Perspectives thérapeutiquesPharmacologie de la fonction

insulino-sécrétrice

Pr. Pierre Petit

Centre de Pharmacologie & Biotechnologie pour la SantéCNRS UMR 5160

Centre d’Investigation CliniqueCHU - INSERM CIC 0001

GLUCOTOXICITE

HYPERGLYCEMIE

INSULINO-RESISTANCE

DEFICIT INSULINO-SECRETION

InflammationDysfonction endothéliale

HypertensionDyslipidémie

Obésité

Syndrome métabolique

LIPOTOXICITE

Fact

eurs

d’en

viro

nnem

ent Facteurs

génétiques

DIABETE

Objectifs thérapeutiques dans le diabète de Type 2

 Prévenir l’hyperglycémie diabétique

 Réduire l’hyperglycémie les complications liées au diabète

(UKPDS, 1998)

Réduire les dommages de l’hyperglycémie

Réduire les autres facteurs de risques

PREVENIR L’HYPERGLYCEMIE DIABETIQUE

Essai Intervention Nouveaux cas /100 participants /an

DPP Conseil + placebo

Conseil + metformine (1700 mg/j)

Diététique + exercice physique

11,0

7,8* (- 29 %)

4,8* (- 56 %)

IDPP Soins usuels (A)

(A) + metformine (500 mg/j)

Diététique + exercice physique (B)

(B) + metformine (500 mg/j)

18,3

13,5* (- 26 %)

13,1* (- 28 %)

13,2* (- 28 %)

Xendos Diététique + placebo

Diététique + orlistat (360 mg/j)

1,05

0,73* (- 30 %)

Stop-NIDDM Conseil + placebo

Conseil + acarbose (194 mg/j)

12,1

10,1 (- 17 %)

Dream Conseil + placebo

Conseil + rosiglitazone (8 mg/j)

21,1

8,8* (- 58 %)

REDUIRE LES DOMMAGESDE L’HYPERGLYCEMIE

-

RuboxistaurinRétinopathie

Anti-oxydants

Diabetes 2005, 54, 1615-1625

Inhibiteur PARP

-

-

Inhibiteur aldose réductaseNeuropathie expérimentale

-

Plasmaglucose

Plasmainsulin

Glucose production

Glucose utilization

Insulin sensitivetissues

LiverPancreas

Intestine

Insulin

-+Glucagon

Glucoseabsorption

+

SULFONYLUREAS/GLINIDES

ALPHA-GLUCOSIDASEINHIBITORS

METFORMINTHIAZOLIDINEDIONES

METFORMIN REDUIREL’HYPER-

GLYCEMIE

ACTIVATEURS AMPKBerbérine

(alcaloïde végétal)

Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29

Sécrétiond’insuline

-

FIBRATES

GLITAZONESRosiglitazonePioglitazone

GLITAZARSMuraglitazar, Tesaglitazar

Trends Pharmacol Sci 2005, 26, 244-251

RIO-North America Study, NEJM, 2005, 353, 2121-2134

ANTAGONISTES DES RECEPTEURS CB1Rimonabant

Effets centraux

Effets périphériques

Prise énergétiquePoids

AdiponectineHDL-CholestérolLDL & triglycérides

Insuline

Homéostasie glucidique

Signaux physiologiques

Myocytes & adipocytes

Hépatocytes

Activateurs pharmacologiques

Modulateurs pharmacologiques

Celluleβ

Captation & utilisation

de glucose

Production de glucose

Glucose

+ -

• La dysfonction cellulaire β pancréatique est un facteur déclenchant majeur du diabète de type 2

• L’activation pharmacologique de la fonction insulino-sécrétrice permet un meilleur contrôle glycémique et une réduction des complications secondaires liées au diabète (UKPDS, 1998)

L’échappement thérapeutique survient avec la détérioration progressive de la fonction β cellulaire et se traduit par la perte de contrôle glycémique

FONCTION MASSE

Une perte progressive de la masse cellulaire β a été mise en évidence dans le diabète de type 2 ; elle constitue l’un des déterminants de cette baisse d’activité

Celluleβ

Glycolyse ATP ADP

RE

GLUT 2

Glucose

Glucokinase

Glu-6-P

Métabolisme oxydatif

mitochondrial

K+

Ca2+

Exocytose

GlucoseInsuline

-

∆

ATP ADP

Voies de signalisationKATP indépendantes

Ca2+

Kir 6.2Kir 6.2

SU

R1

SU

R1

INITIATION

AMPLIFICATION

(%)

(min)

300

100

-10 0 10 20 30

ACTION DU GLUCOSESUR LA CELLULE β

PHARMACOLOGIE DESCANAUX IONIQUES

INITIATION OU INHIBITIONDE LA SECRETION D’INSULINE

ATP ADP

RE

GLUT 2

Glucose

Glucokinase

Glu-6-P

Métabolisme oxydatif

mitochondrial

K+

Ca++

Exocytose

Glucose Insuline

-

∆

ATP ADP

Ca++

Kir 6.2Kir 6.2

SU

R1

SU

R1

INITIATION

AMPLIFICATION

SULFONYLUREES & GLINIDES

Glycolyse

-

Voies de signalisationKATP indépendantes

SUR1

GlibenclamideGlimépiride

TolbutamideGliclazide

NateglinideMitiglinide

MéglitinideRépaglinide

Sélectivité SUR1 vs. SUR2A & SUR2B

Plus grande réversibilité de liaison si affinité pour un seul site

Développements moléculaires & relations structurales

INTERACTIONS AVEC SUR1

Les glinides représentent une famille de composés différenciés sur le plan structural, mais apparentés sur le plan fonctionnel aux sulfonylurées.

L’originalité de leur pharmacologie réside moins dans leur mécanisme d’action (comparable à celui des sulfonylurées), que dans leur pharmacocinétique, caractérisée par la brièveté du délai et de la durée d’action.

Contrôle de l’hyperglycémie postprandiale

Glinides

INTERACTIONS AVEC SUR1

Kir 6.2

IMIDAZOLINESPhentolamineAntazolineMidaglizole

ANTIMALARIQUESQuinolines

ANTIBACTERIENSFluoroquinolones

ANTIARYTHMIQUESDisopyramide, cibenzoline

- -

Moindre spécificité tissulaire de la cible par rapport à SUR1

Risque d’hypoglycémie

INTERACTIONS AVEC Kir6.2

CANAL POTASSIQUE VOLTAGE-DEPENDANT

● Large distribution tissulaire● Existence de sous-unités modulatrices● Action antagoniste de GLP-1

Diabetologia 2003, 46, 1046-1062

OUVERTURE DES CANAUX POTASSIQUES

Une voie alternative pour diminuer la charge de la cellule β et améliorer sa fonction…

Diabetologia 2003, 46, 1375-1382 Diabetes 2003, 52, 2513-2518

PHARMACOLOGIE DES RECEPTEURS MEMBRANAIRES

AMPLIFICATION DE LA SECRETION D’INSULINE

ATP ADP

RE

GLUT 2

Glucose

Glucokinase

Glu-6-P

Métabolisme oxydatif mitochondrial

K+

Ca2+

Exocytose

SignalisationPKA dépendante

cAMP

A C

Glucose Insuline

GLP1 et analogues

-

+PLC

DAGIP3

Glycolyse

∆

PKC

++

ATP ADP

Agonistes P2Y

PIP2

SignalisationPKA indépendante

Voies de signalisationKATP indépendantes

Ca2+

Kir 6.2Kir 6.2

SU

R1

SU

R1

GEF / EPAC

AMPLIFICATION PAR LA VOIE DES INCRETINES

Nauck et al., Diabetologia, 1986, 29, 46-52 Toft-Nielsen et al., JCEM, 2001, 86, 3717-3723

Meal

• Sécrétion du GLP-1 (cellules L intestinales) en réponse à l’ingestion alimentaire

• Amplification de la sécrétion d’insuline

• Altération de la sécrétion de GLP-1 dans le diabète de type 2

Sécrétion d'insuline gluco-dépendante

Synthèse d'insuline

Sécrétion de glucagon

Vidange gastriqueAppétit et prise alimentaire

GLP-1

Régulation de l’homéostasie glucidique

GLP-1 (7-36) amide

DPP IV

Demi-vie < 2 min-

ANALOGUES RESISTANTSExenatideLiraglutideCJC-1131Albugon

INHIBITEURS DE DPP IVVildagliptin

+

GLP-1récepteur

Glucose

-cell

ATPInsulin

Metabolism+

ACH ATP

M3P2

+

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

O- O- O-

O

O

O

AMPLIFICATION PAR LA VOIE DE L’ATP EXTRACELLULAIRE

0

25

50

75

100

30 45 60 75 90 105

Time (min)

Insu

lin s

ecre

tion

(ng

/min

)

ADPßS 0.5 µmol/l(n=7)control (n=5)

G 11

± ADPS

G 5 G 5

0

25

50

75

100

30 45 60 75 90 105

Time (min)

Insu

lin s

ecre

tion

(ng

/min

)

ADPßS 0.5 µmol/l(n=7)control (n=5)

G 11

± ADPS

G 5 G 5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Glucose 3.0 mM

Peak

86R

b ef

flux

/ bas

elin

e ef

flux

Controls

aßMeATP

ADPßS

*

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Glucose 3.0 mM

Controls

Tolbutamide

**

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

Glucose 8.3 mM Glucose 3.0 mM

Insu

lin r

elea

se (

ng p

er is

let

for

30 m

in)

**

**

Controls

aßMeATP

ADPßS

Récepteurs P2 de la cellule β

Sécrétion nondépendante du glucose

Conductance potassiqueréduite

Sécrétiongluco-dépendante

Conductance potassiquenon affectée

P2X P2Y

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P CH2 P O P O-

O- O- O-

O

O

O

NH2

N1

2

34

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O-

O- O-

O

S

0

25

50

75

100

30 45 60 75 90 105

Time (min)

Insu

lin s

ecre

tion

(ng

/min

) diazoxide / KCl / ADPßS (n=7)

diazoxide / KCl (n=10)

G 11 G 5 G 5± ADPS

0

25

50

75

100

30 45 60 75 90 105

Time (min)

Insu

lin s

ecre

tion

(ng

/min

) diazoxide / KCl / ADPßS (n=7)

diazoxide / KCl (n=10)

G 11 G 5 G 5± ADPS

G 11 G 5 G 5± ADPS

0

5

10

15

INSU

LIN

SE

CR

ET

ION

(ng

per

3 is

lets

)

Control

ADPßS 50 µM

ADPßS 50 µM &SQ22536 100 µM

SQ22536 100 µM

**

0

5

10

15

INSU

LIN

SE

CR

ET

ION

(ng

per

3 is

lets

)

Control

ADPßS 50 µM

ADPßS 50 µM &SQ22536 100 µM

SQ22536 100 µM

**

0

5

10

15

INS

UL

IN S

ECR

ETIO

N (n

g pe

r 3

isle

ts)

Control

ADPßS 50 µM

ADPßS 50 µM &TPCK 3 µM

TPCK 3 µM

*

0

5

10

15

INS

UL

IN S

ECR

ETIO

N (n

g pe

r 3

isle

ts)

Control

ADPßS 50 µM

ADPßS 50 µM &TPCK 3 µM

TPCK 3 µM

*

0

50

100

150

200

250

cAM

P C

ON

TEN

T (f

mol

per

10

isle

ts)

Control

ADPßS 50 µM

***

0

5

10

15

20

25

INSU

LIN

SE

CR

ET

ION

(ng

per

10 is

lets

)

Control

ADPßS 50 µM

*

0

50

100

150

200

250

cAM

P C

ON

TEN

T (f

mol

per

10

isle

ts)

Control

ADPßS 50 µM

***

0

50

100

150

200

250

cAM

P C

ON

TEN

T (f

mol

per

10

isle

ts)

Control

ADPßS 50 µM

***

0

5

10

15

20

25

INSU

LIN

SE

CR

ET

ION

(ng

per

10 is

lets

)

Control

ADPßS 50 µM

*

0

5

10

15

20

25

INSU

LIN

SE

CR

ET

ION

(ng

per

10 is

lets

)

Control

ADPßS 50 µM

*

Couplage des récepteurs P2YMécanismes KATP indépendants impliquant la voie cAMP / PKA

2-hexylthio-ATPS

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

O- O- O-

S

O

O

S

(CH2)5

CH3

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

O- O- O-

S

O

O

S

CH

2-benzylthio-ATPS

Première génération d’analoguesAgonistes des récepteurs P2Y1

ATPS

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

O- O- O-

S

O

O

0

100

200

300

400

500

600

700

800

30 45 60 75 90

INS

UL

IN S

EC

RE

TIO

N (

%)

ATPS

65

75

85

95

105

115

125

30 45 60 75 90

TIME (min)

PA

NC

REA

TIC

FL

OW

RA

TE

(%)

0,15 µM

1,5 µM

15 µM

Control

0

100

200

300

400

500

600

700

800

30 45 60 75 90

INS

UL

IN S

ECR

ETIO

N (

%)

2-benzylthio-ATP S

65

75

85

95

105

115

125

30 45 60 75 90

TIME (min)

PA

NC

REA

TIC

FL

OW

RA

TE

(%)

0,015 µM

0,15 µM

1,5 µM

Control

0

100

200

300

400

500

600

700

800

30 45 60 75 90

INS

UL

IN S

ECR

ETIO

N (

%)

2-benzylthio-ATP S

65

75

85

95

105

115

125

30 45 60 75 90

TIME (min)

PA

NC

REA

TIC

FL

OW

RA

TE

(%)

0,015 µM

0,15 µM

1,5 µM

Control

0

100

200

300

400

500

600

700

CONCENTRATION (M)

ME

AN

INS

UL

IN O

UT

PU

T R

AT

E (

% p

er

min

)ATP

ATP S

A isomer

B isomer

Control

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3

0

100

200

300

400

500

600

700

CONCENTRATION (M)

ME

AN

INS

UL

IN O

UT

PU

T R

AT

E (

% p

er

min

)ATP

ATP S

A isomer

B isomer

Control

10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3

Gain de puissance mais sélectivité insuffisante

2-methylthio-ATPB

Deuxième génération d’analoguesAgonistes des récepteurs P2Y1

2-chloro-ATPB

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

BH3- O- O-

O

O

O

Cl *

ATPB

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

BH3- O- O-

O

O

O

*

NH2

N1

23

4

56

N

7

89

N

N

O

HO OH

2’ 3’

CH2 O P O P O P O-

BH3- O- O-

O

O

O

S *

CH3

Efficacité, puissance et sélectivité

CE50 : 28,1 x 10-9 M Emax : 9 x sécrétion basale

Actiongluco-dépendante

et sélective

P2Y1 P2Y2

P2Y4 P2Y6

78

40

80

4140

80

61

1 2

40

80

1 21 2

130

40

1 2

40

54

10

20

30

40

-3 -2 -1 0 1

log cDNA dilution

Ct

0

2

4

6

2-M

G

GAPDHP2Y

1P2Y

2P2Y

4P2Y

6

P2Y12

cDNA type

(1/C

t) x

100

B

A

Expression des récepteurs P2Y & paramètres de liaison

40 %

60 %

Faible affinité : P2Y2 P2Y4 P2Y6

Haute affinité : P2Y1

○ ATP-α-S● 2-Me-S-ATP-α-B Isomère A

K0.5 17,7 nM (haute affinité) 2,5 µM (faible affinité)

2-Me-S-ATP-α-B

PHARMACOLOGIE DESVOIES DE SIGNALISATION

MODULATION DE LA SECRETION D’INSULINE

AMP cyclique, Epac

Problème du manque de spécificité tissulaire

K+

Ca2+

SignalisationPKA dépendante

cAMP

∆

SignalisationPKA indépendante

Ca2+

Kir 6.2Kir 6.2

SU

R1

SU

R1

Insuline

GEF/EpacPDE3B

AMP

+-

Milrinone Analogues cAMP

Effets anti-insuline sur hépatocytes et

adipocytes

PKA, PKC & imidazolines

Phentolamine

-K+

Ca2+

∆

Ca2+

Kir 6.2Kir 6.2S

UR

1

SU

R1

Insuline

Récepteur α2

adrénergique

-

cAMPA C+

- I3 imidazolinebinding site

+

+

BL11282

RX871024

PKA

PKC

Diabetes 2001, 50, 797-802Hétérogénéité fonctionnelledes imidazolines

INITIATION

AMPLIFICATION

Ca2+

Exocytose

Insuline

Ca2+

Cdk5

L-VDCC

-

p35+

-

Nature Med, 2005, 11, 1104-1108

SNAP-25Syntaxin 1A

Munc-18

Inhibiteurs de la Cdk5

J Biol Chem, 2001, 276, 34199-34205

ATPIP3

Ca2+

Sulfonyuréesaction KATP

indépendante

+SUR1L

Exocytose

PHARMACOLOGIE DUMETABOLISME CELLULAIRE

INITIATION ET AMPLIFICATIONDE LA SECRETION D’INSULINE

GLUT2

Glucose

Glu-6-P

Métabolisme oxydatif

mitochondrial

Glucose

Glycolyse

ATP ADP

GLUCOKINASE

Activateur allostériqueRO-28 1675

+

Méthyl esters del’acide succinique

Ca2+

Na+

+-

CGP 37157

Science, 2003, 301, 370-373

Diabetes, 2003, 52, 965-973

AUTRES VOIES PHARMACOLOGIQUES

ACTIONS SUR LA MASSE ET LA FONCTION DES CELLULES β

80

90

100

110

120

Inco

rpo

rati

on

of

Brd

U(%

co

ntr

ol)

0

100

200

300

400

500

600

Intr

acel

lula

rc

AM

P(%

co

ntr

ol)

0

50

100

150

200

250

Insu

lin

secr

etio

n(%

co

ntr

ol)

Control ATPS GLP-1

****

***

***

**

A

B

C

80

90

100

110

120

Inco

rpo

rati

on

of

Brd

U(%

co

ntr

ol)

0

100

200

300

400

500

600

Intr

acel

lula

rc

AM

P(%

co

ntr

ol)

0

50

100

150

200

250

Insu

lin

secr

etio

n(%

co

ntr

ol)

Control ATPS GLP-1

****

***

***

**

80

90

100

110

120

Inco

rpo

rati

on

of

Brd

U(%

co

ntr

ol)

0

100

200

300

400

500

600

Intr

acel

lula

rc

AM

P(%

co

ntr

ol)

0

50

100

150

200

250

Insu

lin

secr

etio

n(%

co

ntr

ol)

Control ATPS GLP-1 80

90

100

110

120

Inco

rpo

rati

on

of

Brd

U(%

co

ntr

ol)

80

90

100

110

120

Inco

rpo

rati

on

of

Brd

U(%

co

ntr

ol)

0

100

200

300

400

500

600

Intr

acel

lula

rc

AM

P(%

co

ntr

ol)

0

100

200

300

400

500

600

Intr

acel

lula

rc

AM

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co

ntr

ol)

0

50

100

150

200

250

Insu

lin

secr

etio

n(%

co

ntr

ol)

0

50

100

150

200

250

Insu

lin

secr

etio

n(%

co

ntr

ol)

Control ATPS GLP-1

****

***

***

**

A

B

C

GLP-1 réduit l’apoptose et augmente la néogenèse

Endocrinology 2003, 144, 5149-5158

J Clin Endocrinol Metab 2002, 87, 4775-4781

Action anti-apoptotique et proliférative des thiazolidinediones

Inhibition du signal pro-apoptotique NFκB par la pioglitazone

J Clin Endocrinol Metab 2004, 89, 5059-5066Diabetes 2001, 50, 1021-1029

Augmentation de la prolifération et de la masse des cellules β par la

rosiglitazone

PNAS 2006, 103, 2046-51

Inhibiteurs peptidiques de la formation de fibrilles à partir de h-IAPP

Effet protecteur de l’activation PPARγ sur la cytotoxicité induite par h-IAPP

J Clin Endocrinol Metab 2005, 90, 6678-86

● Pertinence de la cible au niveau cellulaire (fonction)au niveau physiopathologique (modèle intégré)

● Spécificité du mécanisme au niveau cellulaire

● Sélectivité β cellulaire de la cible

Écart considérable entre le nombre de cibles potentielles et celui des classes thérapeutiques

disponibles ou en développement

Problématiques récurrentes…

Constat !

RemerciementsGroupe de recherche en

physiopathologie & pharmacologie du diabèteA Blanc

H ChevassusA FarretR FilholR GrossC Jahannault L Lugo-GarciaM ManteghettiC PuechJ Vignon

V AnsquerJ Azay-MilhauD BatailleJL BessoneJ BringerF CastexG CrosK FerrareJP GagnolF GaltierH HaniB N’Guyen

AD LajoixR MagousK MezghennaC Oiry-CuqC PauletS Péraldi-RouxJ PochicS RebuffatE RenardG RibesM TournierD TouschE Youl

Centre dePharmacologie &

Innovation dans leDiabète

Centre dePharmacologie &

Innovation dans leDiabète

CollaborationsB Fischer, Bar-Ilan, IsraëlC Gachet, Strasbourg, FranceR Gomis, Barcelone, Espagne

GLP-1

cAMP

PKA Epac?

VDCC

RYR/IP3-R

[Ca2+]iDéshydrogénasesmitochondriales ATP

Amplification de l’exocytose

Inhibition de KATP

PKA Epac

GLP-1récepteur

D’après Holz, in Diabetes 2004, 53 5-13

PKA

Epac

Rôle du récepteur P2Y1 dans la sécrétion d’insuline et la tolérance au glucose chez la souris P2Y1 -/-

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0

2

4

6

8

10

12

14

16

Placebo Rosiglitazone

p<0.01

Index d

e s

ensi

bilit

é à

l'insu

line

µm

ol·m

-2·m

in-1

·pm

ol-

1·l

p<0.05

Rapport

des

AU

Cs

C-P

epti

de

/ insu

line

0

50

100

150

200

250

-60 -30 0 30 60 90 120

0

500

1000

1500

2000

2500

-60 -30 0 30 60 90 120

Ser

umIn

sulin

(pm

ol/l)

Time (min)

Ser

umC

-pep

tide

(pm

ol/l)

Metabolism, 2003, 52, 1393-1399

Diabetes, 2001, 50, 2598-2602

Recherche d’une action sécrétagogue des thiazolidinediones

Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29

 Insulino-stimulants (sécrétagogues)Hypoglycémie (mécanisme d’action univoque)Prise de poids

 Insulino-sensibilisateursMetformine : troubles gastro-intestinaux,

acidose lactique (contre-indications)Thiazolidinediones : prise de poids,

oedèmes, anémie

 Inhibiteurs de l’absorption des glucides Troubles gastro-intestinaux

Limites des médicaments actuels

(acceptabilité limitée)

 Contrôle glycémique insuffisant

 Échappement thérapeutique

Limites des médicaments actuels

(efficacité limitée)

Diabetes Res & Clin Pract 2005, 68S1, S22-S29