Thème pédagogique : Le contrôle des flux de glucose, source essentielle d’énergie des cellules musculaires

Niveau : Terminale spécialité

Partie du Programme :

La glycémie est la concentration de glucose dans le sang, … est régulée par deux hormones sécrétées par le pancréas. 
L’insuline entraîne l’entrée de glucose dans les cellules musculaires (et hépatiques) et le glucagon provoque la sortie du glucose des cellules hépatiques, grâce à des protéines membranaires transportant le glucose.
Notions fondamentales : hormones hyper et hypo glycémiantes, système de régulation, organisation fonctionnelle du pancréas endocrine, récepteurs à insuline et à glucagon, diabète insulinodépendant ou non insulinodépendant.

Activité : La production d'hormones régulatrices de la glycémie par le pancréas :
Expression de l’insuline, du glucagon et de leurs récepteurs.

Mise en situation et problématique :

On cherche à déterminer, par l’exploitation d’une base de données (Human Protein Atlas) quels sont les organes et dans ces organes quelles sont les cellules produisant les deux hormones (Insuline et glucagon) participant à la régulation de la glycémie.

The Human Protein Atlas est une base de données tissulaires contenant des informations :
- sur les profils d’expression des gènes humains c’est-à-dire les ARNm et/ou les protéines synthétisées.
Les données de localisation tissulaire des protéines de 44 types de tissus humains normaux sont présentées par des coupes histologiques traitées par immunomarquage.
- sur l’immunomarquage : L'immunomarquage est une technique de biologie cellulaire qui permet de localiser, dans un tissu donné, une molécule exprimée par une cellule. Cette molécule est détectée spécifiquement par un anticorps de synthèse.

Structure du pancréas 1. Acinus pancréatique formé de cellules fabriquant du suc pancréatique. 2. Canaux excréteurs qui se rejoignent pour former le canal pancréatique débouchant dans le duodénum. 3. Cellules des îlots de Langerhans. 4. Vaisseaux sanguins.

Proposez une démarche permettant à l'aide la base de données :
- 1. d’identifier les glandes endocrines produisant les deux hormones dans l’organisme,
- 2. d’identifier les cellules produisant les hormones dans les glandes endocrines,
- 3. d’identifier les cibles de l’insuline et du glucagon dans l’organisme.

Protocoles envisageables :

Q1. Expression des gènes de l’insuline et du glucagon. (Gènes INS et GCG)
Exploiter la banque de données Human Protein Atlas pour montrer que l’Insuline et le glucagon sont produites par le pancréas.

Q2. Localisation de l’expression dans le pancréas.
Exploiter la banque de données Human Protein Atlas pour montrer que les hormones pancréatiques (Insuline et glucagon) sont produites par des cellules différentes.

Q3. Les cellules cibles de l’insuline et du glucagon. (Gènes des récepteurs de l’insuline et du glucagon : INSR et GCGR)
Exploiter la banque de données Human Protein Atlas pour trouver les cellules cibles des hormones Insuline et glucagon dans l’organisme humain.

Aide à la résolution :
Q1 : Utiliser le profil d’expression des gènes étudiés : Onglet TISSUE \ RNA AND PROTEIN EXPRESSION SUMMARY
Q2 : Utiliser le profil d’expression des gènes étudiés : Onglet TISSUE \ RNA AND PROTEIN EXPRESSION SUMMARY
Afficher les coupes histologiques des organes pour voir la localisation des cellules repérées par immunomarquage. Ici le pancréas.
Q3 : Utiliser le profil d’expression des gènes étudiés : Onglet TISSUE \ RNA AND PROTEIN EXPRESSION SUMMARY

Eléments de réponse :
Q1 et Q3 : 

Gène	Profil d'expression du gène	Commentaire
INS		Le gène ne s'exprime que dans un seul organe. Le gène de l'insuline n'est exprimé que dans les cellules du pancréas. Des cellules spécialisées produisent l'hormone.
GCG		Le gène ne s'exprime que dans un seul organe. Le gène du glucagon n'est exprimé que dans les cellules du pancréas. Des cellules spécialisées produisent l'hormone.
INSR		Le gène s'exprime dans de très nombreux organes. Le gène du récepteur de l'insuline est exprimé dans de très nombreuses cellules de l'organisme. De nombreuses cellules sont les cibles de l'hormone.
GCGR		Le gène ne s'exprime que dans un seul organe. Le gène du récepteur du glucagon n'est exprimé dans le foie. Seul cet organe est la cible de l'hormone. Attention pour ce gène, il s’agit ici de l’expression en ARN. (La banque de données n'indique pas d'expression en protéine.)

Q2 : Mise en évidence des cellules alpha et bêta des îlots de Langerhans

Pancréas endocrine			Recherche de l’expression de différents gènes par immunomarquage dans les cellules du pancréas. La double fonction du pancréas Vue détaillée (cellule)
	Gène INS, Insuline	Gène GCG, Glucagon	L’image est cadrée à cheval sur le pancréas endocrine (à droite) et exocrine (à gauche).