VIII - PANCREAS

• VIII-1 EMBRYOLOGIE : Tube digestif, pancréas et foie
  • VIII-1-1 EMBRYOLOGIE DU TUBE DIGESTIF
  • VIII-1-2 EMBRYOLOGIE DU PANCREAS
• VIII-2 HISTOLOGIE DU PANCREAS
• VIII-3 CYTOPHYSIOLOGIE
  • VIII-3-1 UNE STRUCTURE POLARISEE ET SECRETRICE : L'ACINUS
  • VIII-3-2 UNE CELLULE POLARISEE : DES VOIES DE SYNTHESE DIRIGEES ET DETERMINEES DANS LE TEMPS
  • VIII-3-3 POLARISATION DES MECANISMES DE SYNTHESE/SECRETION DES PROTEINES EXPORTABLES
  • VIII-3-4 MECANISMES DE MATURATION DANS LES VACUOLES DE CONDENSATION
  • VIII-3-5 POLARISATION SECRETOIRE ET EXOCYTOSE, SEGREGATIONS MEMBRANAIRES

VIII-1 EMBRYOLOGIE :

VIII-1-1 EMBRYOLOGIE DU TUBE DIGESTIF

Il est possible de décrire de façon simplifiée l’embryologie digestive.

La figure suivante montre le devenir différentiel de la zone haute et basse de l’anse intestinale primitive, en particulier la formation du cadre colique à partir de l’intestin postérieur, par rotation de l’anse autour de l’axe du mésentère primitif, ainsi que que le développement des anses grêles, à partir de la zone basse de l’intestin antérieur .
Le diverticule de Meckel (voir cours d’anatomie) se situe au niveau du reliquat d’implantation du canal vitellin (ombilical).
Noter également la dilatation puis la rotation de la zone gastrique dans la zone haute de l’anse primitive

VIII-1-2 EMBRYOLOGIE DU PANCREAS

Le pancréas se développe à partir de 2 bourgeons (ventral et dorsal).

Avec la rotation sus-jacente de l’estomac, le bourgeon ventral rejoint le bourgeon pancréatique dorsal.
Les deux bourgeons finissent par se disposer en position latérodorsale au niveau du futur cadre duodénal.

Primitivement drainés par 2 voies distinctes (canal de Wirsung et canal de Santorini), chez l’homme seul le canal de Wirsung persiste et draine la totalité de la glande pancréatique. Dans d’autres espèces (le chien par exemple) les 2 canaux restent distincts.

Le pancréas peut être le siège d’anomalies embryonnaires. Par exemple :

- persistance de 2 ébauches distinctes (pancréas divisum),
- rotation anormale et formation d’un pancreas annulaire (avec risque majeur de sténose duodénale),
- persistance du canal de Santorini (10% des cas)

VIII-1-3 EMBRYOLOGIE DU FOIE

L’embryologie du foie est plus complexe. Elles résulte de l’interaction de 3 composantes distinctes, mésodermiques, entoblastiques et vasculaires.

VIII-1-3-1 La composante mésodermique :

Elle correspond au versant caudal du septum transversum (le versant céphalique fournissant le diaphragme). Le septum transversum englobe la zone caudale veineuse du coeur primitif (sinus veineux) où arrivent les grosses veines primitives : veines cardinales, veines vitellines, veines ombilicales. Le septum transversum sera rapidement pénétré par la composante entoblastique (voir ci-dessous) qui le dissocie, et dissocie simultanémment les veines ombilicales et vitellines qui s’abouchent dans le sinus veineux.
Après dissociation le septum transversum aura fourni la totalité des espaces conjonctifs de la glande hépatique et en particulier les espaces porte (la disposition histogique du foie définitif sera vue en P2).

VIII-1-3-2 La composante entoblastique :
Elle trouve son origine dans le bourgeon primitif ventral, à la jonction gastro-duodénale, qui fournit également le bourgeon ventral pancréatique. Par dichotomisation, la part hépatique forme un bourgeon hépatique caudal et un bourgeon hépatique cranial. Le bourgeon hépatique caudal reste compact. Il sera à l’origine de la future vésicule biliaire. `
Par rotation associée à celle de l’estomac (fleches), les pédicules des bourgeons hépatiques s’allongent et fourniront les voies biliaires (canal cholédoque, canaux hépatiques et canal cystique). Quant au bourgeon hépatique cranial, il va subir une prolifération considérable. Il pénètre rapidement le septum transversum qu’il dissocie. Il dissocie simultanément les veines ombilicales et vitellines (composante vasculaire) qui rejoignent le sinus veineux

VIII-1-3-3 La composante vasculaire :

La prolifération du bourgeon hépatique cranial au sein du septum transversum transforme les vaisseaux veineux de la future glande hépatique. Ils forment le réseau de capillaires veineux sinusoïdes.

Le remodelage veineux se poursuit, ne laissant persister qu’une partie des veines ombilicales et vitellines primitives.
La veine ombilicale droite disparait en totalité ; la partie haute de la veine ombilicale gauche disparait également. Les veines vitellines sont ausi transformées : il ne persiste qu’un vaisseau veineux unique, la veine porte, qui draine le sang veineux de l’intestin (par la veine mésentérique) et la veine splénique.

In fine, une circulation principale, de nature veino-veineuse, traverse le foie ; c’est la circulation porto-cave. En effet le foie est branché en aval de l’intestin dont il collecte les métabolites issus de la digestion, via les vaisseaux mésentériques et la veine porte. Le sang portal veineux issu de l’intestin est alors filtré par la paroi des vaisseaux sinusoïdes de la glande hépatique mais surtout par les travées de cellules de la composante entoblastique avoisinante (travées d’hépatocytes). La sang est ensuite recollecté et rejoint la circulation générale par la veine cave inférieure qui débouche dans le coeur.

Au cours de la vie embryonnaire, la circulation sinusoïde est presque totalement shuntée par un canal : le canal d’Arantius. En effet le rôle de “filtre” est alors dévolu au placenta. Le canal d’Arantius disparait à la naissance avec la section du cordon ombilical.
La circulation hépatique porto-cave est donc essentielle au plan nutritionnel. Néanmoins le foie reçoit également une composante de sang artériel provenant de l’aorte et de l’artère hépatique.
L’ensemble de ces notions histophysiologiques seront reprises en détail dans le cours spécialisé sur la glande hépatique (PCEM-2).

NOTA : L’embryologie hépatique est un exemple remarquable des interactions tissulaires au cours de l’organogénèse. Il ne s’agit pas d’une simple juxtaposition de tissus vasculaires, entoblastiques et mésodermiques, mais bien d’interactions réciproques cellules à cellules, ou cellules et matrices via les lames basales, modifiant les programmes de différenciation dans le temps et dans l’espace (voir vos cours spécialisés en biologie du développement).

De même, il suffit de regarder le schéma général du tube digestif pour constater que la part entoblastique, certes essentielle, ne constitue qu’une petite fraction volumique de la paroi du tube digestif. Elle correspond uniquement à l’épithélium de recouvrement de la muqueuse. Le restant de la paroi du tube digestif est issu de la composante mésodermique, en fait de la splanchnopleure et du mésenchyme diffus associé. Comme pour le foie, on demontre actuellement que les interactions réciproques mésoderme/entoblaste sont essentielles à la différenciation

VIII-2 HISTOLOGIE DU PANCREAS :

Le pancréas est une glande rétro-péritonéale, formé de trois parties, la tête, le corps et la queue, et plaquée sur la face profonde dorsale de la cavité abdominale (voir cours d’anatomie) en regard de L1-L2. Son accessibilité antérieure est difficile : pour apercevoir le pancréas, il faut ouvrir l'arrière-cavité des épiploons en abaissant le côlon et le mésocôlon transverse et en remontant l'estomac.
Cette position explique une exploration difficile. Elle explique également que les tumeurs du pancréas (sauf en cas de compression précoce des voies biliopancréatiques amenant à un ictère révélateur ou à un épisode de pancréatite), évoluent sans signes cliniques majeurs jusqu’à un stade très avancé. Très fréquents dans le monde occidental, les cancers du pancréas restent des tumeurs au pronotic des plus réservés.
L’autre pathologie majoritaire du pancréas est la pancréatite, aigüe ou chronique. Il existe des liens évolutifs entre les deux formes. Les étiologies des pancréatites sont multiples. Les formes aigues représentent une urgence médicale absolue, eu égard aux délabrements engendrés par la libération massive des enzymes de la digestion dans les tissus avoisinants et à l’état de choc induit.

Le pancréas est une glande mixte,

- à la fois exocrine : classiquement le pancréas exocrine secrète la majorité des enzymes nécessaires à la digestion,
- mais aussi endocrine : il est responsable de la sécrétion d’insuline et du glucagon, et contrôle la glycémie. Rappelons que l’insuline est hypoglycémiante en transférant le glucose vers les espaces cellulaires pour le convertir par différentes voies du métabolisme intermédiaire. Le glucagon est, inversement, hyperglycémiant.

Par son architecture générale, la glande pancréatique présente bien des similitudes avec les glandes salivaires séreuses (voir l’iconographie page suivante). Il est recouvert par un mince tissu conjonctif qui émet des cloisons qui divisent le parenchyme en lobules.
La partie exocrine occupe la plus grande zone des lobules. C'est une glande tubulo-acineuse ramifiée et lobulée. Les acini sont formés de 5 à 8 cellules pyramidales. Leur lumière est étroite et bordée par de nombreux grains de zymogène. Les acini sont collectés par un réseau canalaire qui pénètre à l'intérieur même de l'acinus (cellules centro-acineuses). Les canaux d’abord intercalaires, deviennent intra-lobulaires, enfin inter-lobulaires jusqu'au canal de Wirsung.


La partie endocrine est représentée par les îlots de Langerhans, disséminés dans le parenchyme exocrine. Ces îlots forment des masses cellulaires, arrondies et en médaillon, peu chromophiles, mais extrêmement vascularisées. Les cellules majoritaires sont les cellules à insuline (b) et à glucagon (a), mais aussi à somatostatine (D) et à pancreatic peptide (PP) (cette liste est très incomplète). Le pancréas endocrine sera revu avec le cours sur les glandes endocrines en PCEM-2. Le lecteur est cependant renvoyé à la page 41, puisque bien de propriétés décrites à propos des cellules endocrines diffuses s’appliquent également au niveau du pancréas : Les interactions locales entre la partie endocrine et la partie exocrine sont multiples. La juxtaposition morphologique des 2 composantes épithéliales le suggère déjà fortement. Néanmoins, ces interactions sont très complexes, tant pour le contrôle pysiologique à court terme que pour la maintenance trophique à long terme ; elles dépassent donc le cadre de l’enseignement de P1.

L'aspect ultrastructural des cellules acineuses est celui d'une cellule typiquement séreuse (voir les schémas). Cette cellule est d'ailleurs toujours utilisée comme modèle électif d'étude des mécanismes de synthèse-sécrétion des protéines enzymatiques.
Quant aux cellules canalaires, elles sont cubiques et peu différenciées. celles des canaux de 1er ordre sont tres riches en mitochondries (rôle actif dans la sécrétion hydroélectrolytique du pancréas)

VIII-3 CYTOPHYSIOLOGIE :

L’ACINUS ET LA CELLULE ACINEUSE PANCREATIQUES : UN MODELE DE SYNTHESE SECRETION DES PROTEINES EXPORTABLES

A ce jour la cellule acineuse pancréatique reste toujours le modèle électif d’étude des mécanismes de synthèse sécrétion des protéines exportables.
Il n’est pas question de reprendre les notions acquises en biologie cellulaire. La plupart des aspects théoriques seront donc schématisés (si nécessaire, voir vos cours ou des précis de biologie cellulaire)
Cet exposé a davantage pour but de fournir une vision globale et dynamique de la fonction sécrétoire des cellules épithéliales en la justifiant par les connaissances de biologie.

VIII-3-1 UNE STRUCTURE POLARISEE ET SECRETRICE : L’ACINUS

La cellule acineuse pancréatique secrète la majorité des hydrolases enzymatiques nécessaires à la digestion (Protéases : trypsine, chymotrypsine, élastase. Lipases : triglyceride-Lipase, phospholipase, carboxylesterhydrolase. Osidase : une amylase identique à celle de la glande salivaire. Nucléotidases, etc.). La secrétion est spéciquement orientée vers la lumière de l’acinus grace à la polarisation de la cellule

VIII-3-1-1 LA POLARISATION CELLULAIRE RESULTE D’UNE ORGANISATION MOLÉCULAIRE DES JONCTIONS :
(voir descriptif au chapitre sur l’entérocyte mais surtout vos cours de biologie cellulaire)

Elle est conditionnée par l’existence des complexes de jonctions (surtout tight et gap juntions). Brièvement :
Les complexes de jonction induisent une ségrégation compartimentale :

- entre membranes apexiennes (MApx) et membranes baso latérales (MBL),
- entre espace luminal, et espace extra-cellulaire baso-latéral.

Il en résulte :

- une absence d’échange moléculaire passif entres les 2 compartiments
- une spécificité des protéines de mb des 2 compartiments. Exemples :
- les récepteurs hormonaux sont sur les MBL
- des sites de reconnaissance stéréospécifiques des Zymogènes sont sur les MApx (exocytose dirigée)
- un gradient electrochimique (ddp) entre versant apexien et basolatéral
- un couplage electrochimique des cellules de l’acinus. Conséquences :
- équilibre de pH entre les cellules
- passage de petits messagers (Ca++ , nucléotides cycliques)

VIII-3-1-2 LA POLARISATION MEMBRANAIRE CONDITIONNE LA FONCTION SÉCRÉTOIRE :

Démonstration : Isolement cellulaire et expérience en primoculture

Sur des acinis isolés, la polarité cellulaire est préservée : les cellules sécrètent après stimulation
En poursuivant l’isolement et en séparant les cellules, les jonctions cellulaires se rompent ; la polarisation est grandement détruite: Les cellules ne secrètent plus (ou presque plus) malgré la stimulation

VIII-3-2 UNE CELLULE POLARISEE : DES VOIES DE SYNTHESE DIRIGEES ET DÉTERMINEES DANS LE TEMPS

cf : les expériences classiques d’autoradiographie après incoporation de précurseurs marqués radiocatifs par
techniques de pulse chase (Acide aminé ; Mannose ou Fucose ; Acide Gras ou Glycérol)
Les voies de synthèse de la cellule, ainsi que les durées des différentes étapes (reticulum, transfert golgien, maturation zymogénique, etc) ont pu être déterminées avec précision. Elles sont caractéristiques pour un type cellulaire donné (voir précis de biologie)

VIII-3-3 POLARISATION DES MECANISMES DE SYNTHESE/SECRETION DES PROTEINES EXPORTABLES:

VIII-3-3-1 LA PREDESTINATION DES PROTEINES EXPORTABLES :

Pour le bon fonctionnement cellulaire, nous savons que les molécules, en particulier les protéines, doivent être
acheminées dans leurs zones d’utilisation. Il faut donc admettre l’existence de mécanismes régulés conduisant à un déterminisme
de positionnement moléculaire.
L’approche de ces mécanismes concerne la biologie cellulaire et la biologie du développement.
Néanmoins, la cellule acineuse pancréatique est un des premiers modèles ayant permis de comprendre les mécanismes
de tri et de ségrégation entre les proteines cytoplasmiques, les protéines membranaires et les protéines exportables. A
ce titre il convient de décrire ces mécanismes, particulièrement régulés dans une cellules épithéliale comme la cellule
acineuse pancréatique

Nous rappelons que les protéines exportables sont très variées.
- Soit elles sont immédiatement sécrétées par la cellule. C’est le cas des peptides régulateurs, des hormones, des facteurs de
croissance, des enzymes hydrolasiques de la digestion (zymogènes), des proteines sériques, des cytokines, etc
- Mais c’est aussi le cas des hydrolases lysosomiales ; en effet le contenu lysosomial se transforme en corps résiduels. En bout de
compte le contenu est également exocyté.
Plusieurs étapes sont déterminantes dans le mécanisme de ségrégation des protéines sécrétées.

Tout en renvoyant le lecteur aux notions de biologie cellulaire, nous transcrivons un aperçu des étapes posttraductionnelles
importantes

VIII-3-3-2 LA SEGREGATION DANS LE R.E.G. DES PROTEINES EXPORTABLES :
Nous savons depuis plus de 20 ans (depuis les premiers travaux de Bloebel) que la ségrégation au niveau du réticulum
dépend de façon presque exclusive de la présence d’une séquence signal et de l’existence de la particule de reconnaissance
du signal.
Le schéma suivant résume l’essentiel du mécanisme (voir éventuellement d’autres cours ou un précis)

VIII-3-3-3 LA SELECTIVITE DE LA ZONE GOLGIENNE :

VIII-3-3-3-1 UN TRANSPORT UNI DIRECTIONNEL : REG > REL > GOLGI (Face cis)

Nous savons que le transfert des proteines tombées dans le réticulum n’est pas spécifique. Il suit le cheminement vésiculaire et un contrôle partiel par les mécanismes des vésicules à clathrine. Il existe cependant un véritable “contrôle de qualité” à la sortie du REL et lors de la transmission aux dictyosomes golgiens : la BiP (HSP70) reconnait des proteines mal repliées. Par ailleurs, les proteines intrinsèques aux fonctions du réticulum son retenues in situ par des récepteurs spécifiques du réticulum reconnaissant une séquence spécifique (lys-asp-gly-leu). Ce même mécanisme permet le retour des molécules du réticulum qui auraient eu tendance à migrer vers la face cis du Golgi.
Voir cours ou précis de biologie cellulaire pour plus d’information.

VIII-3-3-3-2 LA FACE TRANS DU GOLGI :

Nous savons que c’est dans cette étape de maturation dictyosomique que s’effectue la ségrégation entre protéines des grains de zymogène et les protéines à destinée lysosomiale.

C’est la voie lysosomiale qui est discriminante, non seulement par un transport sélectif des lysosomes primaires via un système à clathrine, mais surtout par le marquage au Mannose-6P des hydrolases lysosomiales. Ce marquage, suivi de la liaison avec le récepteur au mannose-6P, assure l’entrée sélective dans le compartiment lysosomial.

Par contre, la voie des vacuoles de condensation et de maturation des zymogenes n’est pas sélective : le tri du contenu zymogénique se fait donc par différence, c’est à dire par soustraction des protéines lysosomiales grace au système de reconnaissance au mannose-phosphate.
Cet étape est cruciale. Imaginons que des enzymes lysosomiales soient présentes dans le grain de zymogène et s’activent (il suffit que le pH s’abaisse, comme on le voit dans les lysosomes). Elles provoqueraient en cascade l’activation des zymogènes et par voie de conséquence une autolyse de la cellule. Ce type de mécanisme est invoqué dans certaines formes de pancréatites aigües.

VIII-3-4 MECANISMES DE MATURATION DANS LES VACUOLES DE CONDENSATION ;
FORMATION DES GRAINS DE ZYMOGÈNE

VIII-3-4-1 ASPECTS CYTOLOGIQUES :

Le transfert de la face trans de l’appareil de Golgi vers les vésicules qui vont se transformer en vacuoles de condensation est relativement lent et encore imprécis. Par contre on constate :

- Une réduction du volume de la vacuole de condensation lorsqu’elle se transforme en grain de zymogène
- Simultanément une aggrégation du contenu qui devient très compact ; l’eau fuit. Le contenu est déshydraté

VIII-3-4-2 INTERET CYTOPHYSIOLOGIQUE :

Cette condensation aboutit à des zymogène ne contenant pas d’eau. L’avantage du processus est évident :

- Inactivation des enzymes (ou précurseurs), car les mécanismes enzymatiques s’effectuent en solution aqueuse
- Protection majeure contre une cytolyse par autodigestion de la cellule

VIII-3-4-3 ASPECTS MOLECULAIRES DE LA CONDENSATION :

Ce processus de condensation est encore incomplètement connu. Plusieurs facteurs interviennent dont 2 sont présentés sur le schéma suivant

- Des interactions ioniques entre des métaux divalents (tel le Ca++,souvent présent dans les grains de zymogène et chélaté à diverses molécules) et les COO- des motifs sialiques des glycoprotéines de la membrane des vésicules. Ces interactions facilitent une traction interne rayonnante et la diminution de diamètre.
- Des mécanismes plus complexes pH dépendants, impliquent séquentiellement
- une pompe H+ de la membrane provoquant une acidification de la vacuole
- une équilibre des charges à un pH optimal entre les protéines sécrétoires cationiques, et des PGs du type chondroïtine/héparane sulfate ou bien GAGsdu type ser-glycine (voir des documents de biochimie)
- à l’équilibre de charge, la formation d’un édifice “monomoléculaire” au sein du futur grain de zymogène. Il en résulte une chute brutale de la pression osmotique dans la vacuole, et par voie de conséquence la fuite de l’eau avecdeshydratation du contenu. La vacuole de condensation est transformée en grain de sécrétion parfaitement sphérique

VIII-3-4-4 CONTROLE DU STOCK ZYMOGENIQUE : LA CRINOPHAGIE

Il importe que la cellule acineuse pancréatique puisse gérer son stock de grains de zymogène. Dans une démarche finaliste, il y a plusieurs raisons à cela :

- La cellule n’a aucune raison de cumuler des grains de zymogènes qui en “vieillissant” pourraient subir un phénomène d’activation avec risque de cytolyse cellulaire.
- Un hyperstimulation de la cellule acineuse va accélérer la synthèse zymogénique. A l’arrêt de la stimulation, et par inertie de réponse, la synthèse se poursuit avec cumul de grains de zymogènes.
- une hyperstimulation favorise les erreurs de triage au niveau du récepteur au mannose-6P, avec transfert illicite d’enzymes lysosomiales dans le contenu des vacuoles de condensation (donc risque d’autoactivation zymogénique).

Pour lutter contre ces risques, la cellule acineuse possède une propriété particulière d’autophagosomie : la crinophagie (voir cours de biologie cellulaire). La crinophagie ne concerne que les vacuoles de condensation. Autrement dit, la régulation du stock zymogénique se fait précocemment, au stade de la vacuole de condensation.

VIII-3-5 POLARISATION SECRETOIRE ET EXOCYTOSE, SEGREGATIONS MEMBRANAIRES :

Nous rappelerons simplement 2 autres mécanismes impérativement impliqués dans le déterminisme sécrétoire et l’homéostasie d’une cellule séreuse (voir cours et traités de biologie cellulaire pour plus de détail).

VIII-3-5-1 DETERMINISME DIRECTIONNEL : MIGRATION ZYMOGENIQUE VERS LE POLE APICAL

Pour assurer l’exocytose les grains doivent migrer vers l’apex. Le processus implique les microfilaments, les microtubules, et des molécules chaperones

VIII-3-5-2 CONTRÔLE DE L’EXOCYTOSE :

L’exocytose implique en outre :

- la reconnaissance stéréospécifique entre la membrane des grains de zymogène et la membrane apexienne
- un processus de fusion des membranes zymogéniques et apexiennes
- enfin un recyclage endocytique des membranes apexiennes aprés la phase de sécrétion pour éviter l’extension de le membrane apexienne qui survient à chaque processus de fusion mérocrine.

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