Anomalies constitutionnelles du métabolisme-pathologies héréditaires partie1 PDF

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UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Anomalies constitutionnelles du métabolisme - pathologies héréditaires Le Pr Feugeas a détaillé beaucoup de choses sur lesquelles il ne nous interrogera pas (on a précisé chaque fois qu’il avait dit qu’il ne poserait pas de questions) Plan : I – Glucides (hors diabète) A – Glycogénoses B – Galactosémie, fructosémie (intolérances) II – Lipides (hors dyslipidémies) Anomalies de la β-oxydation III – Acides aminés A – Hyperammoniémies B – Phénylcétonurie IV – Nucléotides Hyperuricémies I. Pathologies héréditaires du métabolisme des glucides A. Glycogénoses Les glycogénoses sont des accumulations pathologiques du glycogène dans les tissus. Ce sont des maladies rares mais de très nombreux types héréditaires existent suivant les enzymes mutées (seront présentés dans le cours uniquement les sous types moins rares que les autres). Ce sont des pathologies génétiques récessives (il faut deux gènes mutés pour que la maladie se manifeste). Suivant le lieu prédominant de la surcharge en glycogène on distingue les glycogénoses : a. Hépatique (symptômes : hypoglycémie à jeun et +/- hépatomégalie) ▪ Von Gierek (type I)  hépatiques ▪ Cori (type III)  hépatiques & musculaires Elle est logique car le foie est la machine métabolique de l’organisme b. Musculaire (2 tableaux possibles, avec ou sans rhabdomyolyse) ▪ Pompe (type II) ▪ Mc Ardle (type V) Le prof nous posera seulement des questions sur la glycogénose de type I. Rappel du métabolisme du glycogène (à savoir) : Si on part du glucose, on a d’abord une phosphorylation du glucose pour donner du glucose 6-Phosphate par une glucokinase. Ce Glc-6P peut redonner du glucose grâce à l’enzyme Glucose 6-Phosphatase pour repasser dans la circulation sanguine. A surtout lieu dans le foie. Page 1 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L GLYCOGÉNOGENÈSE : le Glc-6P est transformé en glucose 1-Phosphate par une phosphoglucomutase. Le Glc-1P est activé en UDPG par l’uridine diphosphoglucose pyrophosphorylase. L’UDPG va pouvoir ensuite transférer son glucose sur le glycogène n-1 glucose pour donner une molécule de glycogène à n glucose via l’enzyme glycogène synthétase (qui est l’enzyme principale) en utilisant l’équivalent d’un ATP. Le glycogène doit être par la suite ramifié (ce n’est pas une élongation simple, il faut des « branchements ») par l’activité dite « branchante » amylo 1,4-1,6 transglycosylase. Ce glycogène ramifié permettra donc de stocker le glucose dans les hépatocytes ++ et un peu dans les muscles. Elle a surtout lieu dans le foie. GLYCOGÉNOLYSE : consiste en la dégradation de ce glycogène ramifié et la libération finale de glucose 1-phosphate sous l’action essentiellement de la glycogène phosphorylase (activité alpha 1,4 glucosidase) mais aussi par l’activité d’une enzyme « débranchante » (activité alpha 1,6 glucosidase) qui libère du glucose. On a de plus des enzymes lysosomiales qui sont les maltases lysosomiales qui libèrent aussi du glucose. Elles sont présentes dans les tissus, elles n’ont pas une forte importance métabolique en temps normal. Mais en situation pathologique où elles sont déficitaires, elles vont être possiblement responsables de glycogénose. - Glycogénose hépatique de type 1 Dans les glycogénoses hépatiques on retrouve plusieurs types : Type I (von Gierke) : la plus fréquente, mise en évidence en 1929 pour la première fois puis découverte de l’origine en 1952 : défaut enzymatique de la glucose 6-phosphatase (G6Pase) = répercussion sur l’accumulation du glycogène. Il correspond à un déficit de formation du glucose à partir du Glc-6P. Ce déficit de la déphosphorylation du G6P dans le foie (= dernière étape de la néoglucogenèse) induit une accumulation du stockage du glucose sous forme de glycogène par la glycogénogénèse car le glucose ne peut pas sortir des hépatocytes s’il est phosphorylé. La glucose 6-phosphatase n’est pas seule, elle fait partie d’un complexe enzymatique avec une autre partie membranaire : la G6PT (glucose 6- phosphate translocase) qui permet l’entrée du Glucose 6-P dans la lumière du réticulum endoplasmique pour former du glucose via cette G6Pase. Ce glucose va ressortir du réticulum endoplasmique par un transporteur (T3) tandis que le phosphate ressort par un autre type de transporteur. Page 2 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L On a donc 2 principaux sous-types de déficit : - Ia : déficit en G6Pase (le type le plus classique) - Ib : déficit en translocase G6PT C’est une maladie rare mais le type I est le plus fréquent parmi les glycogénoses, il représente ¼ des glycogénoses avec une incidence de 1 cas pour 100000 naissances. Rappel : le Glc-6P est un carrefour métabolique car il peut s’orienter vers la glycogénogénèse, vers la glycolyse, ou vers la voie des pentoses phosphates, et quand il est dans le foie, il peut s’orienter vers la formation de glucose qui sera libéré dans le sang pour maintenir la glycémie constante. L’éclair rouge sur le premier schéma indique que l’activité est stoppée ce qui va entraîner dans le foie une accumulation de Glc-6P qui va naturellement se stocker sous forme de glycogène, cette accumulation de glycogène sera responsable d’une glycogénose. Il y a également d’autres conséquences sur le métabolisme glucidique : - Hypoglycémie SANS corps cétoniques induite par le jeûne court (3h) => symptômes lorsque l'enfant commence à « faire ses nuits ». Risque de convulsions chez le nourrisson, possibilité de retard statural (diminution de l’insulinémie) - Le glucagon est augmenté pour élever la glycémie mais sans succès car néoglucogenèse est bloqué. L’Intolérance à l'hypoglycémie s'améliore avec l'âge. Chez les jeunes, une production de glucose existe malgré tout (≈ 50% de normal). Hypothèses : - Activité résiduelle de la G6 Phosphatase, ou phosphatase non spécifique La glycogénolyse compense - Augmentation de l'activité amylo-1,6-glucosidase (Enzyme débranchante) en partie l’excès de - Augmentation de l'activité de l'α-1,4-glucosidase acide (lysosomes) glycogénogenèse On retrouve encore d’autres conséquences métaboliques : - Hyperlipidémie (en jaune sur le schéma) : G6P ne donne plus de glucose (à cause du déficit enzymatique), excès de triose phosphate, de glycérol, de pyruvate et d’acétyl-CoA. L’ensemble favorise la synthèse d’acide gras, TG et cholestérol - > dyslipidémie - Augmentation acide urique (vert et saumon sur le schéma) : phosphate séquestré par G6P, ATP diminue et donc ADP en excès qui doit être dégradé et cette dégradation aboutit à une augmentation de la dégradation des purines (donc augmentation acide urique) - Augmentation lactate (orange sur le schéma) : car pyruvate en excès - Augmentation alanine (orange aussi) : car pyruvate donne alanine par transamination —> donc anomalies du métabolisme des acides aminés et des nucléotides interfèrent pour accentuer encore l’accumulation d’acide urique. Page 3 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L + Neutropénie dans le type Ib car translocase importante dans les globules blancs (PNN) donnant des infections récurrentes. L’hyperlipidémie induit un stockage des graisses dans le foie et dans d’autres tissus : faciès « poupin », stéatose (accumulation de la graisse dans le foie), hépatomégalie. Il y a également un risque accru de carcinome hépatique. 🡺 Diagnostic de certitude : analyse génétique (rend inutile la biopsie hépatique si concluante) Prise en charge des apports nutritionnels pour glycogénose de type I (et III) : - Glucides (60%) : o Les glucides lents : amidon de maïs (maïzena) et autres amidons (féculents, pain et équivalents, céréales, légumineuses). o Glucides intermédiaires : dextrines maltoses (plusieurs produits disponibles). o Afin d'éviter une surcharge pondérale et des hypoglycémies réactionnelles à un apport de glucose monomérique, contrôler l'apport en saccharose (sucre de betterave et de canne). o Régime limité en fructose, lactose et galactose pour les types I - Protéines (15%) - Lipides (25%) : o Choisir des aliments peu riches en graisse. Privilégier des modes de cuisson sans ou avec peu de matières grasses B. Anomalies du métabolisme du galactose et fructose Rappel : le fructose comme le galactose rejoignent le métabolisme du glucose : - Le galactose le rejoint au niveau du G6P - Le fructose peut le rejoindre au niveau du Fru6P ou au niveau du GAP (glycéraldéhyde phosphate). —> leur métabolisme sont à connaître! Flèches rouge = enzymes pouvant être déficitaires Pour le galactose : le galactose doit être phosphorylé par une galactokinase ce qui donne du galactose 1 phosphate. Il est ensuite transformé par l’action conjuguée d’une Gal- 1P-uridyl transférase, d’une épimérase et d’une UDPG- pyrophosphorylase pour finalement donner du glucose 1P qui rejoindra la glycolyse par la transformation en Glc6P Pathologie : déficit en Gal-1P-uridyl transférase qui donne une galactosémie (intolérance au galactose), rare, à cause d’une augmentation de la concentration de galactose dans le sang. Pour le fructose : le fructose peut rejoindre la glycolyse via une hexokinase (dans le muscle) en donnant du Fru-6P. Dans le foie, un a plutôt une fructokinase qui le transforme en Fru-1P. Ce dernier va, sous l’action du Fru-1P aldolase, donner du glycéraldéhyde et du DHAP. Le glycéraldéhyde peut être phosphorylé sous l’action d’une triose kinase pour donner du GAP. Pathologie : déficit en Fru-1P-aldolase donne une fructosémie (intolérance au fructose), à cause d’une augmentation de la concentration du fructose dans le sang. Page 4 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Ce sont des maladies rares car ce sont aussi des pathologies autosomiques récessives. Rappel : si le chromosome X d’un garçon est touché, il aura la maladie car il n’a pas de copies de ce gène alors que chez une fille, elle aura une paire de chr X donc les deux chr devront être touchés pour donner la maladie. a. Galactosémie Type 1 = galactosémie sévère « classique », mutation de GALT. La fréquence de la maladie est de 1/40-60 000, elle se transmet de façon autosomique récessive, rare. Activité GALT absente ou très réduite. On aura donc des concentrations en galactose et en Gal-1-P élevées et intolérance/toxicité de celui-ci. Manifestations cliniques dès les 1° jours de vie (ingestion lait) -> dépistage néonatal. Symptômes de défaillance hépatorénale : vomissements, ictère, hypoglycémie. Puis retard de croissance, léthargie, déficit cognitif. Défaut d'activité des polynucléaires -> risque infectieux de septicémie à E. Coli potentiellement létale dans la période néonatale. S’il n’y a pas de traitement mis en place : cirrhose, retard mental et cataracte, voire décès. Type 2 = Déficit en GALK galactokinase (rare) → cataractes Type 3 = Déficit en GALE épimérase (très rare) → les conséquences peuvent être plus ou moins sévères. Ne posera pas de question sur les types de galactosémie. Ne posera des questions que sur l’origine de la maladie = déficit en GALT = type 1 - Traitement par éviction de galactose : lait, laitages et viande. Chez les enfants, apport protéique par soja, ou hydrolysat d'acides aminés si [Gal-1-P] diminue trop lentement. Pb : le taux de gal-1-P ne se normalise jamais → complications à long terme : retard de langage, pb d'apprentissage et psychologiques, tremblements, ataxie, dystonie et, chez filles, insuffisance ovarienne Hypothèses (ne pas retenir): - glycosylation anormale, en prénatal, de différentes glycoprotéines, mucopolysaccharides, glycolipides - Mais aussi après la naissance et chez l’adulte : déficit en UDPGal = donneur de résidus galactosyls pour la glycosydes glycoprotéines et des glycolipides - intoxication exogène par des sources insoupçonnées de Gal - auto-intoxication par synthèse endogène érythrocytaire de Gal-1-P à partir d'UDP-Gal b. Fructosémie Déficit en fructose 1-phosphate aldolase (aldolase B) Prévalence en europe : 1/18 000 – 1/30 000 ) - Autosomique récessif. Page 5 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Signes digestifs (vomissements), malaises post-prandiaux → coma, convulsions, insuffisance hépatocellulaire et rénale, restriction de croissance. Hypoglycémies possibles (cf blocage de la glycogène phosphorylase) Biologie : après ingestion de Fr, ↓ glucose (glucagon insensible), ↓ phosphate, ↑ lactate, acide urique, Alanine Traitement : Exclusion stricte fructose, saccharose (sucre de table) et sorbitol Complément vitamines hydrosolubles Régime peut contenir glucose, maltose (amidon de maïs), galactose, lactose, xylitol Seuls « fruits » autorisés : citron, rhubarbe, fruits à coque Légumes autorisés, tous sauf : carottes, tomates, patate douce Autorisés : viandes, poissons, laitages, œufs, céréales, huiles, graisses II. Maladie métaboliques héréditaires concernant le métabolisme des lipides (hors dyslipidémie) Exemple de maladies métaboliques héréditaires liées à des anomalies de la β- oxydation Nous allons voir ici des déficits qui sont souvent observés en pédiatrie comme la plupart des maladies héréditaires du métabolisme mais qui sont à connaître aussi chez l’adulte. A. Introduction AGLC = AG à longues chaînes, AGMC = AG à chaînes moyennes, AGTLC : AG à très longues chaînes CAT = carnityl-acyl transferase I et II (+ translocase) Lors Lors de la β-oxydation, il existe des déshydrogénases spécifiques pour les AGTLC, AGLC, AGMC. La β-oxydation (métabolisme à connaitre) est la formation d’acétyl CoA qui a lieu essentiellement dans les péroxysomes ou les mitochondries, à partir des acyl-CoA qui perdent 2 carbones à chaque tour de spire. Page 6 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Dans les mitochondries, on a les acides gras à longue chaîne. Et dans les péroxysomes nous avons les acides gras à très longue chaîne. Un choix s’effectue alors au moment de la dégradation, les très longues chaînes entrent dans un transporteur et sont oxydées dans les péroxysomes alors que les longues chaînes sont dégradées la mitochondrie où elles sont transformées en moyenne chaîne. Il existe deux déficits, un qui touche les dégradations d’acides gras à moyenne chaîne (déficit en MCAD) dont nous allons parler et l’autre touchant le transporteur qui permet l’entrée des acides gras à très longue chaîne (rare). B. Déficit en MCAD (Medium-Chain Acyl-coenzyme A Déshydrogénase) : (dans la mitochondrie) a. Description, Physiopathologie Il existe une quinzaine de maladies métaboliques héréditaires liées à des anomalies de la β-oxydation. Chaque étape des voies de transport (acyl-carnitine) ou d’oxydation peut être le siège d’un déficit. Le déficit en MCAD, c’est-à-dire en déshydrogénase des acides gras à chaîne moyenne (6-12C) est le plus fréquent  prévalence de 15/100 000. (C’est rare) mais il est très important sur le plan énergétique. La symptomatologie est liée à l’accumulation d’acyl-CoA à chaîne moyenne (→ plus de β-oxydation) et au défaut de production de corps cétoniques lors du jeûne. Les acyl-CoA accumulés peuvent quitter la cellule sous forme d’acylcarnitines ou d’acylglycines. Ils peuvent aussi être oxydés dans la cellule (RE) par l’ω-oxydation (sur le carbone ω) → cela donne des acides dicarboxyliques (sont dosés pour faire le diagnostic biochimique de la maladie) En général (si pas dépistage), découverte vers 3-15 mois donc dans la première année, c-à-d après l’arrêt de l’alimentation nocturne (jeûne) qui amène à des malaises hypoglycémiques – hypocétoniques (reflet de l’anomalie de la β-oxydation +++) La tolérance ↑ avec l’âge. La découverte peut se faire chez l’adulte à l’occasion d’une décompensation. Risque de décompensation grave (chez l’enfant et chez l’adulte) : – Troubles neurologiques (cf hypoglycémie parfois accompagnés d’hyperammoniémie) peuvent être mortels. – Mort subite par troubles du rythme cardiaque (au cours d’un jeûne prolongé ou stress, la β-oxydation assure l’apport énergétique des muscles, en particulier pour le myocarde (jusque 90% de ces apports). Morbidité : insuffisance hépatocellulaire, retard mental, troubles du langage, du comportement, faiblesse musculaire, convulsion, encéphalopathie chronique ou retard de croissance. Page 7 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Donc intérêt du dépistage néonatal – En l'absence de dépistage néonatal, risque de mortalité ≈ 20 %. – Si dépistage néonatal, le risque cumulé de décès à 2 ans est 4 fois moindre. Et s’il y a une prise en charge correcte → presque pas de morbidité. Prise en charge => surveillance par dosage de l’octanoylcarnitine plasmatique (C8) (se réalise assez facilement) réalisé sur une goutte de sang prélevée au talon du nouveau-né et recueillie sur papier buvard (Test de Guthrie), au 3ème jour de vie + régime alimentaire adapté. Les autorités de santé ont préconisé ce dépistage en France en 2011. Savoir expliquer le déficit en MCAD !!! b. Diagnostic biologique Repose sur : – Bilan énergétique : (on dose les composés qui sont importants pour le métabolisme énergétique) glucose, glycémie, acides gras libres, corps cétoniques, acide lactique, lactate, pyruvate, et acides aminés plasmatiques – Si hypoglycémie hypocétonique => anomalie de la β-oxydation Si β-oxydation fonctionne, nous avons une cétose associée à une hypoglycémie ◌ Acides organiques urinaires : ↑ acides dicarboxyliques à chaîne moyenne (C6-C8-C10) ◌ Acylcarnitines plasmatiques : ↑ acyl-carnitines à chaîne moyenne (C6 à C10) D’un point de vue génétique : – Mise en évidence de la mutation du gène ACADM – Rarement fait aujourd’hui : culture de fibroblastes de peau ou de lymphocytes => analyse des acylcarnitines dans les cellules et dans le milieu de culture après incubation avec de l'acide palmitique radioactif et de la L-carnitine. Mesure de l'activité enzymatique : production d’octénoyl-CoA (C8:1). c. Prise en charge Diététique – Éviction du jeûne => alimentation régulière (pour palier au risque d’hypoglycémie), sucres lents. – Pas de régime (exclure laits contenants des TG à chaînes moyennes). – Supplémentation en L-carnitine (si déficit). Prévention des épisodes de décompensation – Dès que l’enfant est malade ou rompt son rythme de vie habituel, la tolérance au jeûne est raccourcie → repas au coucher, réveils nocturnes... – Effort physique → risque de rhabdomyolyse → prise de sucres lents avant Prise en charge des épisodes de décompensation – Bloquer le catabolisme et relancer un anabolisme métabolique par le glucose qui bloque la lipolyse. – Éliminer les acyl-CoA sous forme d’acyl-carnitines par prescription de L-Carnitine (mais pas toujours efficace mais c’est supposé améliorer l’excès d’acyl-CoA). Page 8 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L III. Anomalies du métabolisme des acides aminés A. Hyperammoniémies (anomalies du cycle de l’urée hors encéphalopathies liées à l'insuffisance hépatique acquise) Les anomalies du cycle de l'urée sont rares et provoquent des hyperammoniémies, signes d'insuffisance hépatique. Par ailleurs, il existe une aminocinopathie qui est à connaitre, recherchée de manière systématique, connue sous le nom de PC (phénylcétonurie), une anomalie du métabolisme détectée par des petites gouttes de sang prélevées sur le talon. C'est une condition grave mais facilement traitable. C’est important d’avoir un test pour dépister la maladie mais encore plus d’avoir un traitement qui suit (ce qui n’est pas souvent le cas). a. Rappel, métabolisme des acides aminés Le NH4+ (l’ammonium) est toxique, c’est pourquoi le métabolisme des acides aminés est structuré de manière à éviter sa libération excessive dans le sang circulant ou dans les cellules, en dehors des mitochondries. Rappel : Les AA possèdent un groupe amine et un groupe carboxylique. 1) Les groupes amines sont convertis en ions NH4+ après 2 réactions. Hyperammoniémie = accumulation de NH4+ toxique pour l’organisme (NH3+ lorsqu'il est lié aux acides aminés (AA) et NH4+ lorsqu'il est libéré).  Transamination (transaminase) : Le groupement amine de NH3 n’est pas directement lié aux AA mais est transféré sur l’α-cétoglutarate (α-KG) pour donner du glutamate. NH3 transféré sur α-cétoglutarate (α-KG)  Glu  La désamination oxydative du glutamate, catalysée par l'enzyme glutamate déshydrogénase, génère de l'α-cétoglutarate, (foie++, peu rein) et libère de l’ammonium (NH4+). Cet ammonium est ensuite intégré dans le cycle de l'urée pour être éliminé de l'organisme. La GDH est mitochondriale (compartimentalisation qui permet une séquestration de NH4 + qui est toxique). La transamination est réversible et c’est d’ailleurs une transamination « dans les deux sens ». (Dans diapo mais pas dit). La toxicité de NH4+ serait liée à l’hypersynthèse de glutamine et de glutamate : La cellule peut diminuer la quantité de NH4+ en utilisant l'azote de l’α-cétoglutarate (α-KG) pour former du glutamate. Cependant, lorsqu'il y a un excès de NH4+, l’α-KG, normalement utilisé dans le cycle de Krebs, Page 9 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L est détourné pour produire davantage de glutamate, ce qui finit par bloquer le cycle de Krebs. En conséquence, sur le pan énergétique la cellule souffre. Il y a une explication plus physique également :  Augmentation de la pression osmotique (du fait de l’augmentation du NH4+ )  œdème intracérébral  blocage du cycle de Krebs (et chute de la production d’ATP) car l’α-KG est détourné (au lieu de participer au cycle de Krebs) pour former du glutamate. Glutamine et glutamate participe à l’augmentation de la pression osmotique. Le blocage du cycle de Krebs explique la toxicité neurologique, car les cellules neurologiques produisent et utilisent beaucoup d’ATP souffre en premier lieu de ce déficit. NB : Causes possibles d’hyperammoniémie : Une atteinte du foie = insuffisance hépatique (ex : cirrhose alcoolique)  pas de synthèse de l’urée. Un trouble métabolique génétique dans les maladies héréditaires du métabolisme avec un déficit d’une des enzymes du cycle de l’urée. 2) Le NH4+, toxique à l’état libre, est transporté dans le sang (vers le foie et le rein) surtout sous forme de Gln (glutamine) et Ala (alanine) Objectif : Savoir comment le NH4+ est masqué et éliminé par les AA Un mode d'élimination de l'azote : le cycle de l'urée dans le foie. Le NH4+ est transformé en urée (NH2), qui diffuse dans le sang, puis est transportée jusqu'aux reins pour être excrétée dans l'urine. La majeure partie de l'azote dans l'organisme est ainsi éliminée sous forme d'urée. L’ammonium est masqué dans le sang par des acides aminés qui sont essentiellement l’alanine et la glutamine :  -L’alanine va donner du Pyruvate, et ce dernier peut aussi donner de l’alanine…etc (donc il y a une économie de l’azote des AA) = Forme de masquage de l’azote Dans les muscles = transaminations sur le pyruvate par exemple avec une transaminase appelée ALAT. L’alanine passe dans le sang. Puis on a une transamination dans l’autre sens, dans le foie, avec formation de glutamate qui peut ensuite se désaminer directement car dans ce cas, l’azote pourra être éliminé sous forme d’urée.  -Le glutamate qui donne de la glutamine= autre forme de masquage de l’azote La glutamine est l’autre acide aminé : le glutamate dans les tissus périphériques, sous l’action de la glutamine synthétase, peut redonner de la glutamine qui passe dans le sang et qui peut être désaminée à la fois dans les reins et dans le foie sous l’action d’une glutaminase. (La partie en italique = le prof n’en a pas parlé avec autant de précisions cette année mais on laisse pour plus de compréhension.) Page 10 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L 3) L’ammoniac est converti en urée dans le foie = cycle de l’urée (cycle de l’ornithine) Le point de départ de ce cycle est la synthèse du carbamyl phosphate à partir de CO₂ et de NH₄⁺.  Étape 1 : Formation de la citrulline : Le carbamyl phosphate, en s'ajoutant à l'ornithine, forme la citrulline.  Étape 2 : Formation de l’arginosuccinate : La citrulline, en se liant à l’aspartate, produit l’arginosuccinate. À cette étape, l’aspartate apporte le deuxième atome d’azote de l’urée.  Étape 3 : Formation de l’arginine : L’arginosuccinate libère du fumarate et forme de l'arginine.  Étape 4 : Libération de l’urée et recyclage de l'ornithine : L'arginine, sous l’action de l’arginase, se convertit en ornithine, bouclant ainsi le cycle. Cette étape permet également la libération de l’urée, grâce à l'ajout d'eau.  Composition de l’urée : L’urée est constituée de deux atomes d’azote, d'un atome de carbone et d'un atome d'oxygène. 80% de l’azote est éliminé sous forme d’urée (environ 10kg/an d’urée dans les urines) - Le reste est éliminé dans les urines essentiellement sous forme de NH4+ par désamination rénale (et non sous forme d’urée), et sous forme d’acide urique « Le 1er azote de l’urée vient du NH4+ libre » Ce NH4+ provient de la désamination de Glu sous l’action de la GDH mitochondriale (ou éventuellement de la désamination de la glutamine par action de la glutaminase également mitochondriale) « Le 2ème azote de l’urée vient de l’aspartate » L’aspartate est synthétisée par transamination de l’OA (oxaloacétate), le donneur d’amine étant le glutamate (catalysée par ASAT). b. Hyperammoniémies par déficit congénital 1) Les dosages biologiques A la naissance, devant des troubles neurologiques, il faut penser à doser l’ammoniac. 2) Dosage de l’ammoniac (= dosage de l’ammoniémie dans ce cas précis) (délicat) - Prélèvement éloigné d’une prise alimentaire protéinée (car le dosage y est très sensible), tube hépariné ou EDTA. Pas de sérum car désamination des AA en cours de coagulation va perturber le dosage. - Acheminer rapidement < 15min et à 4°C : car NH3 augmente de 1 µmol/L/min à 20°C. Conservation 2h à 4°C, 48h à -20°C. - Centrifugation : si elle est trop lente : plasma riche en plaquettes et NH3 ↗ ; si elle est trop rapide, cela réchauffera le plasma et le NH3 ↗ - Interférence possible surtout avec l’hémolyse - Attention hémolyse, ictère, lactescence - N : < 60 µmol/L (exception : 6 premiers jours < 150) Page 11 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L => dosage délicat car pleins d’interférences mais utile en pédiatrie notamment en néonatologie pour essayer d’éclairer les maladies métaboliques de l’enfant. Chez l’adulte la dosage à l’ammonium n’est pas trop fait, on utilise d’autres protéines. Savoir que les hyperammoniémies existent. Autres dosages : effectués si hyperammoniémie (chez l’enfant principalement mais possibilité de formes tardives) - Ionogramme sanguin, pH, bilan hépatique, hémostase, hématologie - En phase de décompensation ; immédiatement En phase métabolique stable : le matin à jeun - Chromatographie des AA sanguins, des Acides organiques urinaires - Dosage de l’acide orotique qui est important 3) Exemple de déficit par anomalie des enzymes du cycle de l’urée Déficit en CPS et OCT : Ce sont les plus sévères des anomalies du cycle de l’urée. → 1 à 2 jours après la naissance : mouvements anormaux, troubles du tonus, coma allant jusqu’au décès. Le déficit en OCT (lié à l’X) est le plus fréquent. (Il ne demande pas de retenir les différences entre CPS et OCT, mais savoir qu’il y a une augmentation des AA car il y a un déficit) Dans le cas d’un déficit en OCT et CPS :  Augmentation de la glutamine, de l’alanine et de la glycine : o La glycine augmente car le NH3 se combine avec le HCO3– pour la synthèse de novo de la glycine, ce qui absorbe en quelque sorte la quantité d’ammonium produite.  Augmentation de la lysine : o La lysine augmente car l’enzyme qui la dégrade utilise l’α-KG, et l'α-KG est consommé par l’ammonium. En conséquence, la lysine augmente par manque de dégradation.  Diminution des acides aminés du cycle de l’urée : o Les acides aminés du cycle de l'urée diminuent car ils ne sont plus produits par le carbamyl phosphate, 3 qui intervient normalement pour maintenir ces AA Ce qui différencie le déficit en CPS et OCT, c’est l’orotate. L’orotate (précurseur pour synthèse UMP) est synthétisé à partir du carbamyl phosphate qui est produit en excès du fait blocage OCT On peut donc faire une différence : l’orotate est très augmentée en cas de déficit en OCT et beaucoup moins dans les autres anomalies du cycle de l’urée. 4) Traitement des déficits enzymatiques (Il est passé très vite là-dessus) Objectif : → élimination des déchets azotés accumulés et le maintien d’une homéostasie azotée pour prévenir Page 12 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L l’accumulation d’ammoniac. → prise en charge au long cours afin d’éviter de nouveaux excès. Pour faciliter l’épuration de l’azote : Benzoate et Phénylbutyrate Le prof demande juste de connaître qu’il peut y avoir un déficit en Carbamyl-Phosphate Synthétase (CPS) et en Ornithine TransCarbamylase (OCT). Comme vu précédemment dans les blocages du cycle de l’urée, lors d’un déficit en CPS la première étape de transformation de l’ammonium en carbamyl phosphate est bloquée. L’ammonium va donc être utilisé pour fabriquer de la glycine. La glycine augmente donc considérablement. Le benzoate va utiliser la glycine pour faire de l’Hippurate. L’hippurate va alors s’éliminer. Une mole de benzoate permet d’épurer une mole de NH3. Le phénylbutyrate va éliminer la glutamine et donc le glutamate en les transformant en phénylacétyl- glutamine. Donc on aura deux groupements amine qui peuvent être éliminés sous forme de phénylacétyl-glutamine. Une mole de phénylbuturate permet d’éliminer 2 moles d’NH3 Des drogues peuvent être utilisé pour faciliter l’épuration de l’azote B. Aminoacidopathies (pas relié au cycle de l’urée) 1. Exemple de la Phénylcétonurie (PCU) « la plus importante à connaitre » (fait partie des items aux EDN) La plus fréquente des aminoacidopathies. La phénylcétonurie est due à l’excès de Phénylalanine (Phe) dans le sang. Littéralement, phénylcétonurie veut dire présence de phénylcétone dans les urines, mais c’est en fait surtout la présence d’acide phénylpyruvique. Autosomique récessive, mais pas si rare ; ≈ 1/16 000 naissances en France C’est une des seules maladies métaboliques à ne pas induire de décompensation aiguë. Mais il y a un retard mental sans prise en charge, alors que si un traitement précoce est mis en place ils n’auront pas de gros problèmes. → dépistage obligatoire à la naissance  Cause : L'absence de dégradation de la phénylalanine (Phe), normalement transformée en tyrosine sous l'action de l'enzyme phénylalanine hydroxylase. Cette étape est inhibée en raison d'une mutation du gène PHA qui code pour la phénylalanine hydroxylase. Schéma explicatif : -À droite (condition normale) : La phénylalanine se transforme en tyrosine grâce à la phénylalanine hydroxylase. -À gauche (absence de phénylalanine hydroxylase) : En l'absence de cette enzyme, des produits de transformation de la phénylalanine s'accumulent et deviennent toxiques. Page 13 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L  Origine de l'anomalie : La mutation du gène PHA codant pour la phénylalanine hydroxylase est responsable dans 98% des cas. Dans 2% des cas, elle est due à un déficit en coenzyme, la tétrahydrobioptérine (BH4). Il y a plus de 700 mutations connues. 2. Catabolisme normal de la Phe Rôle de la dihydrofolate réductase :  Cette enzyme intervient pour régénérer la tétrahydrobioptérine (BH4). Bien qu’il puisse exister des anomalies de cette enzyme, celles-ci sont rares ; la cause principale des troubles reste une mutation du gène PHA. Dérivés toxiques de la phénylalanine :  En cas de déficit en phénylalanine hydroxylase, la phénylalanine est transformée en plusieurs composés toxiques sous l'action de la déshydrogénase :Acide phényllactique / Acide hydroxyphénylacétique/ Acide phénylacétique La dihydrofolate réductase intervient pour régénérer la tétrahydrobioptérine (il peut également y avoir des anomalies au niveau de cette enzyme mais cela reste très rare c’est surtout le PHA qui est en cause). Dérivés toxiques de la phénylalanine : acide phényllactique, acide hydroxyphényl acétique et acide phénylacétique. (Obtenus par l’action de la déshydrogénase) 3. Mutation en cause dans la phénylcétonurie - Mutation de la PHA (98% des cas) : Suivant les sujets on va avoir différents types de mutation même si c’est une maladie monogénique. Dans la structure de la PHA, on retrouve une région catalytique, une région régulatrice et une région de tétramérisation car c’est une enzyme qui agit sous la forme de tétramère. Page 14 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L - Mutation induisant un déficit en synthèse ou recyclage du BH4 (2% des cas) : Conséquences : HyperPhe et déficit en Tyr NB : BH4 est utilisé par les hydrolases des 3 AA aromatiques donc son déficit a de plus grosses répercussions qu’un déficit en PHA. 4. Physiopathologie de la PCU (= phénylcétonurie) Plusieurs métabolites toxiques s’accumulent dans le cerveau : Dû essentiellement à la Phe elle-même mais aussi aux métabolites secondaires (phénylactate, phénylpyruvate et phénylacétate) Le déficit en PHA est responsable d’un déficit en Tyr, qui devient un AA essentiel (ne l’est pas naturellement) : Déficit en neurotransmetteurs (dont Tyr est précurseur) : dopamine, adrénaline, et noradrénaline. Déficit en mélanine (dont Tyr est précurseur) -> anomalies cutanées et phanériennes Déficit possible en hormones thyroïdiennes (dont Tyr précurseur) Il existe un déficit en tryptophane (Trp). Ceci est dû au fait que la Phe entre en compétition avec les autres AA neutres pour pénétrer dans le cerveau (transporteur commun) et en particulier avec le Trp. Le Trp est un précurseur de nombreux neurotransmetteurs en particulier la sérotonine  anomalies assez variées notamment l’anomalie de la synthèse de la myéline. Lésions neurologiques : Initialement réversibles mais qui deviennent irréversibles si exposition chronique. Il n’y a pas de stricte corrélation entre le génotype et le phénotype (car énormément de mutations possibles) et il existe une grande hétérogénéité de l’expression clinique (gènes modificateurs ?). Le pronostic intellectuel est lié aux taux intracérébraux de Phe dont les taux sanguins ne sont qu’un reflet infidèle. 5. Description clinique de la phénylcétonurie - Enfants non traités (non dépistés, normalement c’est obligatoire) : Page 15 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Signes neurologiques : retard mental, troubles du comportement, épilepsies, spasmes (en flexion). Troubles des phanères, hypopigmentation (peau pâle, cheveux blonds, yeux bleus), eczéma. ➔ Le dosage de la phénylalaninémie maternelle doit être effectué chez toute femme dont l’enfant présente une microcéphalie inexpliquée et/ou des signes d’embryofoetopathie non étiquetée qui peuvent être dus à une phénylcétonurie maternelle non diagnostiquée. Permet de savoir s’il n’y a pas eu d’intoxication chez l’enfant in utéro. - Patients plus âgés non traités : retard mental profond, stable après l'enfance, hyperactivité, auto- agressivité, comportement autistique. - Facteurs de bon pronostic : prise en charge le plus précocement possible, régime strict et respecté jusqu'à 10 ans, et après il y a une compensation qui se fait plus facilement donc l’observance est plus importante. 6. Dépistage Il existe depuis 1967 (anciennement, test de Guthrie), associé depuis 1975 au dépistage systématique de : Hypothyroïdie Hyperplasie des surrénales Mucoviscidose (Drépanocytose pour les populations à risque) Le dépistage de la phénylcétonurie consiste en un dosage de la phénylalanine par colorimétrie, prélèvement par piqûre au talon et dépôt de gouttes sur « buvard ». Taux de Phénylalanine à J3 : Si le premier dosage est compris entre 3 et 5 mg, un second dosage est réalisé. Si celui-ci est inférieur à 3,5 mg, c'est normal, s’il est compris entre 3,5 et 10 mg on réalise une consultation dans la semaine et si le dosage est supérieur à 10 mg le patient est hospitalisé dans les 48 heures. (pas retenir les valeurs, juste le principe) Si le dépistage est positif et confirmé par une chromatographie des AA plasmatiques il faut : Eliminer les causes secondaires : - Pathologie hépatique (la PHA s’exprime essentiellement dans le foie) - Autre aminoacidopathie (tyrosinémie, leucinose) - Hyperphénylalaninémie transitoire du prématuré (le plus - Fréquent) - Médicament (triméthoprime, méthotrexate, antifoliques) Éliminer un déficit de la voie des ptérines : les ptérines interviennent dans l’activité de la phénylalanine hydroxylase (PHA) → profil urinaire des ptérines (recherche déficit synthèse de novo) → dosage de l’activité DHPR = dihydroptérine réductase (recherche déficit recyclage) Analyse du gène PHA (+/- DNAJC12) (se fait couramment maintenant) Page 16 sur 17 UE Nutrition – Biochimie 07/11/24 Pr Feugeas - 8h-9h Binôme 87 : C&L Identifier la forme phénotypique de l'HPA : Si la PCU > 6 mg/dl, on a une HPA, si entre 3 et 6 mg/dL, c’est une hyper phénylalanine modérée. Dans le cas de l’HPA, on fait un test de réponse au BH4 (pour déterminer l’intégrité du BH4). Test de réponse au BH4 (si Phe > 6 mg/dl) : Doser Phe dans la fratrie, quel que soit l'âge des enfants car certaines formes peuvent se révéler tardivement. 7. Traitement Traitement médicamenteux :  BH4 (Saproptérine (Kuvan)) : Forme synthétique de tétrahydrobioptérine (cofacteur de la PHA) ; efficace chez patients avec activité PAH résiduelle ~ 20%–56% des patients. Le test BH4 prédit la réponse au traitement  Phénylalanine ammonium lyase (Pegvaliase) : Enzyme d’origine végétale qui catalyse la dégradation de Phe (en acide transcinnamique et ammonium).  Pegvaliase = PEGylation de la phénylalanine ammonium lyase, (PEGylation signifie que la phénylalanine est associée à du polyéthylène glycol).  La PEGylation diminue l’immunogénicité de l’enzyme (origine végétale) et améliore sa stabilité. Prise par injection sous cutanée Mars 2018, dépôt d’AMM. Utilisé en 2019 pour les formes non stabilisées de PCU -> efficace (mais effets secondaires : arthralgies, réactions immunoallergiques.). Traitement diététique (le + important) : chiffres à titre indicatif  0 à 12 ans : Régime strict pendant toute la croissance cérébrale (le taux de Phe doit être < 6 mg/dl) : Suppression de toutes les protéines animales, restriction des protéines végétales, remplacement par des substituts sans Phe (enrichi en Vit et oligoéléments), surveillance bilan martial (pour les carences), phosphoCa, B12, VitA, lipides, Se, Zn, carnitine.  12-18 ans : Sévérité du régime à considérer au cas par cas selon la tolérance cérébrale à l'hyperphénylalaninémie et selon l’équilibre psychoaffectif  12-15 ans : taux doit être < 10 mg/dl ; 15-18 ans : taux doit être < 15 mg/dl.  Adulte : arrêt du substitut, régime normoprotéique (0,75 g/kg/j). Le taux de Phe doit être < 20 mg/dl. On surveille le fer, le Ca et la B12.  Reprise du régime strict : < 5 mg/dl avant grossesse => risque de toxicité pour le fœtus (IMPORTANT) Rythme de contrôle des taux sanguins de Phe (par « buvard » comme pour le dépistage) : De 0 à 1 an : hebdomadaire. De 1 à 12 ans : au moins bimensuel. De 12 ans à 18 ans : au moins mensuel Adulte : au moins quatre fois par an Page 17 sur 17