Les différentes classes de transporteurs GLUT

Les différentes classes de transporteurs GLUT

La famille des protéines transporteurs de glucose

Le glucose fournit une importante source d’énergie pour les êtres vivants en permettant la synthèse de l’ATP lorsqu’il est glycolysé (figure 1). Le glucose est également un précurseur de la synthèse des glycoprotéines, des triglycérides et du glycogène[28]. Le glucose est une molécule polaire, ce qui rend impossible sa diffusion à travers la membrane plasmique hydrophobe. Il existe un transporteur spécifique pour l’absorption de ce sucre [28]. La découverte de transporteurs de glucose à travers des membranes cellulaires fut réalisée en 1960 à Prague par Robert K. Krane, qui décrivit pour la première fois dans l’histoire de la biologie un cotransporteur (en l’occurrence le transporteur Glucose/Sodium) qui effectue un transport spécialisé [17] [28]. La diffusion facilitée (également appelée transport facilité) correspond au passage spontané de molécules ou d’ions à travers une membrane biologique à l’aide de molécules de transport selon le gradient de concentration. Ce processus ne consomme pas d’énergie et ne relève donc pas du type du transport actif. Les molécules polaires sont transportées à l’aide de protéines qui forment des canaux transmembranaires à travers la membrane.

Ces canaux peuvent s’ouvrir et se refermer afin de réguler le flux d’ions et de petites molécules polaires. Pour les molécules de taille plus importante, le transport à travers la membrane est permis par des perméases qui peuvent changer de conformation [17] [28]. Plus généralement on sait maintenant que la diffusion facilitée des monosaccharides, passive, à travers les membranes cellulaires est en grande partie médiée par des protéines spécialisées : la famille des transporteurs GLUT (ou famille SLC2A). La famille des transporteurs glucose sodium-dépendant (SGLT) permet le transport de glucose contre-gradient. Il s’agit pour cette famille d’un co-transport actif qui nécessite un apport d’énergie [17] [28]. Actuellement 13 isoformes GLUT/SLC ont été identifiées chez la souris (14 chez l’homme) et sont divisées en trois groupes sur la base des similarités de séquences d’acides aminés [17] : La classe I comprend : GLUT- 1, GLUT-2, GLUT-3, GLUT-4. La classe II est composée de : GLUT-5 (un transporteur du fructose), GLUT-7 (qui permet le transport du glucose hors du réticulum), GLUT-9, GLUT-11.

La classe III comprend : GLUT-6, GLUT-8, GLUT-10, GLUT-12, et le transporteur H+ /myoinositol HMIT (SLC2A13). Il existe par ailleurs six isoformes de la famille des transporteurs de glucose sodium-dépendant (SLGT 1 à SLGT 6). La famille SGLT est exprimée de manière prédominante dans les cellules épithéliales polarisées de la muqueuse de l’intestin grêle et dans les tubules proximaux du rein. Contrairement à la spécificité tissulaire très restreinte des transporteurs de glucose Na+-dépendant, toutes les cellules de mammifère contiennent un ou plusieurs membres de la famille des transporteurs passifs de glucose. Ces transporteurs de glucose sont caractérisés par un degré élevé de stéréosélectivité, prévoyant le transport bidirectionnel de glucose, avec une diffusion passive uniquement selon son gradient de concentration [28]. Ces transporteurs passifs du glucose fonctionnent de manière à réguler le mouvement du glucose entre les espaces extracellulaires et intracellulaires à l’intérieur du corps, assurant ainsi un apport relativement constant du glucose nécessaire au métabolisme [28]. Les transporteurs de glucose de type GLUT sont des protéines membranaires retrouvées chez tous les mammifères. Les protéines GLUT contiennent 12 sous-unités hélicoïdales dont les extrémités C et N-terminales sont toutes deux dans le cytoplasme [28] [43].

Les transporteurs GLUT participent au transport du glucose essentiellement mais aussi à celui d’autres hexoses en fonction de leur conformation. Chaque isoforme de transporteur de glucose joue un rôle spécifique dans le métabolisme du glucose. Les isoformes différent entre elles par leur expression dans les tissus et leur spécificité de substrat, la cinétique de transport du glucose et les mécanismes de régulation de leur expression [28]. Chez certaines espèces, quelques types cellulaires, comme les hépatocytes ou parfois les cellules musculaires, intestinales et rénales, peuvent synthétiser elles-mêmes du glucose par la néoglucogenèse. Il peut être stocké sous forme de glycogène qui pourra en cas de besoin métabolique être clivé et donner du glucose [28]. Le métabolisme du glucose peut s’effectuer selon deux voies : une voie anaérobie et une voie oxydative ou aérobie (figure 1). Le métabolisme anaérobie est un processus cytosolique qui se produit principalement dans les tissus qui ont besoin de générer rapidement de l’énergie, tels que les muscles. Lors de ce processus, connu sous le nom de glycolyse, le glucose se décompose notamment en dihydroxyacétone et glycéraldéhyde, pour générer de l’ATP et du pyruvate. Le métabolisme anaérobie peut répondre à des demandes brusques en énergie, mais est peu efficace et le rendement thermodynamique (en ce qui concerne la production d’ATP) lors de la dégradation du glucose est faible. Les rendements de la glycolyse sont de deux équivalents ATP par molécule de glucose, alors que la voie mitochondriale permet d’en former 38. Cependant, l’accumulation de pyruvate peut être canalisée dans le cycle de Krebs oxydatif et servir plus tard à reconstituer de l’ATP ou encore générer des acides aminés et d’autres éléments de construction cellulaire.

Les différentes classes de transporteurs GLUT Les transporteurs GLUT utilisent les gradients de concentration de glucose et d’autres sucres pour le transport d’hexoses entre les milieux extra et intracellulaire. Ces transporteurs sont situés sur la membrane plasmique. Ils présentent des spécificités de substrat propres à chacun, des cinétiques différentes et des profils d’expression dépendant du tissu. Le premier transporteur à être isolé a été GLUT-1 [25]. Une identification d’autres membres de la famille GLUT s’en est suivie sur une période de 5 ans et a permis de découvrir trois autres transporteurs de glucose (GLUT-2 à GLUT-4) ainsi qu’un transporteur de fructose (GLUT-5) [40]. La constitution de banques d’ADNc associée au quasi-achèvement du séquençage du génome humain, a conduit à l’identification des huit autres membres de la famille GLUT [17]. La découverte de ces nouveaux gènes a en grande partie été réalisée par des organismes indépendants.

La nomenclature alors utilisée pour nommer les transporteurs de cette famille s’est rapidement complexifiée, provoquant initialement une certaine confusion. Un consensus a été atteint depuis [16] et les treize membres ont été nommés GLUT-1 à 12 et HMIT (H+/myo-inositol transporter). Il est admis que tous les membres de la famille ont maintenant été identifiés [17]. Les comparaisons de séquences de tous les membres a permis de révéler la présence de « signatures » de transporteur de glucose avec notamment de nombreux résidus glycines et tryptophanes, considérés comme étant essentiels pour la fonction de transport [17]. La famille GLUT est composée de trois sous-classes (I-III). La famille élargie des transporteurs de glucose peut être représentée sur un dendrogramme (figure 2) à partir de l’analyse des séquences d’acides aminés qui les composent. On retrouve les trois classes de protéines GLUT représentées par le code de couleurs suivant : bleu, classe I ; rouge, classe II ; vert, la classe III. La barre d’échelle représente 0,1 substitution d’acides aminés par position.

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Table des matières

INTRODUCTION
PREMIÈRE PARTIE : GLUT-1 : un transporteur membranaire du glucose
I.La famille des protéines transporteurs de glucose
II.Les différentes classes de transporteurs GLUT
III. GLUT-1 : Relation structure/fonction
Structure
Fonction du transporteur GLUT-1
Expression des transporteurs GLUT-1 chez la souris
Répartition connue des récepteurs GLUT-1 dans les tissus de souris
GLUT-1 dans les nerfs
GLUT-1 dans le cerveau
GLUT-1 dans le tractus gastro-intestinal de la souris
Autres localisations de GLUT-1
Régulation de la fonction et de l’expression de GLUT-1
DEUXIEME PARTIE : MARQUAGE ET ANALYSE DES COUPES HISTOLOGIQUES
Objectifs de l’expérience
Matériel et méthode
Animaux utilisés
I.Préparation des échantillons en paraffine
a) Fixation
b) Inclusion en paraffinec) Réalisation des coupes
Préparation des échantillons au cryostat
a) Conservation des échantillons
b) Coupe et fixation
II.Immunomarquage
a) Matériel
b) Descriptif de l’anticorps utilisé pour l’étude
c) Protocole de marquage
III. Résultats des immunomarquages effectués en suivant les recommandations du fournisseur de l’anticorps primaire
Etudes des témoins
Sang humain
Sang de souris
Thymus humain
Etude multi-tissulaire sur souris
Prélèvements inclus en paraffine
a) Cervelet
b) Coeur
c) Cerveau
d) OEsophage
e) Estomac (zone malpighienne
f) Estomac (zone fundique)
g) Duodénum
h) Jéjunum
i) Gros intestin
j) Hypophyse
k) Foie
l) Glande lacrymale
m) Glande mammaire
n) Muscle
o) Noeud lymphatique
p) OEil
q) Ovaire
r) Pancréas
s) Parathyroïde
t) Poumon
u) Rate
v) Rein
w) Surrénale
x) Utérus
Prélèvements coupés au cryostat
a) Cervelet
b) Foie
c) Rein
d) Rate
e) Pancréas
f) Poumon
g) Surrénale
h) Ovaire
i) Peau du flanc
j) Peau interscapulaire
k) Glande mammaire
l) Glande mandibulaire
m) Cæcum
n) Iléon
o) Jéjunum
Résultats obtenus par les deux techniques de marquage
Comparaison des deux techniques de préparation et discussion
Etude d’une sélection d’organes à partir d’un protocole affiné
Prélèvements inclus en paraffine
a) Cerveau
b) OEil
c) Glande surrénale
Coupe au cryostat
a) Cerveau
b) OEil
c) Glande surrénale
Résumé des résultats obtenus avec l’étude restreinte
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
LISTE DES ABBRÉVIATIONS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
Annexes

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