Analogues et metabolites de la vitamine D

ANALOGUES ET METABOLITES DE LA VITAMINE D 

GENERALITES SUR LA VITAMINE D3

Au début du développement industriel de certains pays de l´europe du nord beaucoup d´enfants avaient une maladie appelée rachitisme. Cette maladie se manifestait par un bouleversement du processus normal d´ossification. Ainsi il fut isolé de l’huile de foie de morue, une substance active contre le rachitisme qui fut dénommée vitamine D[1]. De nos jours il est démontré que la vitamine D est impliquée dans un grand nombre de processus biologiques tels que la homéotasie phosphocalcique, la différenciation cellulaire, les processus immunologiques, la régulation de la transcription génétique, etc[2]. Quelques unes de ces activités biologiques de la vitamine D ont trouvé une application clinique ou bien ont un potentiel intéressant pour le traitement de diverses maladies comme le rachitisme,  ´ostéodistrophie reinale, l´ostéoporose, la psoriasis, la leucémie etc…[3] Avec la découverte du calcitriol en 1968 et de son récepteur nucléaire (n-VDR) en 1969, les investigations dans le champ de la vitamine D sont dirigées vers l´étude des mécanismes par lesquels l’hormone et le récepteur collaborent pour la génération de réponses biologiques[4]. L´objectif principal est la compréhension de la régulation de l’expression génétique. La clonation du VDR en 1987 établit une relation claire entre les actions des hormones stéroïdes et tiroïdes et celles de la vitamine D[5]. En 1999, une série d´observations furent publiées qui suggèrent que certaines des réponses biologiques se font trop rapidement[6]. Ceci pourrait trouver une explication à travers un mécanisme non génomique. Actuellement des recherches sont menées pour comprendre comment la 1α, 25-(OH)2-D3 génère des réponses biologiques à travers deux mécanismes : l’un génomique et l’autre non génomique[7].

Structure et nomenclature

Les stéroïdes sont des composés naturels qui se caractérisent par un système à 4 cycles accolés (A, B, C et D) (Schema 1) à structure rigide. Les substituents dirigés vers la partie inférieure du plan sont dénommés α et ceux qui sont digirés vers la partie supérieure du plan dénommés β. Les vitamines D sont considérées comme provenant de la rupture de la liaison C9-C10 du cycle B des stéroïdes. La numérotation et la dénomination stéréochimique des stéroïdes d’origine sont maintenues pour les vitamines D et leurs métabolites. Les deux composés les plus importants de la famille des vitamines D sont la vitamine D3 d’origine animale et la vitamine D2 qui est un résultat de la synthèse organique. La vitamine D3 ou colécalciférol (2a) de provenance animale est une forme naturelle dérivant du 7 déshydrocholestérol (1a) et la vitamine D2 ou ergocalciférol (2b) est une forme synthétique dérivée de l’ergostérol (1b).

La structure de la vitamine D3 et de ses dérivés est décomposée en 4 parties : Le cycle A, le système triénique, le bicycle CD et la chaîne latérale.

Chaîne latérale :
La vitamine D3 possède une chaîne latérale complète du cholestérol (8 atomes de carbone). Ce qui suppose 729 isomères de rotation en tenant compte uniquement des conformations alternatives. Cette grande flexibilité de cette chaîne lui permet d’adopter un grand nombre de conformations. Des études récentes ont montré que la conformation qu’adopte la chaîne latérale lorsqu’elle est unie au récepteur spécifique h-VDR, prévitamine modifiée, peut être responsable des réponses biologiques associées à la vitamine [8].

Bicycle CD:
Du fait de son comportement dynamique restreint il est considéré comme l’unité rigide de la vitamine. A cette entité rigide sont liées des parties plus flexibles que sont la chaîne latérale et le système triénique.

Système triénique:
Il est constitué de trois doubles liaisons conjuguées aux positions 10-19, 5-6 et 7-8. A partir de l’étude des spectres R.M.N en solution il est déterminé que la conformation du diène 5-8 est S-trans[9]. Les doubles liaisons 5-6 et 7-8 sont coplanaires alors que la double liaison exocyclique peut être orientée en haut ou en bas par rapport au plan défini par le diène 5-8. Des études récentes ont montré que si elle se lie au récepteur spécifique préalablement modifié , la simple liaison 6-7 adopte une conformation trans et la double liaison 10-19 dévie de quelques 30° de la planarité[10].

Cycle A:
En solution on a un équilibre dynamique entre les deux conformations possibles chaises A et B (figure 3). La présence significative de la forme bateau C est liée à la rapidité de l’isomérisation conformationnelle. Il est possible que cette forme bateau soit unie au récepteur de même que les conformations de type chaise plus stables [11].

Biosynthèse et métabolisme de la vitamine D

La vitamine D3 est fournie par le régime alimentaire ou par biosynthèse. Elle se produit au niveau de la peau à partir du 7-déshydrocholestérol en deux étapes (Schéma 5) [12]. La première consiste en la rupture photochimique du cycle B par action de la lumière U.V. (λ = 282 nm) formant la prévitamine D3 [13]. La production maximale est atteinte au bout de quelques heures. Si l’exposition persiste la prévitamine se transforme en taquistérol et lumistérol. Ceci évite la toxicité produite par un excés de vitamine D3 [14,15]. La seconde étape consiste en l’isomérisation thermique de la prévitamine D3, moyennant un déplacement sigmatropique antarafacial (1-7)[16,17] d’hydrogène produisant la vitamine D3 dans sa forme 6-S cis, qui évolue rapidemment à la conformation 6-S-trans, plus stable .

Activation

A l’instar de tous ses métabolites, la vitamine D3 est transportée dans le sang unie à une protèine spécifique de transport DBP produite dans le foie [19] . L’affinité de la vitamine D3 pour cette protèine est faible mais cependant bien supérieure à celle des autres métabolites : le déshidrocholestérol, la prévitamine D3, le lumistérol et le taquistérol. Ceci permet son transport sélectif depuis la peau. La vitamine D3 manque d’activité biologique mais est activée par deux réactions d’hydroxylation séquentielles. La première a lieu dans le foie catalysée par la vitamine D3-25 hydroxylase[20]. Le métabolite 25-OH-D3( 25-hydroxyvitamine D3) est majoritaire dans la circulation sanguine ; il est le précurseur immédiat de la forme active de la vitamine D3 [21]. Le métabolite 25-OH-D3 une fois transportée au rein se transforme au moyen d’une enzyme mitocondriale (CYP27B1), en métabolite 1α, 25– dihydroxyvitamine D3 ( 1α, 25 –(OH)2- D3) forme active de la vitamine D3, qui joue un rôle très important dans la homéotasie et dans la minéralisation des os[22]. De par sa structure et son mode d’action la 1α, 25 –(OH)2- D3 est considérée comme une hormone stéroïdale .

Fonctions physiologiques et applications thérapeutiques de l’hormone 1α, 25– (OH)2-D3

L’hormone calcitriol [1α, 25–dihydroxyvitamine D3] est un important régulateur de l’homéotasie du calcium et du phosphore[24, 25, 26]. Elle est hypercalcémiante et agit à trois niveaux :
-Intestinal : Elle stimule l’absorption intestinale du calcium et des phosphates.
-Osseux : Elle entraîne une résorption osseuse du calcium et du phosphore en stimulant la formation d’ostéoclates.
-Reinal : Elle augmente la réabsorption tubulaire du calcium et pourrait contrôler indirectement celle des phosphates.

Elle interagit avec l’hormone parathyroïde (PTH) et l’hormone tyroïde calcitonine pour le contrôle de la homéotasie calcique [27]. Le calcitriol constitue un important remède pour le traitement de maladies en relation avec la homoétasie du calcium et du métabolisme osseux (rachitisme, ostéoporose, hypoparatiroïdisme, hyperparatiroïdisme etc…) [28] bien que dans tous les cas son utilisation clinique est limitée pour ses effets secondaires (hypercalcémie). Les investigations dans le champ de la vitamine D ont pris une tournure décisive en 1981, lorsque Suda et coll [29a, b] ont découvert que l’hormone 1α, 25 –(OH)2-D3 exerce un rôle important dans la régulation de la croissance et dans la différenciation de différents types de cellules. Ainsi on sait que le calcitriol inhibe la croissance de diverses cellules cancérigenes (cellules leucémiques HL-60, cancer du poumon, cancer de colon etc…). Il promoît la maturité et régule la fonction d’absorption des cellules de l’intestin. Il régule aussi le développement et la fonction d’absorption des ostéoblates qui à leur tour promoivent la formation et la fonction des ostéoclates. Il promoît les processus de Kératinization des cellules de l’épiderme, régule l’hématopoiese en procédant à la différenciation des érythrocytes et des lymphocytes du système immunitaire, etc…[29b,30,31]. Le schéma 8 montre quelques unes des fonctions physiologiques de l’hormone 1α,25–(OH)2- D3 .

La plupart de ses fonctions se font au moyen de récepteurs intracellulaires (VDR) qui sont rencontrées dans une grande variété de cellules et tissus dont certains ne sont pas liés au métabolisme du calcium. On peut donner comme exemple les tumeurs et les cellules malignes. Ceci indique que les fonctions de l’hormone ne se limitent pas uniquement à la régulation du métabolisme du calcium. Récemment on a trouvé que le 1α, 25 –(OH)2-D3 peut aussi exercer des actions déterminantes à travers un mécanisme non génomique[32]. Dans les applications thérapeutiques des métabolites de la vitamine D on distingue les traitements pour la stéodistrofie reinale, l´ostéoporosis, la psoriasis, le cancer, les maladies du système immunologique, la prévention des contre coups des transplantations etc…[33, 34, 35, 36]. Les effets calcémiques [37] induits par l’hormone calcitriol limitent son utilisation dans ces applications cliniques, d’où la préférence aux analogues ayant des effets secondaires faibles. Ainsi par exemple dans les années 80 il fut montré que la psoriasis[33] s’améliore notamment après un traitement avec l’hormone 1α, 25 –(OH)2-D3 mais son activité calcitropique est élevée. Actuellement on utilise son analogue le calcipotriol dont les effets calcémiques sont de l´ordre de 100-200 fois inférieurs à ceux de l’hormone[38]. Les effets calcémiques faibles du calcipotriol sont attribués à sa désactivation métabolique. Elle est éfficace pour un usage topique contre la psorias[39]. Le calcipotriol développé par la compagnie Leo se commercialise en Espagne sous le nom DAIVONEX. A cette date, différents analogues synthétisés présentent une activité éfficiente d’antiprolifération et de différenciation avec des effets calcémiques plus faibles que l’hormone naturelle [40]. Les données obtenues jusqu’aujourd’hui sont proches de l’inhibition de l’accroissement des cellules cancérigenes. L’administration du VDR dans le cas d’un grand nombre de tumeurs, maintient l’espérance sur l’émergence de nouvelles stratégies de traitements cliniques basés sur l’usage des dérivés de la vitamine D pour une grande variété de cancers. Le challenge est la synthèse d’analogues de l’hormone avec une activité de différenciation plus puissante et une actvité calcémique minorée. Ainsi on parviendrait à comprendre le mécanisme ou les mécanismes par lesquels la vitamine D exerce ses fonctions dans la non prolifération des cellules tumorales.

Table des matières

I-INTRODUCTION GENERALE
A – ANALOGUES ET METABOLITES DE LA VITAMINE D
A-II-GENERALITES SUR LA VITAMINE D
2.1 Structure et nomenclature
2.2 Biosynthèse et métabolisme de la vitamine D
2.2.1 Activation
2.2.2 Désactivation
2.3 Fonctions physiologiques et applications thérapeutiques de 1α,25-(OH)2-D3
A-III-PARTIE EXPERIMENTALE
3.1 Procédures générales
3.2 Introduction d’un atome de soufre à la position 23 de la chaîne latérale : Application à la synthèse de 23-thiavitamine D3 et de ses analogues et métabolites
3.3 Métabolites de l’OCT
3.4 Préparation des analogues 55 et 56
A-IV RESULTATS ET DISCUSSION
4.1 Synthèse et étude de 36 et 37
4.2 Synthèse et étude de 40
4.3 Synthèse et étude de 42
4.4 Analogues de la vitamine D3
4.4.1 Analogues de la vitamine D3 avec un soufre en position 23
4.4.2 Synthèse et étude du thioéther 10
4.4.3 Synthèse et étude de l’analogue26
4.4.4 Synthèse et étude des composés 21a et 21b
4.4.5 Synthèse et étude des analogues 54 et 55
B- COMPOSES INORGANIQUES
B-IIa- GENERALITES SUR LA BIOCHIMIE INORGANIQUE
B-IIb-INSTRUMENTATION
B-III-PARTIE EXPERIMENTALE
3.1 Préparation des ligands
3.2 Préparation des complexes
B-IV RESULTATS ET DISCUSSION
4.1 Etudes des ligands
4.2 Susceptibilité magnétique
4.3 Etudes des complexes de ligands tridentates
4.4 Etude du complexe 89
4.5 Etude du complexe 90
4.6 Etude du complexe 91
4.7 Complexes de l’étain
4.8 Etude des complexes des lanthanides
V CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE

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