Glycémie et diabète (sujet national, juin 2019, partie 2, exercice 2)

Énoncé

À partir de l'étude des documents et des connaissances, expliquer comment différents facteurs peuvent contribuer à l'apparition d'un diabète de type 2.
DOCUMENT DE RÉFÉRENCE
Voie métabolique de synthèse du glycogène impliquant l'enzyme glycogène synthase
Voie métabolique de synthèse du glycogène impliquant l'enzyme glycogène synthase
DOCUMENTS 1
Effets du génotype du gène de la glycogène synthase sur le phénotype
1a
Synthèse du glycogène en fonction du génotype
Il existe 2 allèles pour le gène codant pour l'enzyme glycogène synthase : l'allèle A1 et l'allèle A2.
D'après Groop et collaborateurs, New England journal of medecine, 1993.
Remarque : Les barres horizontales correspondent aux valeurs moyennes de l'utilisation du glucose pour chaque génotype.
1b
Allèles de la glycogène synthase et phénotypes diabétiques
En Finlande, on a mené une étude sur une population pour quantifier les génotypes pour la glycogène synthase chez les individus diabétiques ou non.
Génotype
Fréquence chez les individus non diabétiques
Fréquence chez les individus diabétiques de type 2
(A1//A1)
92 %
70 %
(A1//A2) ou (A2//A2)
8 %
30 %

D'après https://planet-vie.ens.fr.
DOCUMENT 2
Relation entre l'IMC et le risque de diabète de type 2D'après Colditz GA et al., Ann Intern Med, 1995.
Remarque : L'indice de masse corporelle (= IMC) est calculé à l'aide de la formule suivante : IMC = masse/taille2
Relation entre l'IMC et le risque de diabète de type 2
DOCUMENT 3
Variation de l'activité de la glycogène synthase dans les cellules musculaires ou hépatiques en fonction de la concentration de TNF-α.
Le TNF-α est produit par le tissu adipeux de l'être humain. Cette sécrétion augmente fortement en situation de surpoids ou d'obésité.
D'après Halse et collaborateurs, Diabètes vol. 50, mai 2001.
DOCUMENT 4
Effet de la présence ou de l'absence de TNF-α sur des cellules hépatiques et musculairesAdapté et simplifié d'après J. Capeau, J.-P. Bastard, C. Vigouroux, MT cardio, 2006.
Remarque : La forme inactivable du substrat du récepteur à l'insuline ne peut plus être activée par le récepteur à l'insuline en présence d'insuline.
Effet de la présence ou de l'absence de TNF- sur des cellules hépatiques et musculaires
Comprendre la question
Il s'agit dans cet exercice d'expliquer comment différents facteurs peuvent contribuer à l'apparition d'un diabète de type 2. L'objectif est d'abord de mettre en évidence les facteurs génétiques de cette maladie, en étudiant les effets du génotype du gène de la glycogène synthase. Puis il s'agit de montrer qu'un indice de masse corporelle élevé, qui dépend en partie de facteurs environnementaux, constitue un facteur de risque du déclenchement d'un diabète de type 2 en expliquant le mécanisme biologique impliqué. Le raisonnement permet alors de conclure que le diabète de type 2 est une maladie multifactorielle dépendant à la fois du génotype de l'individu et de son environnement. L'énoncé ne précise pas la forme attendue de la réponse, mais il est conseillé que celle-ci contienne une introduction exposant la problématique, une argumentation structurée exploitant les données issues des différents documents et mises en relation entre elles et avec les connaissances puis la conclusion.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue.
2e étape : extraire des documents les informations en rapport avec le problème scientifique.
3e étape : construire une réponse structurée mettant en relation les informations issues des documents et des connaissances. Le tableau suivant présente un exemple de démarche construite au brouillon.
Parties du problème
Éléments issus des documents
Éléments issus des connaissances
Introduction : Comment différents facteurs peuvent-ils contribuer à l'apparition d'un diabète de type 2 ?
Influence des facteurs génétiques : étude du génotype du gène de la glycogène synthase
Document 1b. Le gène de la glycogène synthase présente 2 allèles : A1 et A2. Les génotypes (A1//A2) et (A2//A2) sont surreprésentés chez les diabétiques de type 2 par rapport aux non-diabétiques.
Document 1a. Chez les individus de génotype (A1//A2) et (A2//A2), l'utilisation de glucose pour la synthèse du glycogène est réduite par rapport aux individus (A1//A1).
Document de référence. La glycogène synthase permet la synthèse de glycogène dans les cellules.
Bilan. La présence d'un allèle A2 du gène de la glycogène synthase constitue un facteur de risque génétique, en diminuant la synthèse de glycogène et augmentant la glycémie.
Diabète : maladie caractérisée par une hyperglycémie chronique.
Diabète de type 2 : diabète où l'action de l'insuline sur ses cellules cibles devient moins efficace.
Glycogène : forme de réserve du glucose dans l'organisme.
Influence des facteurs environnementaux : étude de l'IMC
Document 2. Un IMC élevé est un facteur de risque important du diabète de type 2.
Document 3. Le surpoids et l'obésité augmentent la sécrétion de TNF-α. Une concentration élevée en TNF-α réduit l'activité de la glycogène synthase.
Document 4. La présence de TNF-α empêche l'insuline d'agir sur ses cellules cibles : la synthèse de glycogène n'est plus possible, contribuant à l'hyperglycémie.
Bilan. Un fort IMC, dû à des facteurs génétiques et environnementaux, constitue un facteur de risque de diabète de type 2.
L'IMC dépend en partie de facteurs environnementaux (alimentation, activité physique…).
Insuline : hormone secrétée par le pancréas et ayant une action hypoglycémiante.
Conclusion

4e étape : rédiger la réponse sur la copie.

Corrigé

Le diabète se caractérise par une hyperglycémie chronique, dont les conséquences peuvent être graves pour le malade. Il existe différents types de diabète. Le diabète de type 2 se caractérise par le fait que les cellules cibles de l'insuline, une hormone hypoglycémiante, deviennent de moins en moins sensibles à l'action de cette hormone. Comment différents facteurs peuvent-ils contribuer à l'apparition d'un diabète de type 2 ? Dans un premier temps, nous étudierons l'effet du génotype du gène de la glycogène synthéase sur l'activité de cette enzyme. Puis dans un second temps, nous montrerons qu'un indice de masse corporelle élevé constitue un facteur de risque important pour la survenue d'un diabète de type 2, en explicitant le mécanisme mis en œuvre.
D'après le document de référence, la glycogène synthase est une enzyme de la voie métabolique de la synthèse du glycogène. Le glucose, présent dans le sang, entre dans les cellules et forme de l'UDP-glucose. La glycogène synthase catalyse la transformation de l'UDP-glucose en amylopectine, qui forme par la suite du glycogène, qui constitue la forme de réserve du glucose dans l'organisme. La glycogène synthase est codée par un gène, qui possède 2 allèles : A1 et A2.
Le document 1b présente les résultats d'une étude qui quantifie dans une population finlandaise la proportion de génotypes du gène de la glycogène synthase parmi des diabétiques de type 2 et des individus non diabétiques. Parmi les individus non diabétiques, 92 % ont un génotype (A1//A1) et seuls 8 % ont un génotype (A1//A2) ou (A2//A2). Chez les diabétiques de type 2, le génotype (A1//A1) est moins représenté (70 %) tandis que les génotypes (A1//A2) et (A2//A2) sont surreprésentés (30 %) par rapport à la population de non-diabétiques. Ainsi, la présence d'un diabète de type 2 est corrélée avec une fréquence accrue de l'allèle A2 du gène de la glycogène synthase. La présence de l'allèle A2 constitue un facteur de risque génétique de la survenue du diabète de type 2.
Le document 1a présente les résultats de l'étude de l'utilisation du glucose pour la synthèse de glycogène selon le génotype du gène de la glycogène synthase. Les valeurs obtenues sont variables selon les individus, mais une moyenne est estimée. La moyenne de l'utilisation du glucose pour la synthèse de glycogène est de 2,8 mg/kg/min pour le génotype (A1//A1) alors qu'elle n'est que de 1,2 mg/kg/min pour les génotypes (A1//A2) et (A2//A2). Ainsi, la présence d'un allèle A2 dans le génotype est corrélée à une baisse de l'utilisation du glucose pour produire du glycogène. On peut supposer que la présence d'un allèle A2 réduit l'activité de la glycogène synthase dans les cellules. Une synthèse de glycogène plus faible entraîne une augmentation de la quantité de glucose dans l'organisme, contribuant à l'hyperglycémie chronique caractéristique du diabète. Ainsi, la présence d'un allèle A2 du gène de la glycogène synthase constitue bien un facteur de risque génétique de la survenue du diabète de type 2. Cependant, ce seul facteur ne suffit pas à déclencher cette maladie, puisque des individus sans allèle A2 peuvent développer un diabète de type 2 et certains individus avec l'allèle A2 n'ont pas de diabète de type 2 (document 1b).
Le document 2 présente l'évolution du risque relatif de déclencher un diabète de type 2 en fonction de l'indice de la masse corporelle ou IMC (calculé comme le rapport de la masse par la taille élevée au carré). Plus l'indice de masse corporelle augmente, plus le risque relatif de déclencher un diabète de type 2 est élevé : pour un IMC de 22 à 22,9 kg/m2, le risque est de 2,9 alors qu'il atteint 8 dès que la personne est en surpoids (IMC > 25 kg/m2). Encore plus que le surpoids, l'obésité est un facteur important de déclenchement du diabète de type 2. Par exemple, une personne obèse dont l'IMC est supérieur à 35 kg/m2 présente un risque relatif extrêmement élevé (de 93,2) de déclencher un diabète de type 2.
Or d'après le document 3, le surpoids et l'obésité augmentent la sécrétion de TNF-α par le tissu adipeux. Le document 3 présente l'évolution de l'activité de la glycogène synthase en fonction de la concentration en TNF-α dans les cellules musculaires ou hépatiques. L'augmentation de la concentration en TNF-α entraîne une diminution régulière de l'activité de la glycogène synthase : elle passe de 100 mmol/min/mg pour une concentration en TNF-α de 1,4 UA à 40 mmol/min/mg pour une concentration en TNF-α de 4,8 UA. La présence de TNF-α diminue donc l'activité de la glycogène synthase, c'est-à-dire que le TNF-α réduit la synthèse de glycogène.
Le document 4 précise le mode d'action de l'insuline, hormone hypoglycémiante, en présence ou en absence de TNF-α dans les cellules musculaires ou hépatiques. En absence de TNF-α, l'insuline se fixe sur son récepteur de la membrane plasmique de la cellule, ce qui active le substrat du récepteur à insuline, déclenchant ainsi les effets métaboliques de l'insuline dont la synthèse de glycogène. En présence de TNF-α, l'insuline se fixe sur son récepteur membranaire, mais le TNF-α est responsable de l'inactivation du substrat du récepteur à insuline. Le TNF-α empêche donc l'action de l'insuline fixée sur la membrane des cellules musculaires ou hépatiques. En particulier, l'activité de la glycogène synthase est réduite, empêchant la synthèse de glycogène notamment à partir du glucose. La concentration du glucose dans le sang du patient diabétique augmente, expliquant l'hyperglycémie chronique.
L'IMC est déterminé par des facteurs environnementaux (alimentation, activité sportive…) ainsi que par des facteurs génétiques. Un IMC trop élevé entraîne une augmentation de la sécrétion de TNF-α. L'insuline, hormone hypoglycémiante, peut se fixer sur son récepteur membranaire des cellules musculaires et hépatique, mais elle ne peut plus agir. La synthèse de glycogène dans ces cellules n'a plus lieu, entraînant une augmentation de la quantité de glucose dans l'organisme et notamment dans le sang, ce qui contribue à l'hyperglycémie.
L'étude des individus atteints de diabète de type 2 a permis d'identifier différents facteurs de survenue de ce diabète : des facteurs génétiques, comme le génotype concernant le gène de la glycogène synthase et des facteurs environnementaux qui contribuent à déterminer l'IMC. La coexistence de facteurs génétiques et environnementaux met en évidence que le diabète de type 2 est une maladie multifactorielle, dont l'augmentation actuelle de la fréquence dans les populations constitue un véritable enjeu de santé publique.