Fondation IPSEN Colloques Médecine et Recherche: Endocrinologie

Les effets les plus évidents de l’exercice se focalisent sur les muscles squelettiques, en augmentant notamment le volume, la force et la contractilité musculaire. Toutefois, de manière plus importante, l’activité physique contribue à maintenir et à améliorer significativement la sensibilité des muscles à l’insuline et à modifier notre métabolisme en augmentant l’absorption de glucose par les muscles (Anna Krook, Karolinska Institutet, Stockholm, Suède). 

Or, une diminution de la sensibilité à l’insuline est l’un des facteurs qui contribue à l’apparition d’un diabète de type 2. L’efficacité des activités physiques est modifiée par la disponibilité des nutriments : la composition du régime alimentaire et la périodicité des repas, en relation avec l’exercice, modifient les signaux sanguins qui influencent le métabolisme énergétique et son utilisation (John Hawley, Mary Mackillop Institute for Health Research, Melbourne, Australie). Parmi ces signaux se trouvent les myokines, et en particulier l’irisine, des hormones sécrétées par les muscles squelettiques. De plus, les hormones stéroïdes, qui augmentent l’activité cardiovasculaire en réponse à l’exercice, sont également étudiées chez les populations concernées (Claude Bouchard, Pennington Biomedical Research Center, Louisiane, Etats-Unis).

Hormones, Métabolisme et les bénéfices de l’Exercice

Avec un mode de vie plus sédentaire ethabitudes alimentaires, l’humanité doit faire face aujourd’hui à des épidémies telles que l’obésité et le diabète de type 2. Même si la corrélation entre le poids corporel, la prise alimentaire et l’exercice physique est évidente, les mécanismes de régulation qui relient l’exercice, l’activité musculaire et la régulation hormonale et métabolique ne sont pas entièrement compris. Cette année, le colloque Médecine et Recherche de la série Endocrinologie de la Fondation IPSEN a pour objectif de donner une vue d’ensemble de ces mécanismes complexes, de présenter les différents systèmes biologiques impliqués et d'identifier de potentielles voies thérapeutiques. Cette conférence a été co-organisée par Bruce Spiegelman (Dana Faber Cancer Institute et Harvard Medical School, Boston, Etats-Unis) et la Fondation IPSEN (Paris, France), où douze experts internationaux sont invités à présenter leurs dernières découvertes.

Les effets les plus évidents de l’exercice se focalisent sur les muscles squelettiques, en augmentant notamment le volume, la force et la contractilité musculaire. Toutefois, de manière plus importante, l’activité physique contribue à maintenir et à améliorer significativement la sensibilité des muscles à l’insuline et à modifier notre métabolisme en augmentant l’absorption de glucose par les muscles (Anna Krook, Karolinska Institutet, Stockholm, Suède). Or, une diminution de la sensibilité à l’insuline est l’un des facteurs qui contribue à l’apparition d’un diabète de type 2. L’efficacité des activités physiques est modifiée par la disponibilité des nutriments : la composition du régime alimentaire et la périodicité des repas, en relation avec l’exercice, modifient les signaux sanguins qui influencent le métabolisme énergétique et son utilisation (John Hawley, Mary Mackillop Institute for Health Research, Melbourne, Australie). Parmi ces signaux se trouvent les myokines, et en particulier l’irisine, des hormones sécrétées par les muscles squelettiques. De plus, les hormones stéroïdes, qui augmentent l’activité cardiovasculaire en réponse à l’exercice, sont également étudiées chez les populations concernées (Claude Bouchard, Pennington Biomedical Research Center, Louisiane, Etats-Unis).

Les stress métaboliques, comme par exemple des taux sanguins en dioxygène ou en glucose faibles ou des ischémies, stimulent l’expression d’AMP kinase, qui est considéré comme une jauge énergétique intracellulaire et permet de faire le lien entre l’exercice, l’insuline et la régulation des apports énergétiques. Son rôle est également essentiel dans les muscles squelettiques, puisque cette molécule permet à la fois d’équilibrer l’apport en nutriments et de répondre aux besoins énergétiques (Benoit Viollet, Institut Cochin-U1016 INSERM, Paris, France). De petites molécules d’ARN, connues sous le nom de microARN, qui modulent, sont également impliqués dans le développement du muscle squelettique et le diabète de type 2 en réponse à l’activité physique (Krook).

Finalement la production énergétique dépend d’une série de réactions enzymatiques, comme le cycle de Krebs, qui a lieu dans les mitochondries, l’organite subcellulaire responsable de la production d’énergie. Lorsque la demande énergétique est forte, par exemple au cours d’un effort physique, l’activation du facteur de transcription EB (TFEB) permet d’augmenter la taille et le nombre de mitochondries, ainsi que d’optimiser la mobilisation des réserves énergétiques (Marco Sandri, Université de Padova, Italie).

L’atrophie musculaire est la conséquence d’un manque d’activité, du vieillissement ou de cachexie, développée lors des cancers en phase terminale. Dans les muscles de rat, l’expression des gènes impliqués dans la régulation du métabolisme énergétique mitochondrial évolue avec le vieillissement. La perte fonctionnelle de l’innervation musculaire, observable chez des individus âgés et ceux souffrant de cachexie, se reflète par des modifications de l’expression de gènes impliqués dans l’intégrité des jonctions neuromusculaires (David Glass, Novartis Institute for Biomedical research, Cambridge, Etats-Unis). Dans les muscles atrophiés, un ensemble de gènes s’exprime dont des enzymes muscle-spécifiques dont le rôle est de marquer les protéines intracellulaires qui doivent être dégradées dans les protéasomes (Alfred Goldberg, Harvard Medical School, Boston, Etats-Unis). Un stress environmental active des mécanismes de compensation importants pour le maintien des fonctions cellulaires, et leur défaillance est une cause du vieillissement, comme par exemple, la réduction de la fonction mitochondriale qui accompagne l’atrophie musculaire. Cependant, certains de ces effets peuvent être améliorés avec l’exercice physique (Sandri).

PGC-1α est une molécule qui joue également un rôle central dans la réponse à des stimuli externes, en régulant notamment l’expression de gènes impliqués dans le métabolisme et la biogenèse des mitochondries. L’augmentation de son activité améliore par exemple l’endurance, réduit les dommages des fibres et l’atrophie musculaire, et joue un rôle dans la détermination métabolique de la fibre musculaire. PGC-1α pourrait être au cœur des mécanismes régénératifs du muscle au travers de l’entraînement : il active en effet les macrophages, qui permettent d’assurer le renouvellement des fibres en se débarrassant des déchets, ainsi que les cellules satellites, les cellules souches musculaires donnant de nouvelles fibres (Christoph Handschin, Université de Basel, Suisse).

PGC-1α est aussi important dans la régulation énergétique dans le tissu adipeux brun. Ce tissu assure notamment la régulation de la thermogenèse, soit la conversion de l’énergie stockée sous forme chimique en chaleur, ce qui constitue un mécanisme d’adaptation au froid. Bien que sa présence dans le corps humain soit controversée, le tissu brun adipeux a été identifié dans des localisations importantes, comme la nuque ou des tissus gras sous-cutanés, où il joue un rôle déterminant. Il diffère du tissu adipeux blanc, qui est la principale forme de réserve énergétique dans le corps. Il a été récemment démontré qu’il existe un mécanisme de conversion entre le type « blanc » et « brun », par le biais d’une forme intermédiaire décrite comme « beige » (Francesco Celi, Virginia Coommonwealth University, Richmond, Etats-Unis). Les signaux hormonaux qui stimulent cette conversion et la biogenése de tissus beiges et bruns en réponse au froid, et favorisent l’effondrement du taux de glucose post-prandial, sont actuellement à l’étude. Le mécanisme permettant d’activer PGC-1α et UCP-1 (ou thermogénine), un facteur retrouvé dans le tissu adipeux brun, pourrait permettre de mieux comprendre la relation qui existe entre exercice et thermogenèse : l’hormone irisine produit par le muscle squelettique actif a été impliquée dans la stimulation de la conversion de tissu adipeux blanc en brun (Spiegelman).

Dans la continuité de ses effets bénéfiques sur le muscle et le tissu adipeux, l’effort physique permet aussi, dans une moindre mesure, de maintenir l’homéostasie cérébrale. La kynurénine, une molécule produite à partir du tryptophane et d’un précurseur d’enzymes impliquées dans le métabolisme des acides tricarboxyliques et des lipides, est impliquée dans des inflammations neurales sévères et des pathologies psychiatriques, comme le stress et la dépression (Jorge Ruas, Karolinska Institutet, Stockholm, Suède). Durant l’exercice, la kynurénine est détoxifiée dans le muscle squelettique par la conversion en acide kynurénique, qui ne peut traverser la barrière hémato-encéphalique. C’est encore un mécanisme qui implique PGC-1α, un autre exemple illustrant la complexité de la relation qui existe entre l’exercice et des mécanismes régulateurs. Enfin, dans le cerveau des souris, l’irisine est capable de stimuler la génération de nouveaux neurones dans l’hippocampe, un mécanisme qui permet de consolider des fonctions cognitives telles que l’apprentissage. En effet, cette hormone permet d’augmenter l’expression de gènes codant le BDNF, un facteur trophique essentiel à la neurogenèse hippocampique chez l’adulte (Christiane Wrann, Dana Faber Cancer Institute, Boston, Etats-Unis).

Les travaux de recherche présentés lors de ce nouveau colloque ne mettent pas seulement l’accent sur l’importance de l’exercice dans le maintien d’un métabolisme sain, mais aussi sur les multiples mécanismes impliqués au cours de l’effort. La plupart des résultats présentés au cours de ces conférences apportent également des options pour le développement de nouvelles solutions thérapeutiques, dans des pathologies où la pratique sportive ne produit les effets escomptés ou n’est pas appropriée.

Jennifer Altman
27 novembre 2016

La Fondation IPSEN

Créée en 1983 sous l'égide de la Fondation de France, la Fondation IPSEN a pour ambition d’initier une réflexion sur les grands enjeux scientifiques des années à venir. Inscrite dans la durée, l'action de la Fondation IPSEN vise à contribuer au développement et à la diffusion des connaissances scientifiques en encourageant les interactions entre scientifiques et cliniciens. La Fondation a développé un important réseau international d'experts scientifiques qu’elle réunit régulièrement dans le cadre de Colloques Médecine et Recherche, consacrés à trois grands thèmes : les neurosciences, l'endocrinologie et le cancer. Par ailleurs, la Fondation IPSEN a initié plusieurs séries de réunions en partenariat avec le Salk Institute for Biological Studies, le Karolinska Institutet, ainsi qu’avec les revues Cell et Science. La Fondation IPSEN a publié plus d’une centaine d’ouvrages et a attribué plus de 250 prix et bourses scientifiques.
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