Physiopathologie et identification de biomarqueurs dans les peroxysomopathies

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1 Physiopathologie et identification de biomarqueurs dans les peroxysomopathies Université de Bourgogne Gérard LIZARD Equipe Biochimie du peroxysome, Inflammation et Métabolisme Lipidique EA 7270 Université de Faculté des Sciences Gabriel 6, Bd Gabriel Dijon - FRANCE SFEIM -26 novembre 2012 Centre FIAP - Jean Monnet, 30 rue Cabanis, PARIS

2 EA 7270 : bases moléculaires des leucodystrophies peroxysomales AGTLCs? Cytokines pro-inflammatoires Stress oxydant 1 Transporteurs ABCD? 4? 2 ACOX1 a/b Acetyl-CoA Acyl-CoA 3 COT Acyl-CoA DEMYELINISATION Peroxysome 5 Identification de cibles thérapeutiques (X-ALD, P-NALD) 6 Biomarqueurs de démyélinisation dans l X-ALD

3 Le peroxysome Organite cellulaire souvent rond (0,1 à 1 µm de diamètre) Présent dans les cellules animales et végétales à l exception des érythrocytes Pas d ADN 5 µm 0,5 µm 0,5 µm Oligodendrocytes murins 158N : ABCD3 Oligodendrocyte smurins 158N Hépatocytes murins

4 Voies métaboliques affectées dans la maladie d Alzheimer et Démences du type Alzheimer VLCFA (FA C22) Eicosanoïdes + CoA (Acyl-CoA synthase) Acide dicarboxylique Intermédiaires des acides biliaires (DHCA, THCA) Voies métaboliques affectées dans les leucodystrophies peroxysomales C24:6, n-3 + CoA (Acyl-CoA synthase) DHAP DHAPAT Acyl-CoA Acide phytanique + CoA(Acyl-CoA synthase) C22:6, n-3 (DHA) β-oxydation Réticulum endoplasmique Acyl-DHAP Alkyl-DHAP synthase Alkyl-DHAP O 2 Catalase H 2 O 2 (n-2) Acyl-CoA COT β-oxydation Acetyl-CoA CAT α-oxydation Acide pristanique plasmalogènes Acyl-Carnitine Acétyl-Carnitine Oxydation mitochondriale ou élongation

5 Les leucodystrophies peroxysomales Maladies neurodégénératives Démyélinisantes Depreter M, Espeel M, Roels F. Human peroxisomal disorders. Microsc Res Tech. 2003;61(2):

6 Caractéristiques de l X-ALD ACOX1 AGTLCs (C24:0; C26:0) ABCD1 -X-ALD (X-Linked Adrenoleukodystrophy) * Plus fréquente des leucodystrophies peroxysomales (1:17 000), * Démyélinisation du SNC et périphérique, insuffisance surrénale et gonadotrope, Acetyl-CoA Acyl-CoA COT * Déficience en ABCD1 (Xq28); diminution de la β-oxydation des AGTLCs, Peroxysome * Accumulation plasmatique et tissulaire d AGTLCs (C24:0; C26:0), * Suite à l accumulation d AGTLCs, ELOVL1 favoriserait l accumulation d AGTLCs C26:0 * Accumulation de C26:0-lysophosphatidylcholine Kemp S, Berger J, Aubourg P. X-linked adrenoleukodystrophy: Clinical, metabolic, genetic and pathophysiological aspects. Biochim Biophys Acta. 2012;1822(9):

7 L X-ALD : maladie hétérogène avec différents phénotypes Phénotypes de l X-ALD Engelen M, Kemp S, de Visser M, van Geel BM, Wanders RJ, Aubourg PA, Poll-The BT. X-linked adrenoleukodystrophy (X- ALD): clinical presentation and guidelines for diagnosis, follow-up and management. Orphanet J Rare Dis. 2012;7(1):51.

8 Implication de l inflammation et du stress oxydant dans l X-ALD -Tissu (cerveaux humains, -80 C, prélèvement 2 h après la mort; Essai: enfant CALD 9 ans; Control: enfant même âge); RT-qPCR * augmentation: cytokines (IL-1α, TNF-α, IL-6, GM-CSF), chemokines (CCL2 (MCP1), CCL4 (MIP1β), CCL7 (MCP3)) Paintlia AS et al. Neurobiol Dis 2003, 14: Lymphoblastes X-ALD / lymphoblastes control (Coriell Institut and Medical Research) * augmentation: taux basal ROS CTL: control; ALD: adrenoleukodystrophy; HZ: heterozygote Uto T et al. Dev Neurosci 2008, 30(6): Fibroblastes X-ALD / fibroblastes control (Carbonylation, glycoxydation, lipoxydation) - Carbonylation protéique: GSA (glutamic semialdehyde) ASA (aminoadipic semialdehyde) - Glycoxydation: CEL(N1-carboxyethyl-lysine) - Lipoxydation: MDAL (N1-malondialdehyde-lysine) Fourcade S et al., Hum Mol Genet 2008, 17(12): ; Fourcade S et al., Human Mol Genet 2010, 19(10):

9 Inflammation et stress oxydant chez les souris Abcd1 - Souris Abcd1 - Moelle épinière Relation stress oxydant / inflammation Fourcade S et al., Hum Mol Genet 2008, 17(12): ; Schluter A et al., Human Mol Genet 2012, 21(5):

10 Incidence de la déficience en ABCD1 et ACOX1 sur le stress oxydant

11 X-ALD et biomarqueurs du stress oxydant : importance de l équilibre RedOx Chez les malades symptomatiques (CCALD/CCER, AMN) et asymptomatiques, ainsi que chez les femmes porteuses hétérozygotes, des augmentations de substances (aldéhydes) réagissant avec l acide thiobarbiturique (TBARS) ont été observées. CCER: childhod cerebral form Contrairement aux malades symptomatiques, les défenses anti-oxydantes totales (TAS : total anti-oxidant status) ne sont pas diminuées chez les sujets asymptomatiques. Sur fibroblastes de malades CCALD, des augmentations significatives d activités glutathion peroxydase (GPx), catalase et superoxyde dismutase (SOD) ont été révélées. Anti-oxydants Différents phénotypes de l X-ALD ROS / RNS Etude de l équilibre RedOx : Identification de biomarqueurs potentiels

12 Maladies peroxysomales et biomarqueurs du stress oxydant : malonedialdéhyde (MDA), NO et SOD El-Bassyouni HT, Abdel Maksoud SA, Salem FA, Badr El-Deen R, Abdel Aziz H, Thomas MM. Evidence of oxidative stress in peroxisomal disorders. Singapore Med J. 2012; 53(9):

13 Le malonedialdéhyde (MDA) : biomarqueur des maladies peroxysomales El-Bassyouni HT, Abdel Maksoud SA, Salem FA, Badr El-Deen R, Abdel Aziz H, Thomas MM. Evidence of oxidative stress in peroxisomal disorders. Singapore Med J. 2012; 53(9):

14 Le malonedialdéhyde (MDA) : biomarqueur thérapeutique de l X-ALD Etude avant et après greffe allogénique Rockenbach FJ, Deon M, Marchese DP, Manfredini V, Mescka C, Ribas GS, Habekost CT, Castro CG Jr, Jardim LB, Vargas CR. The effect of bone marrow transplantation on oxidative stress in X-linked adrenoleukodystrophy. Mol Genet Metab. 2012; 106(2):

15 X-ALD et biomarqueurs de l inflammation : cytokines et chemokines Serum Plasma SDF-1: Stromal Deriving Factor-1 Lund TC, Stadem PS, Panoskaltsis-Mortari A, Raymond G, Miller WP, Tolar J, Orchard PJ. Elevated cerebral spinal fluid cytokine levels in boys with cerebral adrenoleukodystrophy correlates with MRI severity. PLoS One. 2012;7(2):e32218.

16 X-ALD et biomarqueurs de l inflammation : chitotriosidase et CD1 Chitotriosidase (augmentée chez CCALD; LCR / plasma) CD1 (% et IMF inchangé chez CCALD) Orchard PJ et al. J Neuroinflammation Oct 20;8:144. Gautron AS et al. J Neuroimmunol. 2010; 229(1-2):

17 X-ALD et autres biomarqueurs : C26:0 - phosphatidylcholine et gènes modificateurs (transcobalamine 2) C26:0 phosphatidylcholine : Taux augmentés au niveau des lésions cérébrales de malades X-ALD avant démyélinisation Theda C et al. Leukodystrophy white matter: fatty acid abnormalities before the onset of demyelination. J Neurol Sci ;110(1-2): gène modificateur (transcobalamine 2 (Tc2)) :..In the comparison between AMN and CCALD, the G allele of Tc2 c.776c>g was associated with X-ALD phenotypes (chi(2) = 6.1; P = 0.048). The prevalence of the GG genotype of Tc2 c.776c>g was higher in patients with CNS demyelination compared to those without CNS demyelination (chi(2) = 4.42; P = 0.036). The GG genotype was also more frequent in CCALD compared to AMN (chi(2) = 4.7; P = 0.031).. Semmler A et al. Genetic variants of methionine metabolism and X-ALD phenotype generation: results of a new study sample. J Neurol. 2009; 256(8):

18 X-ALD et biomarqueurs potentiels: les protéines carbonylées (R1 or R2 = H) protein (lysine) Gérard Lizard, EA7270, Université de Bourgogne - Taylor NL et al. Environmental Stress Causes Oxidative Damage to Plant Mitochondria Leading to Inhibition of Glycine Decarboxylase. J Biol Chem 2002; 277: INSERM - Grimsrud PA et al. Oxidative stress and covalent modification of protein with bioactive aldehydes. J Biol Chem;2008; 283(32):

19 X-ALD et biomarqueurs potentiels: les mirnas Gérard Lizard, EA7270, Université de Bourgogne INSERM

20 Bases moléculaires de l X-ALD et Three Hit Hypothesis H 2 O 2 O 2.- NO Catalase GSH SOD AGTLCs Plasmalogènes Homéostasie oxydative Inactivation d ABCD1 et/ou Accumulation d AGTLCs 1 er Hit Activé par des facteurs Génétiques, Environnementaux, Stochastiques Stress oxydant Neuroinflammation Rupture de l homéostasie oxydative * Peroxydation lipidique * Carbonylation protéique * Dysfonctions cellulaires Vitamine-E Autres anti-oxydants Mort cellulaire Singh I, Pujol A. Brain Pathol. 2010; 20(4): nd Hit 3 ème Hit Neurodégénération Dysfonctions peroxysomales Démyélinisation et dysfonctions cellulaires incluant des modifications métaboliques pouvant aboutir à la mort cellulaire

21 REMERCIEMENTS Dijon (UB / INSERM / CHU) Pr M Cherkaoui-Malki Pr S Savary Pr M Bardou Dr P Andreoletti Dr A Vejux Dr M Baarine Dr Z Kattan Dr JP Pais de Barros K Ragot Paris (INSERM) Pr P Aubourg Strasbourg (CNRS) Dr S Ghandour A Athias Gérard Lizard, EA7270, Université de Bourgogne INSERM