Soutenance mémoire
Les voies du catabolisme
L’énergie cellulaire
Comme le disait Ernest Baldwin dans son Dynamic Aspects of Biochemistry : « Les organismes vivants […] obéissent à la loi de la conservation de l’énergie et doivent pour toutes leurs activités payer dans la monnaie du catabolisme ». Chaque cellule a effectivement besoin d’un apport constant d’énergie pour produire et maintenir l’ordre biologique qui la garde en vie.
Le métabolisme est le processus général par lequel les systèmes vivants acquièrent et utilisent l’énergie libre nécessaire à l’accomplissement de leurs différentes fonctions. Ces fonctions sont multiples et elles se répercutent à plusieurs niveaux dans un organisme. Elles comprennent notamment, mais sans exclure : la biosynthèse de molécules complexes, le transport actif de molécules contre leur gradient de concentration, le maintien de la pression osmotique, la reproduction, la motilité et la contraction musculaire.
L’adénosine triphosphate, ou ATP, constitue la « monnaie » la plus courante de ces processus. Son mode d’action général implique des changements conformationnels de protéines ou d’enzymes suivant leur liaison à l’ATP. L’énergie nécessaire aux réactions est emmagasinée dans les liens phosphoanhydride de l’ATP.
Son hydrolyse exergonique, en plus de permettre les réactions endergoniques subséquentes, relargue de l’adénosine diphosphate (ADP) et du phosphate inorganique (Pi), rendant la réaction irréversible .L’ATP doit donc être constamment régénéré.
Description des symptômes associés à la LSFC
L’acidose lactique, ou LSFC, est une variante de la maladie de Leigh (neurodégénérescence sub-aiguë du tronc cérébral et des ganglions basaux), que l’on retrouve presqu’exclusivement dans la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean-Charlevoix, au Québec.
II s’agit d’une maladie héréditaire récessive. Dans la population en général, une personne sur quarante mille est porteuse du gène muté de la LSFC. Dans la population du Saguenay-Lac-Saint-Jean-Charlevoix, cette statistique est estimée à une personne sur vingt-trois. Dans cette région, une naissance sur deux mille environ porte à terme un enfant atteint d’acidose lactique.
La variante canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC, MIM 220111) se distingue par l’expression différentielle de la maladie dans les tissus. Chez les patients LSFC, le foie et le cerveau sont plus affectés que le cœur, les reins, ou les muscles squelettiques. Ces patients n’ont pas de symptômes de cardiomyopathie, de maladies rénales ou de myopathies sévères comme on en retrouve chez les personnes atteintes du syndrome de Leigh.
Les symptômes de la LSFC se caractérisent par une acidose lactique chronique compensée, un retard de développement, l’hypotonie, un retard psychomoteur, un dimorphisme facial léger, des dommages aux ganglions basaux du système nerveux central (CNS) et des épisodes d’acidose lactique qui sont souvent fatals.
Les crises d’acidose surviennent typiquement lors d’infections majeures, comme une pneumonie bronchique ou une septicémie. D’autres facteurs, comme un stress intense ou un choc émotionnel, peuvent aussi déclencher les épisodes d’acidose lactique. Durant ces crises, plusieurs paramètres sanguins, comme le pH ainsi que le taux de bicarbonate et de lactate sont affectés
Rôle de l’enzyme COX dans le métabolisme cellulaire
Le rôle de l’enzyme COX est de réduire l’accepteur final de la chaîne de transfert des électrons de la mitochondrie, l’oxygène moléculaire, en eau métabolique.
Cet enzyme est composé de treize sous-unités, dont trois sont codées par l’ADN mitochondrial, alors que les dix autres sont codées par l’ADN nucléaire.
L’enzyme requiert aussi dans sa structure deux molécules de hème, ainsi que deux centres de cuivre, avec toutes les modifications nécessaires à leur assemblage.
Plusieurs causes peuvent expliquer le défaut de l’enzyme cytochrome c oxydase : la synthèse perturbée d’une sous-unité, l’assemblage défectueux du complexe enzymatique, la dégradation d’une protéine chaperon, le transport ou la synthèse du groupement hème, le transport ou l’insertion de métaux dans la structure (Cuivre, Zinc, Magnésium, Fer), l’affinité réduite de l’enzyme au cytochrome c ou à l’oxygène, un problème au niveau du transfert d’électrons ou encore au niveau de la stabilité du complexe.
Association du gène LRPPRC à la LSFC
Le gène LRPPRC (Leucin-Rich PentatricoPeptide Repeat Cassette) ou LRP130 (MIM 607544) a récemment été associé aux troubles des patients atteints de LSFC.
Généralement, les principales mutations affectant l’enzyme COX se retrouvent dans les gènes SURF1 (locus 9q34), SCO2 (locus 22ql3) et COX10 (locus I7p11-13). Le gène LRPPRC quant à lui se situe plutôt sur le chromosome deux au locus p16-12.
Aucune des dix sous-unités nucléaires de l’enzyme COX ne correspond à la région du génome où
l’on retrouve le gène LRPPRC. La mutation non-sens A354V dans ce gène provoque le changement d’une alanine très conservée par une valine.
Cette mutation compte pour la majorité des cas répertoriés de la maladie au Saguenay-Lac-Saint-Jean.
Rôle de la protéine LRPPRC dans le métabolisme cellulaire
La protéine LRPPRC est constituée de 1361 acides aminés. Celle-ci possède caractéristiques d’une protéine niitochondriale de par sa « lead sequence » clivable et sa série de répétitions de tandem de pentatricopeptides.
II n’y a pas, à ce jour, de consensus clair quant à la fonction précise de la protéine LRPPRC, ni à son rôle exact dans la maladie LSFC.
Cependant, des études comparatives montrent que cette protéine serait un homologue de la protéine PET309p que l’on retrouve chez la levure. Cette dernière est nécessaire à la bonne expression de l’enzyme COX chez ces organismes.
Son mécanisme implique la stabilisation et la translation de l’ARNm de la sous-unité COX I.
Ainsi, on soupçonne que la protéine LRPPRC serait impliquée dans la stabilité de l’ARNm d’une ou plusieurs sous-unités COX.
Le profil d’expression de l’ARNm de LRPPRC est typique d’une protéine niitochondriale, c’est-à-dire: élevé dans le cœur, les muscles et les reins, et faible dans le cerveau et le foie. Cependant, l’impact de la mutation sur l’expression de l’enzyme COX est important dans le foie et le cerveau, intermédiaire dans les fibroblastes et négligeable dans le cœur et les reins. Il semble que dans les tissus où l’expression de l’ARNm de la sous-unité COX I est la plus basse, la protéine LRPPRC soit requise pour assurer la stabilité de l’enzyme.
Traitement de la LSFC
Selon Luft (2001), les mesures requises pour pallier à une acidose lactique passent par la neutralisation de l’excès d’ions hydrogène avec du NaHCOs, et l’accélération de la métabolisation du lactate.
Présentement, il n’existe pas de médication efficace pour prévenir ou traiter l’acidose lactique. Malheureusement 92 % des enfants atteints décèdent avant l’âge de deux ans d’une crise acidosique qui résulte en une dysfonction de plusieurs organes, et ce malgré un support médical intensif.
Le dimethylglycine (DMG) a fait l’objet d’une étude clinique sur des patients LSFC comme traitement prophylactique potentiel afin d’éviter les crises acidosiques.
Cependant, aucun effet bénéfique du DMG n’a pu être démontré jusqu’à maintenant sur les niveaux sanguins de lactate, de pyruvate, de bicarbonate, sur le pH ou le VO2 des patients.
Des études ont aussi été menées sur le traitement du syndrome de Leigh.
Selon l’une de ces études, de hautes doses de thiamine, de coenzyme-Q ou de L-carnitine auraient des effets bénéfiques, mais seulement chez 8 % des patients. De façon générale, il n’existe pas de traitement efficace pour le syndrome de Leigh.
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Table des matières
CHAPITRE I :INTRODUCTION
1.1 L’énergie cellulaire
1.2 Les voies du catabolisme
1.2.1 La glycolyse
1.2.2 Le cycle de l’acide citrique
1.2.3 La phosphorylation oxydative
CHAPITRE II :REVUE DE LA LITTÉRATURE SCIENTIFIQUE
2.1 Description des symptômes associés à la LSFC
2.2 Rôle de l’enzyme COX dans le métabolisme cellulaire
2.3 Association du gène LRPPRC à la LSFC Il
2.4 Rôle de la protéine LRPPRC dans le métabolisme cellulaire
2.5 Traitement de la LSFC
2.6 Problématique et objectifs du projet de recherche
2.6.1 Problématique du projet de recherche
2.6.2 Objectif général du projet de recherche
2.6.3 Objectifs spécifiques du projet de recherche
2.6.4 Mise en contexte des travaux de recherche
CHAPITRE III :TRAVAUX PRÉLIMINAIRES
3.1 Matériel et méthodes
3.1.1 Lignées cellulaires
3.1.2 Dosage de l’activité COX
3.1.3 Composition des milieux de culture
3.1.4 Activité métabolique (réduction de la résazurine)
3.1.5 Production de dérivés actifs de l’oxygène (Dichlorofluorescein-diacétate)
3.1.6 Viabilité cellulaire (Calcéine-AM)
3.1.7 Statistiques
3.2 Résultats et discussion
3.2.1 Modulation de l’activité COX de fibroblastes sains par inhibition au KCN
3.2.2 Mise au point du modèle d’étude sur fibroblastes LSFC
CHAPITRE IV :PUBLICATION
4.1 Résumé de l’article
4.2 Low-concentvation méthylène blue maintains energy production and strongly improves survival of Leigh Syndrome French Canadian skin fibroblasts
CHAPITRE V :CONCLUSION
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