BIOLOGIE

Concours B ENSA
B – 0106B
BIOLOGIE
Durée : 4 heures
L’usage de la calculatrice est interdit pour cette épreuve.
Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le
signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il a
été amené à prendre.
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L’épreuve comprend deux parties indépendantes comptant chacune pour la moitié de la note.
1ère partie : Question de synthèse :
Les rôles de l’eau chez les êtres vivants (animaux et végétaux) : au niveau moléculaire,
cellulaire, des organes et de l’organisme.
N.B. Il est rappelé aux candidats que dans l’attribution de la note, il sera tenu compte non
seulement de la clarté, de la précision et de la concision de l’exposé mais également de
la qualité de l’expression et de la présentation.
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2ème partie : Étude sur documents
(d’après MY Wang et al, PNAS, 2005) : le blocage de la leptine et mise en réserve des
triglycérides
Les adipocytes du tissu adipeux blanc sont capables d’exécuter simultanément deux missions
apparemment opposées. Ils assurent la mise en réserve des triglycérides (TG), et en même
temps, ils synthétisent une hormone, la leptine, à une concentration qui provoque la
disparition complète des TG quand on la fournit à des rongeurs. L’observation que
l’accumulation de matières grasses dans les adipocytes en présence de leptine à des
concentrations qui suppriment normalement l’accumulation des lipides constitue la première
évidence d’un blocage de son action. Ce blocage peut être vu comme un élément essentiel de
la mission première des adipocytes, la survie en période de famine en amassant un surplus de
calories. On peut aussi le voir comme essentiel pour le développement de l’obésité induite par
le régime alimentaire.
L’objet de ces documents est :
- d’obtenir une preuve directe qu’un tel blocage existe dans l’obésité induite par le
régime alimentaire.
- d’élucider son mécanisme.
- de déterminer si le blocage est essentiel pour le stockage des calories en surplus et
pour le développement de l’obésité induite par le régime alimentaire.
1. Existence du blocage ?
La figure 1 présente les résultats de trois expériences. On dispose de 2 lots de rats :
1° lot : nourri avec un régime à 4% de matières grasses
2° lot : nourri avec un régime à 60% de matières grasses
En A, on mesure le poids des rats.
En B, on dose la leptine du sang : 42,3 ng/ML à 19 semaines (hyperleptinémie) correspond à
la quantité de leptine qui provoque une fonte des adipocytes quand on l’induit
expérimentalement chez des rats (voir l’introduction).
En C, on étudie la phosphorylation de STAT-3 chez des rats appartenant à une souche
homozygote notée (+/+). La phosphorylation de STAT-3 fournit un index de la transduction
du signal initié par la fixation de la leptine à son récepteur, Lepr-b.
Que montrent ces résultats ?
2. Mécanisme du blocage de la leptine
Le blocage de l’action de la leptine (encore appelée « résistance à la leptine ») peut être le
résultat de modifications au niveau du récepteur («down-regulation ») (diminution du nombre
de récepteurs) ou après le récepteur (« up-regulation »). On a rapporté une régulation du
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récepteur de la leptine dans l’hypothalamus chez des rongeurs nourris avec un régime riche en
lipides. Pour savoir si le nombre de récepteurs Lepr-b est aussi diminué dans les adipocytes en
régime surlipidé, on compare les ARNm de Lepr-b dans les deux groupes et en relation avec
l’expression de la leptine (Fig 2).
2.a. Quelle relation peut-on établir entre l’évolution de la teneur en leptine et celle de la teneur
en récepteur ?
2.b. La résistance à la leptine précède la réduction biologiquement significative du récepteur à
la leptine de plusieurs semaines. Que peut-on conclure de ce résultat ?
2.c. On a identifié dans l’hypothalamus un facteur, SOCS-3, comme un inhibiteur de la
leptine, et on a rapporté qu’il augmente dans le tissu adipeux blanc de rats obèses après 8
semaines d’un régime riche en lipides. Pour déterminer la chronologie d’une
augmentation de SOCS-3 par rapport à l’augmentation de la leptine et à la diminution du
récepteur Lepr-b, on a mesuré son ARN m dans le tissu adipeux dans des rats soumis aux
2 régime 60% et 4%. Les résultats sont portés sur la figure 2C. Que peut-on en conclure ?
2.d. Récapituler les événements qui conduisent en régime sur-lipidé à la résistance à la
leptine. La réponse pourra prendre la forme d’un schéma.
3. Importance de la down-regulation de Lepr-b dans le stockage des lipides et l’obésité
3.a. Pour savoir si la « down-regulation » de Lepr-b joue un rôle essentiel dans la faculté des
cellules adipeuses de stocker un excès de calories et de subir une hypertrophie et une
hyperplasie (multiplication des adipocytes), par manipulation génétique de souris, on
remplace le promoteur du gène Lepr-b par un autre promoteur (ap2) constitutif, spécifique
de la cellule adipeuse (Fig 3A). Il en résulte une synthèse accrue de l’ARNm du gène
Lepr-b (on parle de sur-expression du gène) dans les adipocytes de la souche de souris
modifiée notée Lepr-b-Tg. Les ARNm Lepr-b des adipocytes sont augmentés dans les
tissus adipeux blancs de souris. On réalise des immuno-empreintes avec un anti-corps anti
Lepr-b (Fig 3B). Que peut-on en conclure ?
3.b. Pour connaître l’impact physiologique de la sur-expression de Lepr-b constitutif
spécifique des adipocytes sur le poids corporel et sur la balance énergétique en surnutrition, on mesure la consommation de nourriture et le poids des souris transgéniques
Lepr-b-Tg et sauvages (+/+) placées en régime à 60% pendant 12 semaines à 5 semaines
d’âge (tableau 1).
Dans ces conditions les 2 types de souris consomment-elles la même quantité de
nourriture ?
3.c. Comparer les résultats concernant la consommation de nourriture, le poids corporel et la
quantité de lipides entre les souris sauvages et transgéniques.
3.d. On n’observe aucune différence de diamètre des adipocytes entre sauvages et
transgéniques pour le régime à 4%. Quelles conclusions tirer des Fig 3C, 3D et 3 E et du
tableau 1 ?
3.e. Pour savoir si les différences entre tissus adipeux des souris transgéniques et sauvages en
régime 60% reflètent l’action paracrine bloquée de la leptine endogène sur les adipocytes,
on utilise encore STAT-3 phosphorylé comme marqueur de l’action de la leptine via Leprb (Fig 3F). Que confirme ce résultat ?
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4. Mécanisme de la résistance à l’obésité des souris tansgéniques Lepr-b
L’accumulation réduite de TG dans les adipocytes sans réduction de la prise alimentaire peut
avoir plusieurs causes, dont l’oxydation intracellulaire des acides gras. On a de bons
arguments pour penser que ce mécanisme est responsable de la réduction de l’accumulation
des lipides dans les adipocytes des souris transgéniques Lepr-b nourris avec un régime à 60%
en matières grasses. Plus précisément, il y aurait augmentation de l’oxydation non couplée
des acides gras stimulée par la leptine dans les adipocytes, c’est à dire un « cycle futile » dans
lequel les lipides sont oxydés dès leur entrée dans les adipocytes avec dissipation de l’énergie
en chaleur.
4.a. Pour tester cette hypothèse, on mesure dans les adipocytes l’état de phosphorylation de
AMPK, un régulateur de l’oxydation des acides gras (Fig 3 G). P-AMPK est la forme
phosphorylée activée de AMPK et entraîne l’oxydation « futile » des lipides. L’hypothèse
est-elle justifiée ?
4.b. Quelle information, portée dans le tableau 1, confirme cette hypothèse ?
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Figure 1 :
Effet d’un régime hyperlipidé sur le poids et la teneur en leptine de rats :
A-Poids des rats nourris avec un régime à 4% ( ) et à 60 % (•) de matières grasses en
fonction de la durée du régime
B-Teneur du plasma en leptine des rats nourris avec un régime à 4% ( ) ou à 60 % (•) de
matières grasses
C-Teneur en STAT-3 phosphorylé des adipocytes de rats 12 semaines après le début d’un
régime à 4% ou à 60 % de matières grasses
La γ− tubuline est un témoin d'électrophorèse et n'intervient pas dans la réponse à la question.
Traduction des mots anglais :
« grams » = grammes
« Dietary fat » = régime lipidique
« Weeks » = semaines
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Figure 2 :
Effet de 20 semaines de sur-nutrition sur les profils d’expression de la leptine, de l’inhibiteur
de la leptine (SOCS-3) et du récepteur de la leptine (Lepr-b) dans des tissus adipeux de rats
nourris à 4% ( ) ou 60% (•) en matières grasses :
A- Les ARNm de la leptine
B- Les ARNm de Lepr-b
C- Les ARNm de SOCS-3
Les astérisques indiquent qu’au point considéré la différence entre les deux courbes est
statistiquement significative.
Traduction des mots anglais :
« Relative mRNA level » = concentration relative en ARNm
« Week » = semaine
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Tableau 1 : Profils métaboliques des souris sauvages et transgéniques Lepr-b nourries avec
un régime à 4% ou 60% en matières grasses pendant 12 semaines
4%
60%
Souris
sauvages
Lepr-b-Tg*
Consommation
de nourriture, g
3,65 ± 0,32
3,91 ± 0,29
2,97 ± 0,27
3,04 ± 0,11
Poids corporel, g
30,28 ± 1,80
30,88 ± 2,19
45,35 ±2,84
34,29 ± 2,93
Poids des lipides
corporels, g
6,62 ± 1,65
5,02 ± 1,67
18,80 ± 1,02
9,05 ± 2,68
Température
corporelle,
°C
37,37 ± 0,30
36,92 ± 0,44
37,35 ± 0,19
37,82 ± 0,18
Leptine ng/ml
1,53 ± 1,27
1,451 ± 0,958
61,43 ± 4,87
11,31 ± 2 ,26
*Tg = transgénique
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Souris
sauvages
Lepr-b-Tg*
Figure 3 :
Le transgène Lepr-b spécifique des adipocytes et son phénotype empêchant l’obésité :
A- Carte de la construction du transgène Lepr-b
B- Immuno-empreinte de Lepr-b dans le tissu adipeux blanc de souris transgéniques
Lepr-b et de souris sauvages témoins
C- Poids corporels de souris transgéniques Lepr-b ( ) et de souris sauvages témoins (•)
soumises à un régime à 60% de matières grasses. Les astérisques indiquent qu’au
point considéré la différence entre les deux courbes est statistiquement significative.
D- Apparence d’une souris sauvage à gauche et transgénique Lepr-b à droite après 12
semaines d’un régime à 60%
E- Comparaison de tissu adipeux blanc de souris sauvages et transgéniques Lepr-b après
12 semaines d’un régime à 60%
F- STAT-3 activé (phosphorylé) dans le tissu adipeux blanc de souris sauvages et
transgéniques en régime à 60 %
G- AMP-activated protein kinase (AMPK) activée (P-AMPK) dans le tissu adipeux blanc
de souris sauvages et de souris transgéniques Lepr-b en régime à 60%
La γ− tubuline est un témoin d'électrophorèse et n'intervient pas dans la réponse à la question.
Traduction des mots anglais :
« Week » = semaine, « Wild-type » = sauvage, « Body Weight » = poids corporel
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