabetic conditions. My results clearly demonstrate a critical role of ARRB2 in GLP-1R singaling which could impact the function, maintenance and plasticity of beta-cell mass in response to GLP-1. A lack of expression of ARRB2 could participate in the deficit of compensatory mechanisms of the functional beta-cell mass leading to T2D.

Notre travail de thèse avait pour objet l’étude du potentiel anti-diabétique des urolithines A, B, C et D, métabolites de polyphénols formés par le microbiote colique à partir des tanins de l’acide ellagique (présents notamment dans la grenade et les noix).La première partie, bibliographique, constitue un rappel :• de la régulation de l’équilibre glycémique et le rôle de la sécrétion d’insuline dans cette régulation ; •de l ‘épidémiologie et la physiopathologie du diabète type 2 (DT2) ; •des polyphénols et leurs métabolites, ainsi que de leurs effets antidiabétiques potentiels.La seconde partie décrit les effets des urolithines sur différents modèles expérimentaux : •Sur un modèle de cellules β insulino-sécrétrices (lignée INS-1), les urolithines induisent une amplification concentration-dépendante de la sécrétion d’insuline induite par le glucose, mais également par d’autres sécrétagogues comme un analogue du GLP-1 ou une sulfonylurée (médicaments utilisés dans le diabète). Les urolithines préviennent également l’altération sécrétoire induite par un stress oxydant. •L’effet insulino-sécrétoire des urolithines a été confirmé sur îlots de Langerhans isolés. •L’urolithine C étant apparu comme le composé le plus prometteur, nous avons poursuivi la caractérisation de son activité sur un modèle ex vivo mimant la situation physiologique, le pancréas isolé perfusé. Alors que l’effet sécrétoire de l’urolithine C n’apparaît pas en présence de 5mM de glucose, l’urolithine C (20µM) a stimulé la sécrétion d’insuline dans des conditions de stimulation modérée de la sécrétion d’insuline par le glucose (8.3mM). Cet effet est strictement dépendant du glucose, la sécrétion d’insuline retournant immédiatement à son niveau basal lors du passage de 8,3 à 5mM de glucose en présence d’urolithine C. •Des études de pharmacocinétique ont permis de mettre au point une méthodologie de dosage plasmatique de l’urolithine C dans le plasma de rat par chromatographie liquide / ionisation electrospray /spectrographie de masse en tandem. Cette méthodologie a été appliquée à une première étude pharmacocinétique chez le rat après injection de 10mg/kg d’urolithine C par voie intra-péritonéale. Cette étude montre notamment que le profil pharmacocinétique suit un modèle à 3 compartiments et suggère un stockage tissulaire du composé.D’autres résultats (confidentiels) ne peuvent être évoqués dans ce résumé mais confirment l’intérêt potentiel de l’urolithine C dans le traitement du diabète de type 2 en tant que médicament insulinotrope dépendant du glucose. / The objective of our thesis was to study the anti-diabetic potential of metabolites of ellagic acid tanins, present notably in pomegranate and nuts, that are formed by the colon microbiote. The metabolites are urolithins A, B, C and D.The first part of thesis is bibliographic and reviews: •The control of glycemic plasma levels, and in particular the role of insulin secretion in this process; • The pathophysiology of Type 2 Diabetes (T2D); •The various polyphenols and their metabolites, along with their potential anti-diabetic activity.The second part describes the effects of urolithins on various experimental models: •On a model of insulin secreting beta cells (the INS-1cell line), urolithins concentration-dependently amplified insulin secretion induced by glucose, but also by insulinotropic drugs used in the treatment of T2D such as a GLP-1 analogue or a sulfonylurea. In addition, urolithins were able to induce insulin secretion on cells rendered unresponsive to glucose by oxidative stress. • The insulinotropic effect of urolithins was also confirmed on isolated rat islets of Langerhans. •As urolithin C appeared to be the most promising antidiabetic compound, we further characterized its activity on an ex vivo model mimicking the physiological situation, the isolated infused pancreas. While urolithin C (20µM) had no effect in the presence of 5 mM glucose concentration, it amplified the stimulation of insulin secretion in the presence of 8.3mM glucose. The effect of urolithin C was also strictly glucose-dependent, as insulin secretion immediately returned to basal level when glucose concentration was switched from 8.3 to 5mM glucose in the presence of urolithin C. •We also conducted studies aiming at designing a validated methodology for rat plasma urolithin C determination using a liquid chromatography-electrospray ionization-tandem mass spectrometry method. The applicability of this assay was demonstrated in a preclinical pharmacokinetic study carried out in rats receiving intraperitoneal administration of urolithin C (10mg/kg). We found that the urolithin C followed a three-compartment model, suggesting a long-term tissue storage of urolithin C.Some other (confidential) results, not described in this abstract, confirmed urolithin C as a potential glucose-dependent insulinotropic treatment for type 2 diabetes.

Dans le diabète de type 2 établi, l'hyperglycémie chronique, un taux élevé d'acides gras libres et l'inflammation induisent un stress oxydatif (SO) au niveau de la cellule beta. Le SO, qui apparaît dès le stade de pré-diabète, peut induire un dysfonctionnement précoce de cette cellule. Ainsi, la protection de la cellule β par des molécules anti-oxydantes pourrait ralentir la progression du pré-diabète au diabète.La quercétine, un flavonoïde, a présenté des propriétés antidiabétiques dans plusieurs études in vivo. Cependant, très peu de données traitent de son mécanisme d'action directement au niveau de la cellule beta. Dans ce contexte, nous avons étudié les effets de la quercétine au niveau de la cellule beta dans des conditions physiologiques et des conditions de SO.Nos résultats montrent qu'en présence de concentrations stimulantes de sécrétagogue, la quercétine potentialise la sécrétion d'insuline par un mécanisme impliquant l'augmentation de calcium intracellulaire et la potentialisation de ERK1/2 via l'activation des voies de la PKA et de la CaMK II. De plus, la quercétine protège la cellule beta du SO en sur-activant ERK1/2. Le resvératrol et la NAC, deux antioxydants de référence, sont inactifs dans ces conditions expérimentales.En absence de concentrations stimulantes de sécrétagogue, la quercétine induit une sécrétion d'insuline modérée en augmentant le calcium intracellulaire suite à une activation directe des CaV de type L. Dans ces conditions, l'activation de ERK1/2 induite par la quercétine, qui est indépendante de l'activation des voies de la PKA et de la CaMK II, ne serait pas impliquée dans le mécanisme sécrétoire. Nos résultats indiquent que le mécanisme d'action de la quercétine au niveau de la cellule β ne repose pas uniquement sur ses capacités anti-oxydantes mais fait intervenir des cibles pharmacologiques et la régulation de voies de signalisation intracellulaires. / In type 2 diabetes, chronic hyperglycaemia, elevated free fatty acids and inflammation induce oxidative stress (OS) in pancreatic β cell. SO, which appears at the stage of pre-diabetes, may induce early dysfunction of this cell. Thus, the β cell protection by antioxidant molecules could slow the progression of pre-diabetes to diabetes.Quercetin, a flavonoid, has shown antidiabetic properties in several in vivo studies. However, very few data address its mechanism of action directly at the β cell. In this context, we studied the effects of quercetin at the β cell under physiological conditions and conditions of OS.Our results show that in the presence of stimulating concentrations of secretagogue, quercetin potentiates insulin secretion by a mechanism involving increased intracellular calcium and potentiation of ERK1 / 2 via activation of the PKA and the CaMK II pathways. In addition, quercetin protects beta cell from OS via a suractivation of ERK1/2. Resveratrol and NAC, two antioxidants of reference are inactive under these experimental conditions.In the absence of stimulating concentration of secretagogue, quercetin induced moderate insulin secretion by increasing the intracellular calcium via a direct activation of L-type CaV Under these conditions, the activation of ERK1/2 induced by quercetin, which is independent of the activation pathways of PKA and CaMK II to, would not be involved in the secretory mechanism.Our results indicate that the mechanism of action of quercetin at the β cell not only based on its antioxidant capacity but involves pharmacological targets and the regulation of intracellular signaling pathways.