H2024 - MMD1045 Génétique #8 GM 2de2 PDF

La génétique biochimique (diapos : partie 2 de 2) Grant Mitchell, m.d. Médecin généticien CHU Sainte-Justine [email protected] Normal Concentrations of "Unmeasured Cations" and "Unmeasured Anions." CATIONS ANIONS Na Cl + HCO3 acide carbonique = anion non mesurée différence en...

La génétique biochimique (diapos : partie 2 de 2) Grant Mitchell, m.d. Médecin généticien CHU Sainte-Justine [email protected] Normal Concentrations of "Unmeasured Cations" and "Unmeasured Anions." CATIONS ANIONS Na Cl + HCO3 acide carbonique = anion non mesurée différence entre les deux = c'est le trou Regarder les électrolytes et les gax sanguins Principe : autant de composé chargé positif que de chargé négatif Pour l'anion cap = c'est le sodium Anion Gap = Na+ - (Cl- + HCO3-) = ~ 7 – 16 mmol / L (voir valeurs précises pour chaque laboratoire) Oh MS, Carroll HJ. N Engl J Med 1977;297:814-817. Exemple Electrolytes • Na 140 • K 4.0 • Cl 109 Gaz sanguin • pH 7.39 • pCO2 32 • HCO3- 20 Pas beaucoup d'acide organique en surplus dans son sang Na – (Cl + HCO3-) = AG = 140 – (109 + 20) = 11 mEq/L donc normal Metabolic Acidosis with Increased Anion Gap (Normochloremic Acidosis). corps cétonique PLUS: AUTRES ACIDURIES ORGANIQUES Oh MS, Carroll HJ. N Engl J Med 1977;297:814-817. Principes • L’analyse des tests routiniers peuvent suggérer une erreur innée. • Le métabolisme est dynamique. Le profil diagnostique est souvent à son plus évident lors des épisodes de décompensation, d’où l’importance de prendre les échantillons critiques. • Beaucoup de composés du métabolisme intermédiaire peuvent être mesurés, ce qui aide à préciser le diagnostic. 3 tests spécialisés, décompensations métaboliques aiguës Le corps aime l'azote : on souhaite le garder • Chromatographie des acides aminés PLASMA • Acylcarnitines • Chromatographie des acides organiques (URINE, essayez pour 5 mL, sur glâce -> labo). • [Reniflez!! (pot fermé à la T° pièce, couche, cire des oreilles)] Pas réabsorpbé plus concentr dans l'urine que dans le sang PRINCIPE AA Filtrés mais réabsorbés -> SANG (PLASMA) NH4 AO Filtrés & excrétés -> URINE Maladie métabolique héréditaire néonatale Histoire de cas • Garçon âgé de 10 jours avec somnolence, hypotonie et troubles respiratoires • Histoire familiale, grossesse, naissance et période postnatale immédiate: normales. • Congé à 36 heures de vie (normale). PUIS: • Diminution progressive des boires • À l’examen: hypotonie axiale > périphérique • Somnolence progressive -> coma test pour les corps cétoniques • Pas d’acidose, pas d’hypoglycémie, acétest (-) de: Pierre Allard, PhD FCCMG, Labo de génétique biochimique, CHU Ste-Justine 0 10 20 30 40 50 60 Minutes 70 80 90 100 110 mVolts 110 arg (carn) 100 (ans) lys ala thr 1-mhis (ohl-dl) amm (etn) (gaba) (hcyst) (ans) arg (carn) lys orn tyr (b-aib) phe (b-ala) std int N-leu ileu met leu cys l-allo-ile (cysta1) (cysta2) cit a-anb trip his 3-mhis 200 trip his 3-mhis orn std int sa2 90 1-mhis amm 80 (ohl-dl) (etn) (gaba) 70 tyr (b-aib) phe (hcyst) leu 60 (b-ala) ileu 50 met 450 val 40 std int N-leu gly ser urea std int sa2 val 300 cys l-allo-ile (cysta1) (cysta2) ala 30 a-aadp (sar) asn glu asp tau 350 mVolts gln gly 400 cit a-anb 600 20 a-aadp 350 gln 10 ser 0 (sar) 250 thr 300 urea pser (petn) 250 asn glu tau Leucine, Isoleucine, Valine 600 asp pser (petn) Patient mVolts Normal mVolts Chromatographie des acides aminés Name 570 nm 20125497 600 550 550 500 500 450 450 400 350 300 250 200 150 150 Minutes 120 120 130 Name 570 nm 20125076 600 550 550 500 500 450 400 400 350 300 250 200 200 150 150 130 Diagnostic: la Leucinose • = Maladie des urines à la senteur du sirop d’érable; maple syrup urine disease, MSUD. • Déficience de la déshydrogénase des acides organiques à chaîne ramifiée, qui dégrade la chaîne carboné de la leucine, l’isoleucine et la valine, après leur transamination (BCKADH). • Cofacteur: Thiamine (vitamine B1) Leu Ile Val AlphaCéto acides Vit B1 BCKADH Vitaminothérapie on peut donner une quantité plus élevée de co-facteur, la vitamine en concentration élevée peut stabiliser une enzyme, mutation spécifique dont le co-facteur est très efficace, mais on ne perd pas grand chose • B1 (ex: leucinose, pyruvate déshydrogénase) • B2 (acyl CoA déshydrogénases) • B6 (homocystinurie; atrophie gyrée, convulsions B6-dépendantes) • Biotine (déficience en biotinidase; déf en carboxylases) • Bioptérine • Vit E, A, D, coenzyme Q, carnitine… Seules certaines mutations répondent au traitement avec les vitamines cofacteurs. EST-CE QUE LA RESTRICTION DIÉTÉTIQUE SUFFIT DANS LA SITUATION D’UNE INTOXICATION AIGUË? Ex . Leucinosne = NON Leucinose décompensée Protéine Catabolisme 75 Tissus Anabolisme urée dégradn énergie ~90 aa (tissu) Sécrétions G-I aa (sang) Absorption 160 70 aa Diète ~0g/j Perte G-I 10 • Dans la leucinose, les métabolites accumulées sont toxiques, pouvant causer une déficience intellectuelle voire un décès. • Pertes autre que dégradation = minimes. • Diminution par diète seule = trop lente • Il faut trouver un moyen d’épurer qui est plus rapide que les différents processus physiologiques. Épuration des petites molécules Periton Ammonia 1 Glutamine 1 Leucine 1 Hemo* CAVH CAVHD Diuresis* 9 - 30 +++ efficace 1 1.4 2 1.9 6.4 - 8.0 Methylmalonic 1 2 Urea 24 1 4.7 pas épuré par le rein 0.05 2.7 2.3 4.6 4.4 Lemyre, E, in preparation; several sources • Dans les situations d’intoxication aiguë comme la leucinose décompensée, une épuration initiale est nécessaire. enlever dans le sang directement * Hémo = hémodialyse; Diuresis = excrétion urinaire physiologique normale. Histoire clinique, conclusion • Le patient se réveille en cours de la dialyse. • Prise en charge subséquente: comme pour la PCU: régime hypoprotidique selon le taux de leucine. Complété par aliments spéciaux spécifiques pour la leucinose • (Thiamine). Comprendre la leucinose : Les concepts • Histoire – Pourquoi l’intervalle libre et coma progressif ? • Signe: pourquoi l’odeur anormale ? • Rapidité de la prise en charge en urgence (parce que toxicité aiguë) – Penser au diagnostic – Traiter par épuration en urgence Ici revoir note de qqn AO volatile physiologique des aa qui sont retenue par le corps Maladie Métabolique Héréditaire Aiguë chez le Nourisson. Histoire de cas • Un garçon âgé de 13 mois se présente pour diarrhée et vomissements. • L’histoire antérieure est sans particularité. • Un examen physique est normal. Il est renvoyé à la maison. • Il est « très fatigué ». On le couche au retour de l’hôpital. • Le lendemain il est impossible de le réveiller -> ambulance -> convulsions dans l’ambulance. • Glycémie: non-détectable (hypoglycémie sévère). Histoire de cas, suivi • La glycémie est corrigée immédiatement. Elle reste normale sous un soluté glucosé. • Analyse d’urine à l’arrivée : « normale ». Pas de cétose. • Augmentation des alanine et apartate aminotransférases (ALT & AST; 2-3X). (L’augmentation de ces enzymes dans le plasma est souvent un signe de lyse hépatocellulaire). Foie atteint • On découvre une stéatose hépatique. gras dans le foie • Le coma persiste. Une tomographie axiale cérébrale démontre un oedème cérébral. • Le patient survit. Il a une encéphalopathie statique sévère (état végétatif). Au cours de l’épisode les acylcarnitines plasmatiques et les acides organiques urinaires révèlent une MCADD • Medium chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency • Déficience de la déshydrogénase des acyl-CoA à chaîne moyenne • Maintenant dépistée au Québec. Comprenons pourquoi: Notions de base sur la biochimie & la physiologie des acides gras Métabolisme des Acides gras Acides gras, Carnitine, Bêta Oxydation, Cétogénèse Préhépatique Hépatique Entrée,Oxyd’n Extrahépatique Cétogénèse (juste foie) fabrique acctyl dans mitochondie Acides Gras AcétylCoA Cétolyse si trop de gras = on fera des corps cétonique AcAc AcAc Énergie (ATP) Énergie (ATP) cyto mito 3HB 3HB Ac-CoA, acetyl-CoA; AG, acide gras; AcAc, acétoacétate; 3HB, 3-hydroxybutyrate Métabolisme des Acides gras: 4 étapes Acides gras, Carnitine, Bêta Oxydation, Cétogénèse Préhépatique Hépatique Tis Adipeux JEÛNE Postprand CoA AG CHYL VLDL Gut Ça commence avec les acides gras Entrée; Esterifiés au Coenzyme A. (Foie) La source: les acides gras (AG) qui proviennent de: • Le plus NB pour nous: AG libres provenant du tissu adipeux (À JEÛNE) • Lipoprotéines de l’intestin ou du foie (triglycérides =TG) -> lipase -> AG (état nourri) • Internes (goutlettes de TG lipidiques dans le foie) Le jeûne • Réserves – Carbohydrates: glycogène – Gras: triglycérides – Protéines: aucune (prot. tissulaires) + Lipolyse/β-ox • Figure 1 The five metabolic stages between the postabsorptive state and the nearsteady state of prolonged starvation (62). Les phases se succèdent plus rapidement chez l’enfant Métabolisme des Acides gras Acides gras, Carnitine, Bêta Oxydation, Cétogénèse Préhépatique Hépatique entrée dans la mitochondrie, la membrane intérieure le système est la navette de la carnitine Tis Adipeux JEÛNE Postprand CoA 6 Acyl-CoA AG CHYL VLDL Gut (Foie) 6 Navette Carnitine Les acyl-CoA ne peuvent pas traverser les membranes. L’entrée mitochondriale est par la navette de la carnitine. cytoplasm Remplace la Co Enzyme A Navette Carnitine • Les acides gras sont reliés à une protéine ou à une molécule qui sert à les solubiliser, comme la carnitine ou le coenzyme A. • Leur entrée mitochondriale en 3 étapes: • La CPT1 (carnitine palmitoyltransférase 1) synthétise une acylcarnitine. • La translocase/ transporteur de carnitine le mène à la matrice mitochondriale. • La CPT2 crée une acylCoA pour la bêta-oxydation OMM CPT1 FA-CoA FA-carnitine + Carnitine + CoA Carn IMS Translocase IMM CPT2 MM FA-CoA FA-carnitine + + CoA Carnitine Beta-oxidation OMM, outer mito membrane; IMS, intermembrane space; IMM, inner mito membrane; MM, mito matrix. La carnitine est essentielle pour le transport des acides gras à chaîne longue (≥C14) dans la mitochondrie La plupart des AG : C16 à C18 Métabolisme des Acides gras Acides gras, Carnitine, Bêta Oxydation, Cétogénèse Préhépatique Hépatique -Ox Tis Adipeux JEÛNE Postprand CoA 6 7 AG AcCoA CHYL VLDL Gut (Foie) 6 7 Navette Carnitine Bêta-oxydation Chaque cycle de la bêta-oxydation termine par la production d’une acetyl-CoA (et d’un acyl-CoA, raccourci par 2 carbones) Après la bêta-oxydation, Trois voies possibles pour l’Acétyl-CoA: Préhépatique Tis Adipeux JEÛNE Postprand CoA AG CHYL VLDL Gut 1 de base, il entre dans le cycle de Krebs et produit de l’énergie 2 en situation d’excès, le -Ox Cétogénèse (juste foie) groupe acetyl est transporté au cytoplasme scindé un AcAc Ac- 3 HMG AcAc AcAc en tant de citrate. L’AcCoA -CoA CoA est regénéré dans le cytoplasme pour les 2 citrate fonctions synthétiques. NADH2 3 la cétogénèse. Les 1 NAD+ corps cétoniques Énergie (ATP) 3HB 3HB peuvent entrer dans d’autres tissus y compris circuler dans le Acide gras ne peuvent pas entrer le cerveau. corps dans tous les organes dont le cerveau Ainsi les acides gras Par contre, corps cétonique peuvent peuvent servir de entrer dans le cerveau carburant pour le cerveau . Hépatique * (Foie) * Synthèse Modification (acétylation) Métabolisme des Acides gras Acides gras, Carnitine, Bêta Oxydation, Cétogénèse Préhépatique Hépatique -Ox Tis Adipeux JEÛNE Postprand CoA 6 7 AG CHYL VLDL * Cétogénèse (juste foie) AcCoA HMG -CoA citrate Énergie (ATP) Gut Extrahépatique AcAc * Synthèse Modification (acétylation) 7 AcAc Energy AcAc SucCoA Suc NADH2 NADH2 NAD+ NAD+ 3HB (Foie) 6 Cétolyse Navette Carnitine Bêta-oxydation 3HB 3HB 2 AcCoA CoA AcAc CoA Ac-CoA, acetyl-CoA; AG, acide gras; AcAc, acétoacétate; 3HB, 3-hydroxybutyrate MCADD : Expliquons la physiopathologie 3 Bêta-oxydation • Une série de 4 réactions enzymatiques intramitochondriales. • Après être passée par les 4 enzymes, la chaîne est taillée de 2 carbones ET un acétyl-CoA est produit (-> Krebs) • Différentes groupes d’enzymes pour les acyl-CoA à chaîne longue (>C12); chaîne moyenne (C6-C12) et chaîne courte (C4). Longue Moyenne Courte MCAD AcCoA AcCoA AcCoA 1 2 3 4 2 1 Les 3 principaux organes qui consomment les AG • Cœur: cardiomyopathie hypertrophique • Muscle: myopathie lipidique; rhabdomyolyse • Foie: stéatose hépatique; hypoglycémie hypocétogène Chaînes longues Chaînes longues & moyennes amont accumulation de gras et pas de corps cétonique, pas de fabrication • • • • Le muscle et le cœur sont surtout touchées par les troubles des chaînes longues; beaucoup moins par la MCADD. Toutes les maladies peuvent toucher le foie. Ceci explique l’hypoglycémie et la stéatose hépatique. Alors, pourquoi est-ce que le cerveau est affecté chez cet enfant atteint de MCADD? MCADD, physiopathologie • Le cerveau dépend de la circulation pour son énergie. Ses réserves internes sont minimes. • Normalement le cerveau consomme le glucose. • En cas d’hypoglycémie, les corps cétoniques augmentent, et alimentent le cerveau. • Dans l’hypoglycémie sans cétose, les deux sources énergétiques majeures sont absentes. • EN PLUS dans la MCADD: accumulation d’acide octanoïque, un acide gras à chaîne moyenne (C8) qui est neurotoxique. hypoglycémie sans cytose = très déprivente pour le cerveau = coma et destruction MCADD: prise en charge à longue terme • Régime normal, pas de restriction d’activité • (attention aux régimes extrêmes ou aux suppléments des MCT =TG à chaîne moyenne) • En cas de jeûne, de vomissement: soluté glucosé rapidement: prévient toute crise. • L-carnitine: supplémentation. • Bracelet médic alerte • Évaluation des frères et sœurs! • (Analyse pour la mutation) Normale jusqu'à avoir des crises dépistages arrêt du gras MCADD & acides gras: Résumé • Connaître la physiologie et la biochimie explique tout. – Le jeûne et ses étapes – La bêta-oxydation / cétogénèse – Organes cibles – Principes du traitement – Marqueurs pour le dépistage et pour le diagnostic: acyl-carnitines à chaîne moyenne (C8) dans la rondelle de sang ou dans le plasma. donné du glucose, aide la stéatose hépatique car couper la lipolyse, l'insuline augmente, il y aura plus de gras qui provient du tissu adipeux et qui ira vers le Foie, ce qui va amener le foie à se filtrer et il ny aura plus de gras des acides gras et qui l'utilise pas diminuer la glycolyse Les Maladies Mitochondriales Mitochondrial Functions Energy production (aerobic) Production & sequestration of reactive oxygen species (ROS) Apoptosis (cytochrome c) Amino acid (AA) degradation Fatty acid (FA) oxidation, ketogenesis (liver), ketolysis (extrahepatic including brain) Urea cycle (part of it) Heme / porphyrin synthesis (part of it) Steroidogenesis (part of it) (Protéome mitochondrial > 1000 protéines) La chaîne respiratoire et la production de l’énergie Membrane interne de la mitochondrie glucose dégrader fera du pyruvate Lactate Néoglucogénese glucose pyr Glycolyse C6 C3 2 séparer l'atome, proton et électron transporter et on fait de l'eau CO2 O2 pyr AcCoA PDH Krebs C3 C2 Ici plus d'ATP avec mitochondrie H 30 H2O RC H+ e- H2O ATP/glucose La Chaîne Respiratoire (RC) CO2 Sugar pyr AcCoA O2 II RC substrat I H+ NADH Q III c H+ [FADH] O2 substrat H2O RC H2O ATP ADP+Pi IV V in out H+ Saisissez du texte ici • Gradient de protons, phosphorylation oxydative Terminologie & abréviations: Complexe II = succinate déshydrogénase (SDH) Complexe IV = cytochrome c oxydase (COX) Q = coenzyme Q; c = cytochrome C Substrats principaux: NADH (cmplx I; 3 H+); FADH (CoQ; 2 H+) - 3 de ces complexes, il font l'exclusion d'un proton vers l'extérieur de la mitochondrie - Laisser entrer un proton, ils font la synthèse de l'ATP Maladies mitochondriales: Pathophysiologie i.e., pour l’énergie, production < demande on ne produit pas assez d'énergie pour la tâche demandé (il est probable qu’il y a d’autres mécanismes physiopathologiques) Il y a deux types génétiques des maladies mitochondriales héréditaires • Gènes nucléaires (autosomiques ou liés au chromosome X). • Gènes à transmission mitochondriale (maternelle). Le génome mitochondrial est circulaire, ~ 18 kb, et présente dans des centaines de copies dans la plupart des cellules. À la fertilisation, seulement l’œuf transmet des mitochondries à la progéniture. Mitochondrial Protein Entry • Transcription et traduction à partir d’un gène nucléaire • La protéine a une séquence de tête (“leader sequence”) en Nterminal • Cette séquence est reconnue par des récepteurs sur la membrane des mitochondries, par lesquels il gagne la matrice mitochondriale (translocase of the outer membrane (TOM); inner membrane (TIM) complexes). • La séquence de tête est clivée lors son entrée dans la matrice mitochondriale. e.g., Regulation of Mitochondrial Protein Import by Cytosolic Kinases, Oliver Schmidt et al., Cell 144, 21 January 2011, 227–239 La grande majorité des protéines mitochondriales sont d’origine nucléaire. Donc maladie qui touche le nucléaire ADN mitochondrial Mutations: mtDNA deletions and point mutations • Chromosome (circular, ~ 16.5 Kb) • Copies (1000/cell; 2-10/ mito) • Genes: 13 respiratory chain subunits plus all protein synthetic machinery (tRNAs, rRNAs) !!! • Distinct genetic code – Ex: TGA = Tryptophan, NOT Stop. • Genomic replication & stability – Polymerase gamma (PolG) – Mutation rate ↑10 > nucleus Exemple d’une mutation ponctuelle: m.3243A>G (MT-TL1), dans le gène de l’ARNt mitochondrial de la Leucine(UUR), associée au syndrome « MELAS ». Tiré de Chinnery (2014) Région des délétions Ce dessin montre: les régions codantes pour les sousunités, les gènes des ARN ribosomiques (12S, 16S, en turquoise) les gènes des ARNs de transfert (points bleus) et d’autres éléments structuraux. La chaîne respiratoire ( CR ) Sous unités de l’ADN mitochondrial Rouge = composé fabriqué par l'ADN mitochondriale Complexe 2 est complètement nucléaires Sous unités nucléaires • La CR a 5 complexes. Complexe II est le seul à être exclusivement d’origine nucléaire. Chacune des autres complexes intègre des sous-unités provenant de l’ADNmt et de l’ADN nucléaire. La synthèse des sous-unités mitochondriales requièrt des mRNA, rRNA & tRNA mitochondriaux et des facteurs d’assemblage. Mitochondrial DNA (mtDNA) Genetics Mitotic segregation: hétéroplasmie vs homoplasmie; différentes cellules filles peuvent recevoir des fractions différentes d’ADN muté. HOMOPLASMY HETEROPLASMY Precursor cell HOMOPLASMY LHON est HOMOPLASMIQUE Meiosis: Maternal transmission Seulement via les mères mais fraction mutée transmise similaire chez les garçons et les filles. d’après Prof A Munnich Exemple : L’Atrophie optique de Leber (LHON, Leber hereditary optic neuropathy) • Perte de la vision centrale d’un œil ou des deux yeux. • L’autre œil suit après quelques jours, mois ou rarement années; très rarement un seul œil est atteinte. LHON, Diagnostic • Clinique – D’habitude, juste l’œil: atrophie optique, – Rarement, d’autres organes atteints, par ex matière blanche du cerveau • Biochimique: Pas de métabolites anormales • Génétique: – Transmission du type maternelle – Mutations ponctuelles homoplasmiques dans les sous-unités du complexe I dans l’ADNmt. Conseil génétique, LHON (m14484T>C) La proximité dans l'arbre avec une personne atteinte n'est pas déterminante contrairement au sexe Penetrance: > • Toutes ces personnes sont homoplasmiques. • Les chiffres montrent le risque mesuré pour une personne dans chaque fraterie de déveloper la LHON. La pénétrance est de 5 à 10 fois plus grande chez les garçons que chez les filles. Transmission mitochondriale du LHON • Laberge, AM. A "Fille du Roy" introduced the T14484C Leber hereditary optic neuropathy mutation in French Canadians. Am J Hum Genet. 2005 Aug;77(2):313-7. Maladies mitochondriales: résumé • Les 2 génomes • La structure, les propriétés et l’importance de la chaîne respiratoire • Une maladie (LHON) pour illustrer : – Transmission mitochondriale homoplasmique – Génotype vs phénotype: pénétrance des signes cliniques vs sexe du patient – (Reconstitution généalogique sur la lignée maternelle, dans la transmission mitochondriale simple) Maladies de surcharge • . Maladies de surcharge Déficience enzymatique substrat produit • Et si le substrat ne pouvait pas sortir de la cellule… Petites molécules Voies métaboliques majeures – Prot: AA, AO – Gras: Lipides – Sucres: CHO – Énergie – Azote (urée) – Vitamines – Minéraux Métabolismes spécialisés, souvent dans un seul organe. Ex: • Synthèse hème (Porphyrines) • Carbohydrates (Glycogène, fructose, galactose, polyols, glycosylation) • Lipides structurelles & spécialisés (stérols, sels bilaires, phospholipides, glycolipides…) • Acides nucléiques • Neurotransmetteurs Grosses molécules et organites Transporteurs (ex, GLUT1) Récepteurs (ex: NeuroXmitteurs) Lysosomes Glycosylation (endocytose, autophagie) proviennent du syst de fabrication de vésicule (Cytoplasme) Golgi Péroxysomes Réticulum endoplasmique Noyau ADN & Nucléotides ARN Mitochondries Les Lysosomes: rappel de la biologie cellulaire Anatomie cellulaire Physiol cellulaire 4 3 (Cytoplasme) 2 Golgi 1 Lysosomes 5 1 Synthèse des enzymes 2 Transport au lysosome (3 Perte extracellulaire) 4 Endocytose; Fusion du vacuole avec le lysosome 5 Autophagie - La 3eme étape = ce n'est pas efficace à 100% - Autophagie : matériaux à l'intérieure de la cellule - maladie de gaucher , region du cytoplasme RE (Vacuole) Maladies de surcharge • Un exemple: la maladie de Gaucher. • Un groupe de lipides complexes et leur rôle: les sphingolipides. • Dégradation des sphingolipides (gangliosides). • Conséquences cliniques: gamme de la maladie • Aspects moléculaires • Thérapies qui dérivent des considérations fondamentales. Glycerol-based Lipids and Membranes in out TG Synthesis (ER) or , Glycerol; , FA; , Phosphate; DGAT , Phosphatidic acid FA-CoA Choline Ethanolamine Serine Permet de faire ceci pour faire des Inositol PAP membranes par la suite Phospholipids AGPAT FA-CoA Choline e.g., Phosphatidylcholine GPAT FA-CoA diglycéride et triglycéride Glycerol-3-P Glucose * Hydrophobe * *, Hydrophile • Biological membranes are mostly formed from phospholipids Sphingolipids Possible chain of sugars 1 Glucose 2 3 Serine 2 Fatty acids • Structure: 2 hydrophobic tails from fatty acids (FA) and 3 carbons from the amino acid, serine (indicated in red), plus a sugar or chain of sugars. •Figure : Curr Opin Chem Biol 2019, PMID: 31783225 Sphingolipids resemble phospholids and are found in membranes • The similar properties of phospholipids and sphingolipids allow for mixing in the lipid bilayer. • Roles in cellular recognition. mélanger dans la boite bleu Hydrophile Hydrophobe Phos-lipid Sph-lipid Sphingolipid Degradation Dans les lysosomes les shingolipides sont dégradé et un manque de glucocerrebrosisades = maladie de Gaucher Acid ceramidase Farber Disease Glucocerebrosidase Gaucher Disease β-Hexosaminidase Tay-Sachs/Sandhoff Diseases • A pathway of sphingolipid degradation: degradation of ganglioside GM2. • Enzymes with associated inborn errors are indicated. • We will study Gaucher disease, indicated in red. GlcNAc (GalNAc), N-acetyl glucose (galactose); NeuAc, sialic acid (neuraminic acid) •Figure : Curr Opin Chem Biol 2019, PMID: 31783225 Maladie de Gaucher • Que pensez-vous arrivera si on ne peut pas dégrader la glucocérébroside? Ils vont s'accumuler = toxicité Maladies de surcharge: • Une fille présente une splénomégalie, une fonte musculaire & une infiltration osseuse avec fracture. • On élimine d’autres causes et les investigations suggèrent une maladie de surcharge lysosomale, la maladie de Gaucher. Morphologie particulière Girl with Gaucher Disease. Courtesy of Dr. Roscoe Brady, National Institute of Neurological Disorders and Stroke http://images.google.ca/imgres?imgurl=http://history.nih.gov/exhibits/genetics/images/sect3/3sm.jpg&imgrefurl=http://history.nih.gov/exhibits/genetics/sect3b.htm&usg=__6bRVDDsXiIf8XN ZHMp-CUBnvUw=&h=293&w=188&sz=10&hl=fr&start=20&tbnid=3yhab69xrZWGoM:&tbnh=115&tbnw=7 4&prev=/images%3Fq%3Dgaucher%2Benzyme%2Breplacement%26gbv%3D2%26hl%3Dfr Cellule de surcharge dans la moelle osseuse Gaucher, clinique Asymptomatique « Classique » Viscéral & squelettique (notre patient) (Neurologique, autre) sévère ou même chez un foetus • Énorme gamme clinique. et phénotypique Œdème fœtal progressif, souvent létal en prénatal D’après Ellen Sidransky, M.D., NIH. Gaucher: Diagnostic • La glucocérébrosidase est dosée dans les globules blancs purifiés d’un prélèvement de sang. • Résultat: une déficience (<5% de l’activité normale), ce qui confirme le diagnostic de la maladie de Gaucher. • L’analyse moléculaire du gène GBA : homozygotie pour la mutation p.Asn370Ser. Cette mutation est associée au développement d’une atteinte viscérale (splénomégalie) et osseuse, mais elle protège contre le développement de complications - La mutation peut déterminer le phénotype, parfois associé à un prob sévère de la neurologiques. rate et parfois pas associé avec problème neurologique. - Utilité des tests mutationnels Les Lysosomes: deux traitements Capter l’enzyme libéré par une cellule saine (1) 1 β-G Capter un enzyme exogène (2) β-G Lysosomes Golgi 2 - Traité la maladie de Gaucher en donnant un enzyme, ex. greffe de moelle. - Programme de remplacement enzymatique enzyme modifié pour qu'elle soit capter par les leucocytes et cela diminue bcq pour les formes limitées à la Rate. (β-G = bêta-glucocérébrosidase) 1 Exemple: greffe de moelle osseuse d’un donneur sain: les cellules transplantées fabriquent l’enzyme. 2 Exemple: thérapie de remplacement enzymatique utilisant un enzyme préparé par une compagnie pharmaceutique de biotechnologie Gaucher: traitement • L’enfant est évalué par le programme provincial de remplacement enzymatique pour le syndrome de Gaucher. • Le remplacement enzymatique (très coûteux) est approuvé. Elle reçoit des infusions hebdomadaires sans complication. • Au cours des 12 premières mois de traitement, la splénomégalie s’améliore de façon majeure. La formule sanguine se normalise. Sa croissance reprend. Son développement psychomoteur est normal. Conclusions: Maladies de Surcharge La biologie fondamentale permet de comprendre, de diagnostiquer et de traiter. • Le mécanisme physiopathologique : substrat non-dégradable et stable accumule dans les lysosomes -> surcharge • Diagnostic par dosage enzymatique dans les globules blancs. • Large gamme clinique – En partie déterminée par la mutation différence entre les patients – En partie déterminée par des facteurs encore inconnues. • Traitement: la biologie du système lysosomal aide à livrer l’enzyme exogène aux lysosomes. Une erreur innée chez un adulte • 33 ans, enceinte. • À 13 semaines de grossesse : perte de connaissance et convulsion. • Histoire de 2 semaines de céphalées et de vomissements. • L’IRM révèle la cause: une thrombose de sang dans un vaiseaux cérébrale. caillot sanguin du cerveau Diapositive de R Lachmann, UCL Histoire familiale • Son frère présente un signe clinique rare: une luxation des crystallins (de l’œil) • Ceci évoque la possibilité d’une homocystinurie classique Ectopia lentis Hypothèse & diagnostic • Suspicion clinique: la patiente et son frère sont atteints d’homocystinurie classique. • Cette hypothèse expliquerait les signes du frère et de la patiente (L’homocystinémie prédispose aux thromboses). • On dose l’homocystine totale. On fait aussi une chromatographie des acides aminés plasmatiques pour doser l’homocystine libre et la méthionine. très élevé ** RÉSULTAT: Homocysteine Totale Méthionine 284 µmol/l 112 µmol/l (n, 5-15) (n, 13-40) Homocystinuries Réduire méthionine diététique méthylation Deux formes d’homocystinurie: • Troubles de la reméthylation: méthionine normale ou basse • Déficience en cystathionine bêta synthase (CBS): méthionine haute Faire la méthylation Folate; B12 soit dégradé ou recyclé Pyridoxine (B6) Principes Rx métabolique: restriction précurseurs; supplémentation cofacteurs Évolution Rx aigu – Diète: restreinte en méthionine – Supplémentation vitaminée (Acide folique, Vitamine B12, Pyridoxine (B6)) – (Thrombose: anticoagulant (Héparine)) Après 2 semaines: • Homocystéine total, 10 µmol/l (n, 5-15) • Méthionine, 19 µmol/l (n, 13-40) • IRM améliorée Continuer pyridoxine, 200 mg / jour zone normale car cela a fonctionné Remerciements à R Lachmann, UCL Homocystinurie, résumé • Les erreurs innées peuvent presenter à toute âge. • Voie métabolique non-linéaire (cycle, point de branchement). • Deux classes: cystathionine bêta synthase (classique) vs reméthylation • Traitement – Diète – Vitamines (cofacteurs) efficaces pour certaines erreurs innées et certaines mutations. Conclusions, Génétique biochimique. GÈNE ARNm PROTÉINE Conseil Symptomatique La plupart de la pharmacologie Chaperon Cofacteur/vitamine Remplacement ARNi; antisens Rx génique Entre le gène et le patient FONCTION MALADIE GÉNÉTIQUE BIOCHIMIQUE • Enzymes et transporteurs • Biologie cellulaire La génétique biochimique: Plan (& Conclusions) • Intro : du gène au patient (en passant par la physiologie et l’environnement; l’expressivité variable) • Principes diagnostiques et du traitement: la phénylcétonurie (PCU) comme exemple • Sélection d’autres maladies métaboliques : – Mécanismes: exemples des grandes catégories (aiguë vs chronique, toxicité systémique (PCU, leucinose) vs autonomie cellulaire (Gaucher, tyrosinémie); physiologie des voies métaboliques majeures (acides aminés, acides gras, mitochondrie, lysosome/surcharge) – Comprendre le mécanisme peut sauver des vies – Toute âge (du fœtus à l’adulte) – Pertinence au Québec