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La protéine apparentée à Klotho
La β-glucosidase cytosolique humaine (hCBG), aussi connue sous le nom de Klotho-related protein (KLrP ou GBA3, EC 3.2.1.21) est une enzyme appartenant à la famille des glycoside hydroxylases (GH1) qui est capable d’hydrolyser une large variété de substrats osidiques, tels que le β-D-glucose, β-D-galactose, β-D-fucose, β-D-xylose ou l’α-L-arabinose, associés à un groupe hydrophobe (98, 99). L’hCBG est une protéine soluble et présente dans le rein, le foie, la rate, l’intestin et les lymphocytes des mammifères. Sa masse moléculaire est d’environ 53 kDa; son pH optimum est de 5-6. Le gène GBA3 est localisé dans le locus 4p15.31 et l’ADNc a été cloné (100). KLrP est capable de dégrader le C6-NBD-GlcCer en présence de CBE à un pH neutre mais aussi d’autres substrats artificiels comme le 4-MU-Glc, le C6-NBD-GalCer et le 4-MU-GalCer. KLrP pourrait être définie comme une “β-glycosylcéramidase” plus qu’une “β-glucosylcéramidase” (101). Le GlcCer naturel semble être un substrat de la GBA3, comme démontré par l’augmentation de la concentration de GlcCer dans des cellules dont l’expression de GBA3 a été éteinte par siRNA. Cependant, cette notion est contestée (102). Non seulement, le GlcCer intracellulaire reste inchangé après le traitement de cellules par un nouvel inhibiteur spécifique de GBA3, mais aussi une forme tronquée de GBA3 n’a pas d’impact sur la sévérité des patients avec MG.
L’étude de la structure aux rayons X de KLrP et la mutagénèse dirigée ont révélé que KLrP contient une partie dite (β/α)8 TIM barrel dans laquelle les résidus E165 et E 373, dans les feuillets β-plissés 4 et 7, pourraient servir de catalyseur acide/base et de nucléophile, respectivement (101). Le déficit en protéine KL (Klotho) dans un modèle de souris est responsable d’un large spectre d’anomalies comme une espérance de vie raccourcie, une artériosclérose, une infertilité, une peau atrophique, un emphysème et une ostéopénie ressemblant à un processus de vieillissement prématuré (103).
Chez l’homme, l’hCBG agirait sur divers xénobiotiques, dont les dérivés sucrés de phyto-oestrogènes, flavonoïdes), simples phénoliques et cyanogènes, avec une affinité élevée et une spécificité pour les xénobiotiques alimentaires plus grande que pour les aryl-glycosides (104). Ces données indiquent que la hCBG hydrolyse une large variété de glucosides alimentaires et suggère un rôle dans le métabolisme des xénobiotiques.
La lactase phlorizine hydrolase
La lactase phlori(d)zine hydrolase (LPH; EC 3.2.1.108/62) est une β-glucosidase humaine présentant une large spécificité de substrat (105). L’enzyme est ancrée dans la muqueuse de la bordure en brosse de l’intestin grêle et clive le lactose, le cellobiose, les glycosyl-β-céramides et divers aryl-β-glycosides dont la phlorizine (106). Cependant, la capacité de la LPH à hydrolyser in vivo le GlcCer d’origine alimentaire n’est pas documentée de manière convaincante (107).
La LPH porte deux sites catalytiques séparés. Le site phlorizine hydrolase comprend le résidu E1273 et le site lactase E1789 (108). Le site lactase est sélectif pour les glycosides avec des motifs hydrophiles tels que la phlorizine et les glycosylcéramides (106). La LPH peut aussi hydrolyser les glycosides (iso)flavonoïdes et la pyridoxine-5’-β-D-glucopyranoside, une forme alimentaire de la vitamine B6 (104, 109). Un déficit en LPH est responsable de l’intolérance au lactose qui est relativement fréquente sauf chez la majorité des Européens du nord et certaines tribus nomades africaines et arabes qui conservent une activité lactase et digèrent le lactose durant toute leur vie (104). L’hypolactasie de type adulte (MIM# 223100) est la conséquence d’une diminution de l’activité lactase pendant l’adolescence et à l’âge adulte, un processus physiologique.
Le déficit congénital en lactase (MIM# 223000) est une maladie héréditaire autosomique récessive, avec une pathologie gastro-intestinale sévère chez l’enfant. L’activité lactase de la muqueuse intestinale est diminuée et conduit à une diarrhée hydrique tout de suite après l’allaitement ou l’introduction de lait artificiel contenant du lactose. Les symptômes de diarrhée sévère osmotique et de perte de poids apparaissent dans les premiers jours de vie. Les enfants ont une croissance et un développement normal avec un régime sans lactose. Son incidence est de 1/60000 et est plus fréquente dans la population finlandaise mais est retrouvée ailleurs dans le monde.
La maladie de Gaucher
Le déficit en GBA1 est responsable de la maladie de Gaucher (MG), la maladie lysosomale la plus fréquente. C’est une maladie héréditaire de surcharge lipidique, avec une transmission autosomique récessive. La MG résulte de mutations pathogènes du gène GBA1 (110). Le phénotype MG peut exceptionnellement résulter d’une mutation du gène codant pour la prosaposine, PSAP (111, 112).
Il y a à ce jour environ 350 mutations décrites du gène GBA1. La majorité des mutations sont des mutations faux-sens (75%) mais des mutations non-sens (6,4%), mutations du site d’épissage (0,5%), petites insertions et délétions (13,5%), ainsi que des allèles complexes (0,5%) sont aussi décrits (82). Certaines mutations de GBA1 sont prévalentes. Ainsi, la mutation dite N370S (c.1226A>G, p.Asn409Ser) est très fréquente au sein de la population juive Ashkénaze et est associée exclusivement au type 1 (113). La mutation la plus fréquente dans la population non juive est la mutation dite L444P (c.1448T>C, p.Leu483Pro), prédisposant au développement de la forme neuropathique lorsqu’elle est à l’état homozygote (114). La mutation dite D409H (c.1342G>C, p.Asp448His) est associée, lorsqu’elle est homozygote, à un phénotype de maladie valvulaire cardiaque, apraxie oculomotrice mais sans atteinte viscérale (115). L’analyse du génotype de la MG peut donc permettre d’avoir des éléments sur la nature de la progression de la maladie et sur le pronostic familial (116). La MG est rare avec une fréquence d’1 sur 57000 naissances dans la population d’origine européenne tandis qu’elle est fréquente chez les juifs Ashkenazi où la fréquence est de 1 sur 800 naissances (116, 117).
La connaissance des structures de la GCase et des saposines permet une meilleure compréhension des bases moléculaires de la dysfonction enzymatique dans la MG. Certaines mutations se trouvent dans ou proche du site catalytique mais d’autres mutations sont localisées dans le site d’interaction de la GBA avec la saposine C (SapC), un peptide activateur de 84 AA, issu du clivage de la prosaposine et essentiel pour l’hydrolyse du GlcCer (118, 119). En effet, la SapC montre une interaction réversible et pH-dépendante de l’enzyme avec le GlcCer dans des vésicules contenant des phospholipides anioniques (120, 121). On ne sait pas encore comment le GlcCer est transféré de SapC à la GCase. Selon une hypothèse (modèle de « solubilisateur »), SapC extrait le lipide de la bicouche lipidique dans un complexe soluble et puis se dissocie de la membrane pour former un complexe avec la GCase. Une deuxième hypothèse (modèle « liftase ») considère que SapC reste liée à la membrane et forme un complexe avec la GCase qui clive le groupement GlcCer exposé (122). Concernant les mutations, plus de 90 mutations ne sont cependant pas localisées dans les interfaces SapC/GBA, GlcCer/GBA ou dans le site catalytique et restent encore à expliquer.
Au plan clinique, la MG est caractérisée par une accumulation de GlcCer dans les cellules du système réticulo-endothélial du foie, de la rate et de la moelle osseuse (appelées cellules de Gaucher). La MG peut être subdivisée en trois phénotypes différents. Le plus fréquent est la forme non-neuropathique de type 1 (MIM# 230800) avec un début dans l’adolescence ou chez l’adulte, caractérisée par une hépatosplénomégalie, une anémie, une thrombopénie, et une atteinte osseuse; elle représente 95% des cas. La forme la plus sévère est la forme infantile, neuropathique aiguë de type 2 (MIM# 230900) avec une atteinte viscérale sévère et neurologique apparaissant tôt dans l’enfance et conduisant au décès tôt dans l’adolescence. La troisième forme est le type 3 neuropathique subaigu (MIM# 231000) caractérisé par une atteinte du système nerveux central chez l’adulte.
Histoire de la maladie de Gaucher
La MG fut décrite en 1882 par Philippe Charles Ernest Gaucher, dans sa thèse de médecine « De l’épithélioma primitif de la rate » (123). Philippe Gaucher est né le 26 juillet 1854 à Champigny, dans la Nièvre, et décédé le 27 janvier 1918. Elève brillant, il commence ses études de médecine à Paris en 1872, est externe de 1874 à 1876 puis est nommé Interne provisoire, puis nommé à l’internat en 1878 jusqu’en 1881. Gaucher fut préparateur d’histologie de 1880 à 1885, puis chef de travaux de bactériologie anatomopathologique jusqu’en 1892. Parallèlement, il fut chef de clinique en dermatologie infantile de 1884 à 1891. Il est nommé médecin des Hôpitaux en 1892, avec une orientation principale en dermatosyphiligraphie, puis chef de service de l’hospice Debrousse où il passe sa thèse d’agrégation sur la pathogénie de néphrites. En 1892, il fut nommé chef de service et Professeur titulaire de dermatologie de 1892 à 1901. Il devient membre de l’Académie de Médecine en 1910. Dans sa thèse, il décrit une seule patiente de 32 ans (Victorine) qui a une très grosse rate découverte à l’âge de 7 ans, qu’on palpait jusque dans la fosse iliaque gauche. Elle présentait des hémorragies (épistaxis, gingivorragies) et une altération de l’état général et parfois des douleurs dans les membres inférieurs. Elle décède au bout de trois ans d’aggravation et Philippe Gaucher va décrire la rate et l’histologie de celle-ci après l’autopsie réalisée le 6 avril 1881 à 9h du matin. Dès 1901, outre-Atlantique les auteurs Brill, Mandelbaum et Libman décriront cette pathologie en utilisant le nom de maladie de Gaucher (123).
Les signes cliniques
L’hépatosplénomégalie
Les signes cliniques de la forme de type 1 de la MG sont principalement une hépatomégalie et une splénomégalie. Dans une série de 413 patients de la cohorte du registre ICGG (International Collaborative Gaucher Group) n’ayant pas été splénectomisés, le volume hépatique moyen est de 1,7 fois la normale (124). C’est 76% des patients, le volume est supérieur à 1,25 fois la normale, tandis qu’il est supérieur à 2,5 fois la normale chez 17% des patients (124). Le volume hépatique des patients non splénectomisés est inférieur à celui des patients splénectomisés, qui est en moyenne à 2,2 fois la normale (124). Concernant la splénomégalie, chez 432 patients n’ayant pas été splénectomisés, le volume moyen de la rate est de 15,2 fois la normale, 87% des patients ayant un volume de rate supérieur à 5 fois la normale (124). La splénomégalie est le plus souvent asymptomatique, dans 67% des 183 cas de la série de l’équipe de Zimran, mais elle peut être responsable de douleurs abdominales, d’une gène abdominale, de satiété précoce, de douleur en décubitus latéral ou encore de douleurs coliques (125). De plus, les symptômes ne sont pas corrélés à la splénomégalie et bien qu’il existe un corrélation entre la taille de la rate et les paramètres de l’hémogramme, elle n’a pas de valeur au plan clinique (125).
Les cytopénies
Les cytopénies sont représentées par l’anémie présente chez 69% des patients de la cohorte de 835 patients n’ayant pas été splénectomisés, avec 44% des patients ayant une anémie modérée entre 12 et 10 g/dl et 25% des patients ayant une anémie plus importante inférieure à 10 g/dl (124). La thrombopénie est présente chez 76% des patients non splénectomisés avec 26% des patients ayant une thrombopénie inférieure à 60000/mm3 et 50% des patients ayant une thrombopénie entre 60000 et 120000/mm3 (124). La thrombopénie peut être la conséquence de l’infiltration médullaire compromettant la mégacaryocytopoïèse ou en rapport avec un hypersplénisme ou encore en rapport avec une origine autoimmune. En effet, des thrombopénies autoimmunes sont également rapportées dans la MG (126, 127).
Les troubles de l’hémostase
Les patients présentent également une tendance aux saignements, par toujours en rapport avec la thrombopénie, sous la forme d’épistaxis, gingivorragies, ecchymoses faciles, menstruations importantes. Cette tendance peut être influencée par un déficit en facteurs de la coagulation ou une dysfonction plaquettaire (128). En effet, un déficit acquis de certains facteurs de la coagulation ont été décrits dans la MG, dont l’origine suspectée est une coagulation vasculaire disséminée faible ou une séquestration des facteurs par des cellules chargées en substrat (129, 130). On peut retrouver des déficits en facteurs II, VII, V, VIII, X, XI, XII (129). Des complexes thrombine-antithrombine sont retrouvés dans 46% des cas, suggérant que les déficits de la coagulation sont dus en partie à une consommation plus qu’à un défaut de synthèse et pourraient en partie être corrigés par l’enzymothérapie substitutive (126). De plus, la fibrinolyse peut être augmentée (131). La fonction plaquettaire est également altérée, avec une plus faible adhésion plaquettaire dans la MG comparée à des contrôles ou des hétérozygotes (132). L’adhésion plaquettaire n’est pas modifiée par l’enzymothérapie substitutive mais améliorée par la splénectomie. Les saignements muqueux sont associés à une adhésion plaquettaire anormale (132). 22% des patients ont également une agrégation plaquettaire réduite, mais qui n’est pas associée aux saignements muqueux (132). Une maladie de Willebrand acquise au cours de la MG a également été rapportée chez 8 patients (133).
Les atteintes osseuses
Les atteintes osseuses sont également fréquentes. En effet, dans le registre de l’ICGG en 2010, 37% des patients présentent des douleurs osseuses avec des crises osseuses chez 7% des patients (124, 134). Sur le plan radiologique, des lésions sont visibles chez 82% des patients avec une déformation en « flacon d’Erlenmeyer » chez 59% des patients, une ostéopénie chez 49% des patients, une infiltration médullaire chez 81% des patients, un infarctus chez 24% des patients, une ostéonécrose avasculaire chez 16% des patients, des fractures chez 7% des patients, des lésions ostéolytiques chez 18% des patients (124, 134). La mobilité peut être altérée chez 32% des patients et 15% présentent des douleurs importantes (135). Les biomarqueurs PARC/CCL18 et chitotriosidase ont été retrouvés associés à l’ostéonécrose et en particulier à l’ostéonécrose apparaissant malgré l’enzymothérapie (135). Dans une autre étude, le seul facteur de risque pour l’ostéonécrose retrouvé chez les patients est l’anémie et pour les fractures, une diminution du Z-score < -1 (136). Chez 930 patients du registre ICGG, l’ostéopénie avec un Z-score inférieur à 1 est retrouvée chez 44% des enfants, 76% des adolescents, 54% des adultes jeunes (20 à 30 ans) et 52% des adultes plus âgés (30 à 50 ans) (137). Chez les enfants ayant une ostéodensitométrie avec un Z-score < -1 initialement, l’utilisation de l’imiglucérase pendant 9 à 10 ans montre une amélioration du Z-score moyen de -1,38 (95% IC:-1.73 à -1.03) à -0.73 (95% IC: -1.25 à -0.21), chez les jeunes adultes de – 1.95 (95% IC: -2.26 à -1.64) à -0.67 (95% IC: -1.09 à -0.26), et chez les adultes plus âgés de – 1.82 (95% IC: -2.00 à -1.63) à -1.30 (95% IC: -1.57 à -1.04) (137). Un retard de croissance est retrouvé chez 37% des patients (134). De multiples études montrent le bénéfice sur la densité osseuse de l’utilisation de l’enzymothérapie par imiglucérase (138-142), mais également par velaglucérase (143). Certaines études montrent aussi le bénéfice de l’enzymothérapie sur les symptômes osseux (144). Les traitements par réduction de substrat sont également capables d’améliorer la densité osseuse. Les résultats combinés de 3 études internationales avec le miglustat montrent sur un groupe de 72 patients, une amélioration significative du Z-score à 6, 12 et 24 mois tant au niveau fémoral que lombaire (145). On notait une augmentation moyenne à 6 mois en lombaire de 0,15 et de 0,23 en fémoral; à 12 mois, respectivement de 0,19 et 0,21 et à 24 mois, respectivement de 0,21 et 0,18. Une augmentation significative était retrouvée en fémoral dans le sous-groupe des patients splénectomisés et en lombaire et en fémoral chez les patients ostéoporotiques (145). Un autre composé, l’eliglustat, agissant aussi par réduction de substrat, montre une amélioration de la densité osseuse sur 4 ans chez 19 patients, avec une augmentation de la densité minérale osseuse en T-score au niveau lombaire de 0,8% (146).
Les signes cliniques de la maladie de Gaucher de type 2 et 3
Les types 2 et 3 de la maladie de Gaucher sont les formes neurologiques avec atteinte du SNC. La distinction entre ces deux formes était initialement basée sur l’âge du début des signes neurologiques et sur la rapidité de progression de la maladie, mais la forme neurologique de la MG semble plus être un continuum phénotypique.
Dans la forme classique de type 2 de la MG, les symptômes apparaissent avant l’âge de 2 ans, sous la forme d’un développement psychomoteur rapidement limité entraînant le décès dans les deux premières années (147, 148). Ensuite, les signes initiaux les plus fréquents sont l’hyperextension du cou, des difficultés pour déglutir et un strabisme. Secondairement apparaissent en général des épisodes d’asphyxie, suivis d’apnées spontanées prolongées. Des crises convulsives généralisées, une épilepsie myoclonique et une microcéphalie peuvent être observées. Une atteinte pulmonaire est l’atteinte viscérale prédominante mais une hépatosplénomégalie, un retard de croissance, une thrombocytopénie ou une anémie sont présents.
La MG de type 3 comprend un groupe hétérogène avec des patients ayant des atteintes viscérales modérées à sévères combinées avec une atteinte neurologique lentement progressive et variable. Certains sous-types ont été subdivisés en se basant sur la présence d’une épilepsie myoclonique progressive ou d’une apraxie oculomotrice associée à une atteinte systémique plus ou moins sévère (149). Les anomalies oculomotrices (paralysie supranucléaire horizontale) sont habituellement le premier signe neurologique. Des crises convulsives généralisées tonico-cloniques, une ataxie cérébelleuse, des signes extrapyramidaux, une régression cognitive ou des troubles psychiatriques peuvent être observés. Les patients portant un allèle L444P tendent à avoir une forme sévère, souvent neurologique, alors que les patients ayant un allèle N370S ne développent pas d’atteinte neurologique (53, 148, 150).
Le phénotype « bébé collodion »
Certains fœtus présentent à la naissance une atteinte cutanée généralisée, sous la forme d’un peau anormale, érythémateuse et fine, diffuse sur tout le corps mais prédominant parfois dans les régions plantaires et palmaires ou dans les plis. La MG est une étiologie de ces « collodion baby » (151). Ces atteintes dermatologiques sont en général absentes dans la MG de type 2. Cet aspect est observé dans 41% des cas de formes létales en périnatal de MG (152). Cette forme est caractérisée par une anasarque avec prématurité, détresse néonatale et décès dans les deux premiers jours, ou parfois une dysmorphie faciale, arthrogrypose, une hépatosplénomégalie variable conduisant au décès dans les trois mois.
La maladie de Parkinson et la maladie de Gaucher
Depuis les années 90, de multiples case reports puis des séries plus larges décrivent l’association clinique entre la maladie de Parkinson (MP) et la MG de type 1 (6). La MP est la deuxième cause de maladie neurodégénérative représentant 1% de la population de plus de 60 ans, conséquence d’une dégénérescence des neurones dopaminergiques du locus niger et de la déplétion en dopamine de leurs projections dans le striatum.
Les patients ayant une MG et une MP présentent un syndrome parkinsonien atypique par le fait qu’il débute à un âge plus jeune (41-55 ans) et qu’il existe une résistance au traitement conventionnel (153-156). Une augmentation de la prévalence de la MP est retrouvée chez les parents du 1er degré de patients Gaucher. A la suite de plusieurs études montrant une augmentation du risque de MP chez les homozygotes et les hétérozygotes ayant une MG, une étude internationale multicentrique a montré un odds ratio de 5,43 pour une mutation de la GBA1 chez les patients parkinsoniens, démontrant une association forte entre les mutations de la GBA1 et la MP (157). Cette étude a été confirmée par la suite dans de nombreuses ethnies du monde entier (158). Actuellement, les mutations GBA1 représentent le risque génétique le plus important pour la MP.
De nombreuses études soulignent le rôle central de l’α-synucléine dans la pathogénie de la MP (159, 160). L’α-synucléine est une petite protéine de 14 kDa, dont la fonction n’est pas bien connue ; elle est présente dans le cerveau dans des fractions solubles et associées aux membranes, et particulièrement exprimée dans des terminaisons neuronales pré-synaptiques. Elle est dégradée principalement dans les lysosomes, en partie par autophagie (161, 162). Les corps de Lewy sont la caractéristique anatomopathologique de la MP et contiennent des inclusions éosinophiliques dans le cytoplasme neuronal, résultant d’une accumulation et d’un processing anormal d’α-synucléine (159, 163, 164). De telles inclusions ont été retrouvées dans le cerveau de patients Gaucher avec syndrome parkinsonien. Elles sont retrouvées dans toutes les synucléopathies comme la MP, la maladie à corps de Lewy et l’atrophie multisystématisée. Les mutations de l’α-synucléine (A30P, E46K, H50Q, G51D et A53T) et les duplications ou triplications de gènes sont aussi fortement associées à la MP (165).
C’est la forme soluble agrégée d’α-synucléine formant des fibrilles de type amyloïde et/ou la forme oligomérique intermédiaire qui serait responsable de la toxicité et enfin de la dégénérescence des neurones dopaminergiques (166). Elle peut se transmettre de neurone à neurone après être relarguée dans l’environnement extracellulaire par les exosomes puis endocytose (167). La voie de dégradation lysosomale peut nettoyer les agrégats d’α-synucléine préformée; le dysfonctionnement de cette voie pourrait résulter dans l’accumulation de ces agrégats dans les cellules neuronales et non-neuronales (168). Ces données révèlent un lien physiopathologique entre la GCase et le métabolisme de l’α-synucléine.
Des études récentes montrent que la réduction de l’activité GCase augmente le niveau de l’α-synucléine dans les cultures de neurones et dans des modèles de souris Gaucher. En effet, les lignées neuronales surexprimant des mutants de la GBA1 humaine (N370S, L444P, D409V, D409H, E235A et E340A) montrent une augmentation du niveau de l’α-synucléine, dépendant de la quantité de GCase mutante exprimée mais pas de l’activité enzymatique (169). De plus, le modèle de souris Gaucher D409V/D409V montre une augmentation âge-dépendante de l’α-synucléine dans les régions frontales à 12 mois (169). D’autre part, l’hérérozygotie pour la mutation L444P dans une souris transgénique de MP (mutation A53T α-synucléine) conduit à une activité GCase réduite, à une réduction de la dégradation de l’α-synucléine et à une exacerbation des déficits moteur et gastrointestinal (170). De plus, l’inhibition pharmacologique de l’activité GCase par le CBE augmente le niveau d’α-synucléine dans une lignée de neuroblastome humain sans changement de l’ARNm de l’α-synucléine (171). Cependant, dans un autre modèle in vitro, une lignée neuronale différenciée et une autre lignée non-différenciée, le niveau de l’α-synucléine n’est pas altéré après traitement par le CBE (172). Les souris traitées par CBE montrent une augmentation de l’α-synucléine dans les neurones du locus niger et de l’astroglie ainsi qu’une transmission dopaminergique anormale (160).
L’inhibition de la GCase par le CBE est aussi capable d’induire des anomalies de la fonction mitochondriale et du stress oxydant dans des cellules humaines dopaminergiques (173).
En 2010, l’examen par microscopie électronique et confocale d’échantillons de cerveau a permis de retrouver la présence de GCase dans les corps de Lewy des patients ayant au moins une mutation de la GBA1 (174). La GCase est colocalisée avec l’α-synucléine mais aussi avec LAMP-1. En 2011, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire montre qu’à pH acide, la GCase interagit directement avec la partie C terminale de l’α-synucléine (175). De manière surprenante, la mutation N370S de la GCase, de même que la forme de l’enzyme liée au CBE, montre une affinité réduite pour l’α-synucléine. L’α-synucléine fixée à la membrane interagit avec la GCase dans un complexe qui inhibe la fonction enzymatique (176). Les travaux de Mazzulli et al. ont permis de mieux comprendre les interactions entre l’α-synucléine et la GCase (177). Dans des cultures primaires de neurones, le silencing de la GCase par ShRNA est accompagné d’une réduction de 50% de l’activité de la GCase, d’une augmentation x 4 du GlcCer et une augmentation x 1,8 de l’α-synucléine. Le niveau inchangé d’ARNm d’α-synucléine suggère que l’augmentation de l’α-synucléine résulte d’une réduction de la capacité de dégradation lysosomale (177). De plus, des neurones dopaminergiques générés à partir de cellules souches totipotentes (iPS) dérivées de fibroblastes d’un patient Gaucher révèlent aussi une augmentation importante du niveau d’α-synucléine avec une réduction de la protéolyse des protéines de longue durée. Cette étude montre aussi que la neurotoxicité dépend des acides aminés 71-82 de l’α-synucléine, une région nécessaire pour sa polymérisation. Pendant ce temps, l’accumulation de la GlcCer affecte l’agrégation de l‘α-synucléine in vitro en stabilisant les intermédiaires solubles oligomériques. Plus important, la déplétion en GCase peut faciliter la formation d’α-synucléine oligomérique soluble ou insoluble in vivo, dans des modèles de souris Gaucher (4L/PS-NA et D409H/D409H) et chez Caenorhabditis elegans (177). L’α-synucléine pouvant inhiber le transport vésiculaire entre le RE et le Golgi, l’étude montre que la surexpression d’α-synucléine inhibe le trafic intracellulaire de la GCase, conduisant à une diminution de l’activité lysosomale de celle-ci. Cela conduit Mazzulli et al. à proposer une boucle pathogénique débutant dans le lysosome (Fig. 3) (177). Le GlcCer lysosomal accumulé augmenterait la formation et la stabilisation des oligomères solubles d’α-synucléine, éventuellement convertis en fibrilles amyloïdes. Cette accumulation produirait une dysfonction du trafic RE-Golgi de la GCase, conduisant à réduire la GCase dans le lysosome, favorisant l’amplification du GlcCer et la stabilisation des oligomères d’α-synucléine.
Cependant, l’absence d’α-synucléine oligomérique dans les échantillons de patient Gaucher de type 1 sans syndrome parkinsonien indique que d’autres facteurs doivent contribuer à l’oligomérisation de l’α-synucléine dans les MG neuropathiques. L’α-synucléine peut interagir dans un complexe avec GCase qui inhibe son activité de manière dose-dépendante (178).
L’analyse de cerveaux de patients parkinsoniens avec ou sans mutation GBA1 hétérozygote montre que la diminution de l’activité GCase est associée à une diminution de la protéine GCase mais sans modification de son ARNm ou du contenu lysosomal (178). La voie de dégradation UPR (unfolded protein response)/RE est active et pourrait jouer un rôle dans la réduction du niveau protéique de GCase. L’activité GCase est aussi diminuée dans le cerveau des patients ayant une MP sporadique sans mutation GBA1 (179).
Des modèles de souris de Gaucher montrant une accumulation d’agrégats d’α-synucléines semblent utiles comme modèles de traitement pour la MP en utilisant la GCase comme cible. La restauration de la GCase dans le cerveau de ces souris par thérapie génique améliore les lésions histologiques mais aussi le déficit de mémoire. La surexpression de la GCase dans le SNC de souris transgéniques, modèles de MP, améliore les lésions histologiques et l’accumulation d’agrégats d’α-synucléines (180).
Le modèle chimiquement induit
Ce modèle utilise l’injection intrapéritonéale quotidienne de CBE pendant 3 semaines inhibant plus de 90% de l’activité GCase et induisant l’accumulation de GlcCer dans la rate, le afoie et le cerveau, réversible à l’arrêt du traitement (182). L’augmentation du taux de GlcCer peut être obtenue par l’injection de CBE combinée avec du GlcCer (183-185). Après 8 ou 9 injections quotidiennes intrapéritonéales de CBE (100 mg/kg/j), les souris présentent des symptômes neurologiques et meurent 7 à 12 jours après l’injection finale (186).
La souris Gba-knockout
Il s’agit du premier modèle génétique produit en 1992 par l’insertion d’une cassette Neo dans l’exon 9 et 10 du gène Gba, créant ainsi une souris portant une mutation nulle ayant moins de 4% d’activité résiduelle de la GCase et un phénotype sévère de type 2 (187). Le GlcCer s’accumule dans le foie, le cerveau, les poumons et dans les lysosomes des macrophages du foie et de la rate. La mortalité néonatale des souris Gba KO est élevée du fait de la perte d’eau importante en raison du défaut de perméabilité de la barrière cutanée (188, 189). Ce modèle pose cependant le problème d’une espérance de vie trop courte. Il a été utilisé pour étudier la neuropathologie et montre dans le cerveau une down-régulation de Bcl2, du brain-derived neurotrophic factor (BDNF) et du nerve growth factor (NGF) (190, 191).
Modèles avec mutations ponctuelles
Par mutagenèse, ont été générées des souris avec la mutation « RecNciI » (L444P/A456P) responsable d’une MG de type 2 chez l’homme et des souris homozygotes pour la mutation L444P (L444P/L444P) (192). La souris RecNciI montre une activité résiduelle de l’enzyme inférieure à 4-9% d’activité de la GCase contre 20% pour la souris L444P/L444P. Les deux modèles meurent cependant tôt après leur naissance. La survie de ces souris a été augmentée en les croisant avec des souris KO pour la GCS, (en utilisant des souris Gba+/L444P;Ugcg+/–, que l’on croise pour obtenir des souris GbaL444P/L444P;Ugcg+/–, puis finalement des souris GbaL444P/L444P;Ugcg+/+) avec une survie à de 50% à 1 an et une activité GCase à 15-20% (193). Les souris développent des signes de MG avec anémie, inflammation systémique, anomalies de la peau et diminution du cholestérol, mais sans accumulation de GlcCer ou cellules de Gaucher (193). Ce modèle a cependant été utilisé pour étudier l’efficacité de molécules chaperonnes, qui montrent une augmentation de l’activité de la GCase dans de nombreux tissus (194).
Modèles avec les mutations ponctuelles N370S, V394L, D409H et D409V
Les souris présentant les substitutions homozygotes D409H, D409V ou V394L ont des activités résiduelles de GCase diminuées à 4-10% mais ne présentent des signes de surcharge que progressivement sur plusieurs mois avec des accumulations faibles de GlcCer et quelques cellules de surcharge détectées dans la rate mais sans hépatosplénomégalie (195). Tandis que l’inhibiteur calcique Diltiazem augmente l’activité de la GCase dans les fibroblastes de ces souris, il n’a pas d’effet in vivo chez ces mêmes souris (196).
Les souris N370S/N370S ne meurent pas dans les 24h après la naissance du fait d’un défaut cutané, témoignant d’une différence notable quant à la dégradation du GlcCer dans la peau entre la souris et l’Homme (195).
Le croissement d’une souris portant une mutation ponctuelle avec un animal porteur de la mutation nulle entraîne un phénotype plus marqué d’accumulation de GlcCer et de cellules de surcharge, plus rapidement et sans développement d’atteinte neurologique (195). Ainsi, la souris D409V/null montre environ 5% d’activité de la GCase avec la présence de cellules Gaucher dans le foie, la rate, les poumons et la moelle osseuse à 4 mois et une accumulation de GlcCer d’un facteur 4 à 16 selon l’âge (195, 197). Ce dernier modèle a été utilisé pour tester la thérapie génique en utilisant l’ADNc de GBA1 par vecteur adénoviral, révélant la prévention dans le développement de la maladie et une correction de l’accumulation du GlcCer dans les organes (197). Ce modèle a aussi été employé pour tester la réduction de substrat ou encore la combinaison avec la thérapie enzymatique substitutive (198, 199).
Modèles conditionnels
L’utilisation du systèmes Mx1-Cre-loxP a permis la création d’une délétion du gène Gba sous la dépendance de Cre par un traitement par polyI-polyC après la naissance (qui active le promoteur Mx1) (200). La délétion a ainsi lieu principalement dans les cellules hématopoïétiques et les cellules progénitrices. Les taux de GlcCer augmentent de 100 fois avec des aspects de cellules de Gaucher dans la moelle, le foie et la rate, avec une splénomégalie (x10), mais pas dans le cerveau. L’espérance de vie de ces souris est normale mais il n’y a pas de maladie osseuse ou du système nerveux. Grâce à cette souris, il a été montré que la transplantation de moelle et la thérapie génique peuvent éliminer les cellules Gaucher et qu’une augmentation modérée de l’activité de la GCase suffit à corriger la pathologie (200, 201).
Un deuxième modèle conditionnel de souris MG a été créé en délétant le gène Gba uniquement dans les cellules hématopoïétiques et endothéliales, conduisant à une activité enzymatique résiduelle de 7 à 18% dans le foie, la rate, le cerveau, la moelle osseuse, les leucocytes, et s’accompagnant d’une splénomégalie et d’une accumulation de GlcCer (202).
Le troisième modèle utilisant le système Mx1-Cre-loxP montre une réduction supérieure à 95% de l’activité de la GCase dans les cellules hématopoïétiques et les cellules souches mésenchymateuses avec une augmentation importante des taux de GlcCer et de glucosylsphingosine (GlcSph) dans la rate et le foie (203). Ces souris présentent une anémie, une splénomégalie mais également une atteinte osseuse avec des ostéonécroses et une ostéopénie, atteinte osseuse mimant celle observée dans la MG type 1. Ce modèle montre que l’ostéopénie provient plus d’un défaut des ostéoblastes qu’une augmentation de la résorption osseuse. La GlcSph et le GlcCer, la prolifération et la différentiation précoce des ostéoblastes médiées par la PKC contribueraient probablement au défaut de formation osseuse. De plus, ce modèle montre des anomalies diffuses du développement des cellules thymiques et dendritiques (203).
Modèles avec atteinte neurologique
Un modèle de MG neurologique aiguë a été généré par croisement d’une souris gbalnl/lnl caractérisée par l’insertion d’une cassette loxP-Neo-loxP (lnl) dans l’intron 8 de Gba, avec une souris transgénique kératine-14-Cre. Dans la souris ainsi produite, K14-lnl/lnl, l’expression de la Cre recombinase sous la dépendance du promoteur K14 permet l’excision de la cassette lnl et la restauration de GCase dans la peau (204). En effet, sans la restauration de la GCase dans la peau, la souris présente un déficit enzymatique dans la peau qui va conduire au décès quelques heures après la naissance, en rapport avec une perte d’eau excessive par la peau comme dans le premier modèle murin totalement déficient en GCase, créé par insertion d’un gène de résistance à la néomycine introduit dans l’exon 9 et 10. La souris K14-lnl/lnl a une activité réduite de la GCase dans le cerveau, la rate, le foie, une augmentation du GlcCer et des cellules Gaucher. Elle développe de plus une atteinte neurologique avec épilepsie et paralysie, associée à une perte neuronale et activation et prolifération de la microglie. Certaines de ces anomalies ressemblent à celles observées chez les patients ayant une MG neurologique (204). L’injection intraventriculaire cérébrale de GCase recombinante réduit les taux de GlcCer et de GlcSph, améliore la dégénérescence neuronale et l’astrogliose, et augmente l’espérance de vie des souris (205).
Un autre modèle est généré en restreignant le déficit en GCase au cerveau avec une augmentation du GlcCer dans le cerveau mais des niveaux normaux dans le foie et la rate. (204). Dans ce modèle nestin-flox/flox, l’expression de la Cre recombinase, placée sous contrôle du promoteur nestine, est limitée aux cellules neuronales et gliales mais absente des cellules de la microglie. La souris développe les mêmes symptômes et une atteinte neuropathologique semblable à celle de la souris K14-lnl/lnl mais avec un retard des symptômes neurologiques (16 jours contre 7).
Un autre modèle est généré par l’insertion de la cassette Néo dans l’allèle Gba portant la mutation D409H, croisée avec la souris K14-Cre, conduisant à la souris Kn-9H, ayant le même phénotype que la souris K14-lnl/lnl, atteinte neurologique devenant complète après 10 jours de CBE (186, 204).
Les modèles animaux de MG non murins
Une MG a été observée chez le chien ayant une activité GCase diminuée, une accumulation de GlcCer, des cellules Gaucher et une maladie neurologique progressive (206, 207).
Il a également été découvert une MG neurologique chez un mouton, avec des nouveau-nés présentant une maladie neurologique sévère, avec principalement des tremblements, une incapacité à se tenir debout, une peau épaissie et qui ne vivent que quelques jours (208). Chez ces animaux, l’activité GCase est diminuée et le GlcCer s’accumule dans le cerveau (x100) et dans le foie (x15). Une surcharge lysosomale est observée dans les macrophages spléniques, les ganglions, le thymus et le système nerveux périphérique et central (208).
Le traitement de la maladie de Gaucher
Actuellement, le traitement de la MG est essentiellement basé sur l’enzymothérapie substitutive (ERT), développée depuis 1974 mais conceptualisée depuis la découverte du déficit enzymatique en 1966 (209). Initialement, divers essais ont été menés avec de la GCase purifiée de placenta humain, de la GCase injectée dans des globules rouges recouverts d’anticorps pour être captés par les macrophages, et également en tentant de faire rentrer la GCase dans des liposomes pour traiter quelques patients (210). La découverte des récepteurs mannose des macrophages en 1978 permet d’imaginer la création de modifications des chaînes oligosaccharidiques portant un résidu terminal mannose (211, 212). C’est en 1991 que la GCase avec des résidus mannose est produite (alglucérase) jusqu’au développement d’une GCase humaine recombinante (imiglucérase) en 1994 (213-216). Maintenant, de nouvelles enzymes substitutives comme la velaglucérase alfa (produite par de fibroblastes humains) et la taliglucérase alfa (dérivée de cellules de carotte) sont disponibles comme ERT (217, 218).
L’enzymothérapie substitutive améliore les cytopénies (anémie et thrombopénie), le volume de la rate dans les 6 mois et jusqu’à deux ans de traitement, la taille du foie en 2 à 5 ans, ainsi que les événements osseux (219). En effet, l’étude sur l’utilisation de l’imiglucérase pendant 10 ans montre une diminution de la splénomégalie de 19,4 fois la normale à 5,2 fois la normale (220). Le nombre de patients ayant une splénomégalie modérée ou sévère sont significativement moins nombreux après 10 ans de traitement par imiglucérase (220). L’hépatomégalie chez les patients non splénectomisés passe de 1,8 fois la normale à 1 fois la normale, avec disparition des patients ayant une hépatomégalie sévère. Les cytopénies s’améliorent également puisque l’hémoglobine chez les patients non splénectomisés passe de 11,2 à 13,6 g/dl, avec 88% des patients initialement anémiques qui ne le sont plus après 10 ans de traitement par imiglucérase. La numération des plaquettes s’améliore également de 95300/mm3 à 166000/mm3. De même, chez les patients splénectomisés, l’hémoglobine passe de 11,9 à 13,4, les plaquettes passent de 237200 à 311200/mm3 (220). Chez les sujets splénectomisés, la taille du foie diminue également sous imiglucérase, passant d’une moyenne de 2,2 fois la normale à 1 fois la normale. Les douleurs osseuses passent également dans cette population de 88,9% à 61,1 % (220). Concernant les effets de l’imiglucérase sur l’os, chez les patients non splénectomisées, parmi les 52,4% des patients présentant des douleurs osseuses, 57,1% n’ont plus de douleurs après 10 ans de traitement (220). Chez les patients n’ayant pas de douleurs osseuses avant l’initiation de l’imiglucérase, 84,3 % ont continué à ne pas ressentir de douleur après 10 ans de traitement. Chez les patients non splénectomisés, parmi ceux qui avaient des crises osseuses (16%) avant l’initiation de l’ERT, 92,6% n’ont plus de crises après 10 ans de traitement (220). De plus, aucun des patients ne présentant pas de crises osseuses n’en présentait après 10 ans d’imiglucérase. La vélaglucérase alfa montre des résultats similaires avec, à 12 mois, une augmentation de l’hémoglobine de 2,43 g/dl, des plaquettes de 50900/mm3 et une diminution de la rate de 14,0 à 5,8 fois la normale (217). Les résultats de la vélaglucérase n’étaient pas inferieurs à ceux de l’imiglucérase dans un étude comparative (221). Le traitement par taliglucérase alfa après 9 mois de traitement permet lui une augmentation de 2,2 g/dl d’hémoglobine, d’environ 40000 plaquettes/mm3 et une diminution de 38% de la taille de la rate et 11,1% de la taille du foie (218).
Le traitement par réduction de substrat (SRT) a été suggéré par la découverte du fait que certains iminosucres peuvent sélectivement inhiber (ou ralentir) la synthèse de certains glycosphingolipides. Le miglustat fut initialement développé comme inhibiteur de glucosidase avec une activité anti-virale potentielle mais s’est aussi révélé capable d’inhiber de manière réversible la GlcCer synthase (222). Le miglustat permet une diminution du volume de la rate de 19% et du foie de 12% après 12 mois de traitement et de 30% et 18% à 36 mois (223, 224). L’hémoglobine augmente de 1,3 g/dl et les plaquettes de 22000/mm3 après 36 mois de traitement (224). Cependant, chez les patients passant de l’ERT vers le miglustat, on observe une diminution de l’hémoglobine de 0,95 g/dl et des plaquettes de 44100/mm3 (225, 226).
L’éliglustat, un autre type d’inhibiteur de la GCS, montre sur une étude de quatre ans une augmentation du taux d’hémoglobine de 2,3 ± 1,5 g/dl (initialement: 11,3 ± 1,5 g/dl) et des plaquettes de 95% (initialement: 68700 ± 21200/mm3) (146, 227, 228). Les volumes de la rate et du foie diminuent respectivement de 63% (initialement: 17,3 ± 9,5 fois la normale) et 28% (initialement: 1,7 ± 0,4 fois la normale). La chitotriosidase et le CCL-18 diminuent de 82%. L’atteinte osseuse s’améliore également avec une densité osseuse qui diminue au niveau lombaire de 0,8 (60%) (initialement: -1,6 ± 1,1). Les effets indésirables sont modérés. Par rapport à l’imiglucérase, l’éliglustat a montré récemment une non-infériorité sur le maintien des paramètres hématologiques et sur le volume des organes, chez des patients traités par ERT depuis au moins 3 ans, et randomisés pour 2/3 sous éliglustat et 1/3 sous imiglucérase (229).
Physiopathologie
Accumulation de substrat
Le GlcCer fut découvert comme le lipide principal s’accumulant dans la MG en 1934 (Aghion 1934) et stocké dans tous les tissus (230). Le GlcCer s’accumule dans le foie et dans la rate au même degré dans les trois types de MG, aux environs de 30 à 40 mmol/kg dans la rate et, chez les patients de type 3 splénectomisés, de 24,1 ± 6,1 mmol/kg contre 9,9 ± 3 mmol/kg chez les non splénectomisés (231). La glucosylsphingosine (GlcSph), la forme déacylée du GlcCer, qui est presque inexistante normalement dans les tissus, est retrouvée à un niveau significatif dans le foie et la rate surtout dans les types 2 et 3, plus faiblement dans le type 1 (231). La concentration en GlcSph est anormalement élevée dans le cerveau des patients ayant une MG de type 2 ou 3, suggérant un rôle potentiel pathogénique dans ces formes (232). La composition des acides gras du GlcCer diffère entre le GlcCer cérébral et du GlcCer des autres tissus, l’acide stéarique (C18:0) prédominant dans celui du système nerveux (cerveau et cervelet) tandis que les acides palmitique (C16:0) et docosanoïque (C22:0) sont les plus abondants dans les tissus périphériques (233). Le GlcCer est élevé également dans le plasma des patients de types 1 et 3 (234, 235). De même, la concentration plasmatique de GlcSph est augmentée (236). Ce lysosphingolipide serait formé à partir du GlcCer accumulé sous l’action de la céramidase acide (237).
Malgré l’augmentation du GlcCer dans les tissues de la MG, cette élévation n’est pas suffisamment importante pour expliquer une augmentation de volume des organes. En effet, l’augmentation du volume hépatique (parfois jusqu’à 5 fois) et splénique (parfois jusqu’à 100 fois la normale) ne peut s’expliquer seulement par la surcharge en GlcCer qui représente moins de 2% de la masse de ces organes (238).
Le processus pathologique de la MG prend naissance dans le lysosome. Les macromolécules endogènes et exogènes, incluant les glycosphingolipides (et donc du GlcCer) sont délivrés au lysosome par divers processus tels que l’endocytose récepteur-médiée, la pinocytose, la phagocytose, et l’autophagocytose. La majorité des protéines lysosomales elles-mêmes sont envoyées au lysosome via le récepteur mannose-6-phosphate tandis que la GCase est adressée via la protéine LIMP2 (239). Le métabolisme phospholipidique est modifié dans des modèles neuronaux de MG (240) et dans des modèles chimiquement induits de macrophages (241). L’homéostasie du calcium est également perturbée dans des modèles neuronaux de MG ainsi que dans le cerveau de patients ayant une MG de type 2 (242-245).
Le GlcCer accumulé va produire de nombreuses réponses cellulaires en particulier dans les cellules de Gaucher, macrophages qui phagocytent des érythrocytes sénescents de la circulation (246-248).
Les cellules de Gaucher sont des cellules dérivées de macrophages, engorgées de lipides, de 20 à 100 nm de diamètre, ayant un petit noyau habituellement excentré et un cytoplasme caractéristique d’aspect feuilleté (249). Elles présentent à leur surface des marqueurs de macrophages, d’activité phagocytaire (246, 250, 251). L’accumulation de GlcCer dans ce macrophage conduit à des modifications fonctionnelles et phénotypiques (251). Ces cellules seraient à considérer plutôt comme des macrophages « alternativement activés » (200).
Les concentrations circulantes des cytokines suivantes sont élevées dans la MG : interleukine-1β (IL-1β), interleukine-1 receptor antagonist, IL-6, tumor necrosis factor-α (TNF-α), et IL-2 receptor soluble (sIL-2R), CD14 and M-CSF (252, 253). Ces facteurs pourraient jouer un rôle dans l’ostéopénie (IL-1β, TNF-α, IL-6 et IL-10), l’activation de la coagulation (IL-1β, TNF-α et IL-6), les gammapathies (IL-6 and IL-10) et le myélome multiple.
Il a aussi été proposé que la surcharge en GlcCer altère l’hématopoïèse en inhibant la prolifération et la différenciation des progéniteurs médullaires (254). Un article très récent montre que c’est en fait la GlcSph qui agirait comme molécule coupable, en jouant un rôle essentiel dans la survenue des hémopathies malignes (255).
Repliement anormal de l’enzyme et stress du réticulum endoplasmique.
Des anomalies de l’enzyme mutée elle-même pourraient jouer un rôle dans la pathogénie de la MG. Les mutations faux sens conduisent à un repliement anormal dans le réticulum endoplasmique (RE), à la source d’un stress du RE, puis à une dégradation prématurée par le protéasome.
Le degré de rétention dans le RE et de dégradation enzymatique serait corrélé à la sévérité de la maladie (83). L’activation de l’ »unfolded protein response » (UPR) et une réponse anti-oxydante anormale sont retrouvées dans des fibroblastes de MG mais pas dans les cellules stromales mésenchymateuses médullaires ou dans les neurones; ces mécanismes ne seraient ainsi peut-être pas directement impliqués dans les processus neurodégénératifs au cours de la MG de type 2 ou 3.
Mécanismes d’oxydoréduction
La dysfonction de ces mécanismes pourrait jouer un rôle dans la physiopathologie de la MG. En effet, des marqueurs systémiques de stress oxydant comme la catalase sont augmentés dans le sang des patients Gaucher (256). Les monocytes/macrophages de la MG sont activés et montre une diminution de la génération d’ion superoxyde, en rapport avec la surcharge en GlcCer, puisque ces dernières anomalies peuvent être reproduites par un surcharge en GlcCer sur des monocytes normaux (257, 258). Dans des cultures de fibroblastes primaires de patients Gaucher, le niveau d’espèces réactives oxygénées (ROS) et le contenu en protéines carbonylées sont significativement augmentés par rapport à des fibroblastes contrôles, suggérant que les cellules de le MG ont développé une réponse adaptative pour survivre à un état de stress oxydant chronique (259). Les cellules Gaucher sont aussi plus sensibles à l’apoptose induite par le peroxyde d’hydrogène, suggérant une dérégulation dans la réponse adaptative au stress oxydant dans lequel APE1/Ref-1 joue un rôle central (259).
En effet, la quantité de protéine APE1/Ref-1 dans le cytoplasme est significativement augmentée dans les fibroblastes de MG par rapport aux contrôles, et ces cellules ne sont pas capables d’augmenter l’expression de cette protéine après utilisation d’ H2O2 (259). Les augmentations de ROS et APE1/Ref-1 sont dues à l’accumulation de GlcCer, puisqu’elles sont bloquées par le traitement des fibroblastes Gaucher par l’imiglucérase et reproduites par le traitement au CBE (259). L’augmentation de ROS serait liée à l’activation de la NAD(P)H oxydase. On notera cependant l’absence d’augmentation de la protéine APE1 dans les cellules stromales mésenchymateuses médullaires (70).
Les troubles de l’homéostasie calcique
Des travaux menés chez le rat sur des modèles de MG neurologique induite par le CBE montrent une augmentation de l’efflux du calcium libre des stocks du RE via le récepteur de la ryanodine (RyaR), canaux majoritaires du RE, et ceci en réponse à la caféine, un agoniste de ces récepteurs (242, 244, 260). Le GlcCer module l’activité du RyaR, en le rendant plus sensible et en amplifiant le relargage de Ca2+ en réponse à un agent neurotoxique, le glutamate (242). Ce mécanisme augmente la sensibilité neuronale à la mort cellulaire induite par le glutamate et pourrait contribuer ainsi à la perte neuronale dans la MG neuropathique. De plus, la pré-incubation avec des antagonistes de la ryanodine bloque complètement les effets toxiques de nombreuses neurotoxines, démontrant que le relargage de Ca2+ du RE via le récepteur RyaR est responsable de la mort neuronale. La GlcSph module elle aussi la libération du Ca2+ mais sans impliquer le RyaR. D’autres lyso-glycosphingolipides comme la galactosylsphingosine ou la lactosylsphingosine sont capables de moduler le relargage du Ca2+ in vitro, mais à des niveaux 10 à 15 fois supérieurs à ceux retrouvés dans les tissus de patients Gaucher (243).
Dans les tissus cérébraux humains de MG, le relargage de calcium via le récepteur RyaR est plus important dans des microsomes de MG de type 2 que de type 3 ou 1 et semble corrélé au niveau d’accumulation de GlcCer (244).
Autophagie
Des anomalies de l’autophagie ont été décrites dans diverses maladies lysosomales, comme la maladie de Niemann-Pick C, le déficit multiple en sulfatase, la maladie de Pompe, ou la mucopolysaccharidose de type VI (261). L’examen anatomopathologique de cerveaux de souris de MG objective la présence d’autophagosomes, impliquant l’autophagie dans les processus neurodégénératifs.
Des fibroblastes de patients déficitaires en saposine C montrent aussi une augmentation de l’induction d’autophagie (262). Des souris portant à la fois la mutation V394L de la GCase et un défaut en Sap-C (souris 4L, C*), utilisées comme modèle de MG neuropathique, montrent une accumulation dans les neurones et les astrocytes de p62/sequestosome 1 impliqués dans la clairance autophagique de protéines ubiquitinylées, ainsi qu’une augmentation de matériel non digéré dans des vésicules à l’intérieur des axones (263).
Rôle du facteur de transcription EB (TFEB)
TFEB, facteur de transcription EB, est un régulateur clé dans la biogenèse et les fonctions des lysosomes. TFEB module les voies lysosomales en contrôlant l’expression des enzymes lysosomales impliquées dans la dégradation des protéines, des glycosaminoglycanes, des sphingolipides et du glycogène (264). Il module aussi la clairance cellulaire en contrôlant l’autophagie et l’exocytose lysosomale (265, 266). Dans des fibroblastes de patients Gaucher homozygotes pour la mutation L444P, l’activation de TFEB permet de restaurer le repliement et l’adressage de la GCase au lysosome et augmente ainsi son activité enzymatique (267). La principale réponse transcriptionnelle dans le fibroblaste MG est l’activation du réseau CLEAR, composé de diverses fonctions associées au lysosome et modulées par TFEB, en particulier LIMP2 (267).
La voie du récepteur interagissant avec la protéine kinase-3
Une forme de nécrose programmée appelée nécroptose dépend des sérine-thréonine protéines kinases RIPK1 et RIPK3. La nécroptose peut être déclenchée par l’activation des récepteurs au TNF ou Toll-like (TLR), en réponse au stress génotoxique ou au cours d’infections virales. Le clivage de ces kinases par la caspase-8 prévient la nécroptose et est alors associé à de l’apoptose. Quand la caspase-8 est inactive, RIPK1 et RIPK3 ne sont pas clivées et engagent les mécanismes effecteurs de la nécroptose. L’association de la caspase-8 à l’isoforme longue de c-FLIP (et à FADD) inhibe la nécroptose, tandis que son association avec c-FLIP court la favorise. Deux modèles murins de MG ont révélé des taux élevés de c-FLIP court dans le cerveau, expliquant l’absence d’activité caspase-8. Il a aussi été retrouvé une élévation du c-FLIP long. Ripk1 et Ripk3 sont augmentés dans le cerveau des souris Gaucher (268). Le taux de RIPK1 a également été retrouvé élevé dans le cerveau d’un patient ayant une MG de type 2. Dans le cerveau de souris Ripk3+/- et traitées par CBE, c-Flip court est augmenté et les animaux présentent des manifestations typiques de MG avec perte de poids et perte de la coordination motrice, tandis que les souris Ripk3-/- avec CBE sont considérablement améliorées avec une augmentation de la survie de plus de 100 jours et une amélioration des signes neurologiques. La voie RIPK3 serait impliquée dans la neuro-inflammation. L’atteinte hépatique est aussi améliorée dans les souris Ripk3-/- traitées par CBE, avec moins de cellules de Kupffer CD68+ et une diminution des ALAT (268). Le ratio poids de la rate/poids corporel était également amélioré. Les RIP Kinases semblent donc directement impliquées dans la cascade des événements physiopathologiques des formes sévères de la MG.
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Table des matières
REVUE GENERALE
Introduction
1 Les sphingolipides : généralité
2 Le céramide
3 Le Glucosylcéramide: le squelette de nombreux glycolipides
4. Les Glucosylcéramidases
4.1. La glucosylcéramidase lysosomale
4.2. La β-glucosidase des acides biliaires
4.3. La protéine apparentée à Klotho
4.4 La lactase phlorizine hydrolase
5 La maladie de Gaucher
5.1 Histoire de la maladie de Gaucher
5.2 Les signes cliniques
5.2.1 L’hépatosplénomégalie
5.2.2 Les cytopénies
5.2.3 Les troubles de l’hémostase
5.2.4 Les atteintes osseuses
5.2.5 Les signes cliniques de la maladie de Gaucher de type 2 et 3
5.2.6 Le phénotype « bébé collodion »
5.2.7 La maladie de Parkinson et la maladie de Gaucher
5.3 Les modèles murins de la maladie de Gaucher
5.3.1 Le modèle chimiquement induit
5.3.2 La souris Gba-knockout
5.3.3 Modèles avec mutations ponctuelles
5.3.4 Les mutations ponctuelles N370S, V394L, D409H et D409V
5.3.5 Les modèles de souris Gaucher conditionnelles
5.3.6 Les modèles murins avec atteinte neurologique
5.3.7 Les modèles animaux non murins
5.4 Le traitement de la maladie de Gaucher
5.5 La physiopathologie
5.5.1 Accumulation de substrat
5.5.2 Repliement anormal de l’enzyme et stress du réticulum endoplasmique
5.5.3 Mécanismes d’oxydoréduction
5.5.4 Les troubles de l’homéostasie calcique
5.5.5 Autophagie
5.5.6 Rôle du facteur de transcription EB (TFEB)
5.5.7 La voie du récepteur interagissant avec la protéine kinase-3
6.Glucosylcéramide et cancer
6.1 Glucosylcéramide synthase et cancer
6.2 Glucosylcéramidases et cancer
6.2.1 Glucosylcéramidase lysosomale et cancer
6.2.2 Glucosylcéramidase non lysosomale et cancer
6.2.3 La protéine apparentée à Klotho et cancer
TRAVAUX EXPERIMENTAUX
1 Objectif général de la thèse
2 MATÉRIELS ET MÉTHODES.
2.1 Cellules
– Cellules de mélanome B16F10
– Cellules de mélanome A375
2.2 Transfection ShRNA
2.3 Tests de viabilité cellulaire
2.4 Formation des sphéroïdes
2.5 Animaux
– Souris D409V/D409V
– D409V/Null (9V/null)
2.6 Génotypage
2.7 Analyse de la croissance tumorale murine
2.8 Cytométrie en flux
2.9 Mesure de l’activité enzymatiqu
2.10 Western blot
2.11 Analyse des lipides par chromatographie en couche mince
2.12 Analyse des lipides par spectrométrie de Masse
2.13 Analyses statistiques
3 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
3.1 Développement d’un modèle cellulaire de maladie de Gaucher dans la cellule de mélanome
3.2 Développement d’un modèle animal de cancérogénèse dans la maladie de Gaucher
3.2.1 Le modèle de souris Gaucher pour la cancérogénèse montre un déficit en GBA dans le foie et dans la rate
3.2.2 Le modèle de souris Gaucher pour la cancérogénèse montre une surcharge en glucosylcéramide dans le foie et dans la rate
3.2.3 La croissance tumorale des cellules de mélanome est augmentée chez les souris Gaucher femelles (409/409)
3.2.4 La croissance tumorale des cellules de mélanome est augmentée dans les souris
Gaucher mâles (409/409)
3.2.5 La croissance tumorale des cellules de mélanome est augmentée dans les souris Gaucher femelles (409/null)
3.2.6 La croissance tumorale des cellules de mélanome est augmentée dans les souris Gaucher mâles (409/null)
3.2.7 Les cellules iNKT du foie, de la rate et du thymus ne sont pas réduites dans le modèle de souris Gaucher (409/409)
3.2.8 Les cellules infiltrant la tumeur dans les souris Gaucher D409V/D409V ne sont pas augmentées
4 DISCUSSION
CONCLUSION
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