Soutenance mémoire
La médecine de précision (PM) est un nouveau paradigme qui est en train de révolutionner la pratique médicale actuelle et remodèle complètement la médecine de demain. La PM aspire à placer le patient au centre du parcours de soins en y intégrant les données médicales et biologiques individuelles tout en tenant compte de la grande diversité interindividuelle. Il est désormais bien établi que les interactions complexes entre les gènes et l’environnement façonnent les processus physiologiques et pathologiques aussi bien à l’échelle individuelle que populationnelle [1]. La prédiction des états physiologiques et pathologiques chez les patients nécessite une compréhension dynamique et systémique de ces interactions. La médecine systémique, fil conducteur de la médecine de précision, est un nouveau concept basé sur des approches globales pour le diagnostic et le suivi des maladies. L’idée de base de ces approches est qu’un système complexe est plus intelligible si on le considère dans sa globalité en tenant compte des échelles spatiales et temporelles [2]. Les erreurs innées du métabolisme (EIM) sont des troubles génétiques résultant de défauts dans une voie biochimique donnée en raison de la déficience ou de l’anomalie d’une enzyme, son cofacteur ou un transporteur. Ce déficit conduit à une accumulation du substrat ou de la diminution voire l’absence du produit en aval. Ces EIM sont un modèle approprié pour les études de médecine systémique parce que la base biologique sous-jacente de ces maladies a été, au moins en partie, largement investiguée. La première description de ces troubles a été faite par Sir Archibald Garrod, qui a initié le paradigme « un gène – une protéine – une maladie ». Cependant, il existe un manque manifeste de corrélation génotype-phénotype dans la plupart des EIM. En outre, la même variation génétique peut aboutir à différents phénotypes dans la même famille [3]. Ces observations remettent en question le paradigme de Garrod et suggèrent l’influence de facteurs génétiques ou environnementaux. Les EIM ne sont plus considérées comme des maladies monogéniques, ce qui ajoute une autre couche de complexité à leur caractérisation et à leur diagnostic. L’avènement des approches «omiques» offre une opportunité exceptionnelle pour fournir de nouveaux outils efficaces pour le dépistage, le diagnostic, le traitement et la surveillance de ces maladies. Les technologies omiques permettent des observations globales des molécules constitutives d’un système biologique. Elles visent essentiellement à extraire, d’une manière non ciblée, et sans hypothèse préalable, les informations biologiques exprimées par les gènes (génomique), l’ARNm (transcriptomique), les protéines (protéomique) et les métabolites (métabolomique).
LES MALADIES HEREDITAIRES DU METABOLISME
Définition et classification
Le métabolisme est un réseau complexe, interconnecté et finement régulé. Il est composé de réactions biochimiques qui transforment des substrats, d’origine endogène ou exogène, en produits indispensables à l’intégrité fonctionnelle de la cellule, du tissu et de l’organisme. De ce fait, une dérégulation de cette homéostasie sous-tend les mécanismes physiopathologiques de différentes maladies [1]. Une altération d’une voie métabolique peut être liée à des facteurs nutritionnels, environnementaux ou génétiques. Les troubles métaboliques qui ont une base génétique sont appelés erreurs innées du métabolisme (EIM) ou maladies héréditaires du métabolisme (MHM). Les EIM représentent un groupe d’environ 500 maladies rares avec une incidence globale d’environs 1/2500. Elles sont principalement dues à un défaut génétique d’enzymes ou de cofacteurs participant à une voie métabolique ou encore au transport intra- ou intercellulaire de métabolites. Les EIM ont été décrits pour la première fois par Sir Archibald Garrod en 1908, au cours des Croonian lectures on the inborn errors of metabolism. Il y décrit l’alkaptonuira, la cystinurie, l’albinisme et la pentosurie [2,3]. Depuis, le domaine des EIM n’a cessé d’évoluer à la fois en termes de diagnostic de nouveaux phénotypes, mais aussi bien dans leurs stratégies thérapeutiques. Les EIM peuvent se manifester à n’importe quel âge [4]. Les symptômes qui en résultent apparaissent pendant la période anténatale et néonatale. Certaines formes sont tardives et peuvent apparaître dans l’enfance et même à l’âge adulte [5]. Dans les maladies tardives, les symptômes sont souvent chroniques et progressifs. L’un des principaux problèmes dans la compréhension des troubles métaboliques héréditaires est leur grande variabilité métabolique et hétérogénéité clinique. Les EIM sont individuellement rares, mais elles forment, collectivement, un groupe important de maladies en particulier dans le contexte pédiatrique. De nombreux types d’EIM peuvent donner lieu à des symptômes similaires et compliquer ainsi la démarche diagnostique. Les phénotypes cliniques d’une même maladie peuvent également varier. Les troubles métaboliques sont classés en fonction de leur présentation principale aiguë, intermédiaire ou chronique [4]. Cette approche s’avère également appropriée pour orienter les stratégies thérapeutiques. Trois groupes sont, ainsi, définis :
Troubles du type « intoxication » : une substance toxique est présente en excès comme dans les troubles du cycle de l’urée, aminoacidopathies ou aciduries organiques. Ces maladies présentent souvent un intervalle libre sans symptômes qui est suivi de symptômes de type intoxication. Ces symptômes peuvent être aigus ou chroniques, mais souvent intermittents et provoqués par un agent intercurrent ou des changements alimentaires. Le traitement, s’il est disponible, repose souvent sur une thérapie nutritionnelle qui permet d’utiliser des voies alternes et d’éviter la voie métabolique altérée.
Troubles du métabolisme énergétique : Les présentations cliniques peuvent être aiguës ou chroniques ou à rechutes. Toutes les voies du métabilsme ébnargétiques peuvent être concernées ; ces déficits peuvent être mitochondriaux (troubles de la chaîne respiratoire, cycle de Krebs et oxydation du pyruvate, défauts d’oxydation des acides gras et corps cétoniques), ou bien affectant les processus énergétiques cytoplasmiques (par exemple, la gluconéogenèse et la glycolyse). Dans ces troubles, les possibilités de traitement dépendent de la nature du défaut de production d’énergie. La plupart des défauts mitochondriaux sont, à ce jour, impossibles à traiter, alors que les défauts de la gluconéogenèse et de la glycolyse sont souvent moins sévères et traitables.
Troubles impliquant les organelles intracellulaires et la surcharge : ces troubles concernent la synthèse ou la dégradation des molécules complexes tels que les maladies lysosomales de surcharge (MLS), les maladies de peroxysomes et les défauts de synthèse de cholestérol. Ces troubles ont une évolution chronique et progressive et ne sont pas liés à l’alimentation ou d’autres facteurs intercurrents. Auparavant, ces troubles étaient longtemps dépourvus de traitements, mais actuellement, des stratégies thérapeutiques sont disponibles pour certaines MLS telles que la maladie de Fabry, Gaucher et Pompe et mucopolysaccharidoses I, II, IVA et VI [6].
Stratégies thérapeutiques
Deux stratégies thérapeutiques principales ont été développées pour traiter les EIM. La première est basée sur la réduction de la concentration du substrat accumulé soit en favorisant son élimination, soit par la réduction de sa production. La seconde est une stratégie de complémentation de la protéine déficiente comprenant l’allo-transplantation de cellules souches hématopoïétiques (TCSH), la thérapie enzymatique substitutive (TES), la thérapie pharmacologique de chaperon, la thérapie génique et la thérapie cellulaire. Certaines de ces approches peuvent être combinées pour améliorer leur efficacité.
Stratégie substrat-dépendante
Limitation des apports du substrat accumulé
Une restriction de l’apport exogène du substrat accumulé permet de réduire sa toxicité (diminution des apports en phénylalanine dans la phénylcétonurie).
Epuration du substrat accumulé
Cette stratégie peut être illustrée par l’utilisation d’épurateurs dans les déficits du cycle de l’urée pour épurer l’ammoniaque accumulé. Diverses molécules sont utilisées telles que le benzoate de sodium ou le phénylbutyrate de sodium. Récemment, des cyclodextrines ont été utilisées pour solubiliser des composés lipidiques qui s’accumulent dans les endosomes tardifs dans les cellules Niemann Pick C. En effet, la maladie de Niemann-Pick C se caractérise par une exportation lysosomale défectueuse du cholestérol et d’autres lipides, entraînant une détérioration neurologique progressive. Les cyclodextrines sont des oligosaccharides cycliques hydrophiles qui contiennent une poche hydrophobe dans laquelle le cholestérol est séquestré [7].
Traitement par réduction de la production du substrat
Cette stratégie vise à diminuer la production du substrat accumulé et à empêcher, ainsi, son stockage. La réduction du substrat peut reposer sur l’inhibition des enzymes en amont de l’accumulation. En effet, l’inhibition de la biosynthèse des substrats permet de rétablir l’équilibre entre la synthèse et la dégradation par les enzymes lysosomales [8]. Le premier inhibiteur qui a été commercialisé est le Miglustat pour la maladie de Gaucher type I (type non-neurologique) [9]. Miglustat est une petite molécule qui inhibe la première enzyme (Glucosylcéramide synthase) de la voie de biosynthèse des gangliosides. Cette approche peut être utile pour d’autres maladies de surcharge lysosomale partageant la même voie de biosynthèse. Ainsi, le même inhibiteur de substrat pourrait être utilisé pour un groupe de maladie tel que le Miglustat dans la maladie de Tay-Sachs [10] et Niemann-Pick type C [11] Sandhoff [12]. Récemment, une nouvelle molécule, Eliglustat, a été décrite pour la maladie de Gaucher type 1 [13].
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Préambule
CHAPITRE I : LES MALADIES HEREDITAIRES DU METABOLISME
1. Définition et classification
2. Stratégies thérapeutiques
2.1. Stratégie substrat-dépendante
2.1.1. Limitation des apports du substrat accumulé
2.1.2. Epuration du substrat accumulé
2.1.3. Traitement par réduction de la production du substrat
2.2. Stratégie de complémentation
2.2.1. Transplantation de cellules souches hématopoïétiques (TCSH)
2.2.2. Thérapie enzymatique substitutive
2.2.3. Supplémentation en cofacteurs
2.2.4. Chaperonnes pharmacologiques
2.2.5. Reprise traductionnelle en aval d’un codon stop prématuré
2.2.6. Inhibiteurs de protéases
2.2.7. Inducteurs de l’autophagie
CHAPITRE II : LES MALADIES DE SURCHARGE LYSOSOMALE
1. Le système lysosomal : physiologie et pathologie
2. Maladies du lysosomales de surcharge : définition et classification
2.1. Définition
2.2. Classification
2.3. Aspects cliniques et diagnostic clinique
2.4. Diagnostic biologique
2.4.1. Dosage des substrats
2.4.2. Etude fonctionnelle
2.4.3. Analyse moléculaire
2.4.4. Diagnostic prénatal
CHAPITRE III : LES MUCOPOLYSACCHARIDOSES
1. Introduction
2. MPS I
2.1. Définition
2.2. Épidémiologie
2.3. Clinique
2.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
2.5. Génétique
2.6. Traitement
3. MPS II
3.1. Définition
3.2. Épidémiologie
3.3. Clinique
3.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
3.5. Génétique
3.6. Traitement
4. MPS III
4.1. Définition
4.2. Epidemiology
4.3. Clinique
4.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
4.5. Génétique
4.6. Traitement
5. MPS IV
5.1. Définition
5.2. Épidémiologie
5.3. Clinique
5.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
5.5. Génétique
5.6. Traitement
6. MPS VI
6.1. Définition
6.2. Épidémiologie
6.3. Clinique
6.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
6.5. Génétique
6.6. Traitement
7. MPS VII
7.1. Définition
7.2. Épidémiologie
7.3. Clinique
7.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
7.5. Génétique
7.6. Traitement
8. MPS IX
8.1. Définition
8.2. Épidémiologie
8.3. Clinique
8.4. Enzyme déficiente et substrat accumulé
8.5. Génétique
8.6. Traitement
CHAPITRE IV : PLACE DES STRATEGIES OMIQUES DANS LA MEDECINE DE PRECISION
CHAPITRE V : LA METABOLOMIQUE : DE LA CHIMIE A LA BIOLOGIE
1. Introduction
2. Stratégies analytiques et instrumentation
2.1. Préparation des échantillons
2.2. Homogénéisation
2.3. Extraction
2.4. Conservation
2.5. Instrumentation
2.5.1. La Résonance Magnétique Nucléaire
2.5.2. La spectrométrie de masse
2.6. Stratégies analytiques multidimensionnelles en métabolomique
2.7. Méthodologie analytique
2.7.1. Ionisation par electrospray (ESI)
2.7.2. La spectrométrie de masse haute résolution à temps de vol (TOF)
2.7.3. La chromatographie liquide ultra haute performance (UHPLC)
2.7.4. La mobilité ionique
3. Traitement des données
3.1. Conversion des fichiers
3.2. Correction de la ligne de base
3.3. Filtrage
3.4. Détection des pics
3.5. Alignement
3.6. Regroupement des ions et leurs adduits
CONCLUSION GENERALE
