Soutenance mémoire
Les glucocorticoïdes
Les glucocorticoïdes (GCs) appartiennent à la famille des hormones Stéroïdes. Le terme glucocorticoïdes découle du principal représentant endogène de cette classe pharmacologique, le cortisol (chez l’Homme et les primates), la corticostérone chez les rongeurs (Figure1) (1). Les GCs naturels, notamment le chef de file, le cortisol, jouent un rôle capital dans la physiologie de diverses fonctions essentielles pour l’organisme et son homéostasie. Ils sont synthétisés dans la glande corticosurrénalienne à partir du cholestérol. La découverte des GCs a bouleversé le traitement de certaines maladies, ils sont considérés jusqu’à l’heure actuelle, extrêmement efficaces et parfois irremplaçables. Cette classe thérapeutique est une des plus anciennes connue et des plus prescrites.
Historique
En 1845 Thomas Addison attribue la maladie qui porte son nom à des anomalies anatomocliniques de la glande surrénale (2). Par des expériences de surrénalectomie sur les animaux, Charles Edouard Brown Sequard montre en 1856 le rôle vital de cette glande. William Osler, en 1896, est le premier à décrire le traitement de la maladie d’Addison par des extraits de glandes corticosurrénales. En 1936, Hans Seyle, endocrinologue, forge le concept du syndrome général d’adaptation au stress et l’intérêt de la corticostérone dans le traitement des chocs (Brûlure, traumatisme, etc.). Les grandes avancées sur les GCs ont été réalisées à la fin de la seconde guerre mondiale, quand le Pentagone (Département de la Défense des Etats Unis) a voulu les utiliser chez les pilotes pour résister au stress et à la fatigue des combats aériens. C’est alors que la première molécule le 11 dehydrocorticostérone (la cortisone) trouva un mode de synthèse industrielle. La première administration médicale des GCs chez l’homme fut réalisée en 1948 pour le traitement de l’arthrite rhumatoïde (3). Pour l’histoire, deux médecins de Boston (États-Unis), Homburger et Bonner, qui s’intéressaient à l’art, découvrent dans un bref article de Life magazine, une photographie de Raoul Dufy, un artiste peintre, montrant les déformations articulaires caractéristiques de la polyarthrite dont il souffrait depuis plusieurs années. Ils lui écrivirent pour lui proposer un traitement expérimental par la cortisone. Très vite, ce traitement permit à Dufy de remarcher et de presser sans la moindre aide sur ses tubes de couleurs. En 1950, Tadeus Reichstein professeur à la faculté de pharmacie de Basel (Suisse), Philip Showalter Hench et Edward Clavin Kendall de la Mayo Rochester clinc sont lauréats du prix Nobel de médecine et physiologie « pour leurs découvertes sur les hormones du cortex des glandes surrénales, leurs structures et leurs effets biologiques (4-5). Depuis, les corticothérapies ont sauvé d’innombrables vies qu’il s’agisse de l’asthme, du choc septique, de maladies auto-immunes, ainsi que des maladies dites orphelines dont la corticothérapie a complètement transformé le pronostic vital. Malgré ce rôle capital en thérapeutique humaine, les GCs ont une réputation ternie par les effets secondaires liés à leur utilisation.
Synthèse endogène des glucocorticoïdes
Origine
La biosynthèse des hormones stéroïdiennes s’effectue dans les glandes corticosurrénales (situées au-dessus des reins), les ovaires, le placenta, les testicules (Cellules de Leydig) et le cerveau, à partir du cholestérol et des acétates, les substances à la base de la production de tous les stéroïdes physiologiques. Le cholestérol utilisé pour la synthèse des GCs est essentiellement d’origine alimentaire (LDL-cholestérol), accessoirement produit par le cortex surrénal et le foie. La corticosurrénale chez l’adulte secrète trois types d’hormones stéroïdiennes : les glucocorticoïdes, les minéralocorticoïdes et les androgènes. Chacune de ces hormones est secrétée préférentiellement dans l’une des trois zones de la corticosurrénale (Figure 2).
-La zone glomérulée secrète principalement les minéralocorticoïdes.
-Les zones fasciculée et réticulée synthétisent les androgènes et les glucocorticoïdes.
La stéroïdogenèse
La synthèse du cortisol requiert le cholestérol et les diverses réactions sont catalysées par un panel d’enzymes d’une extrême spécificité et dont l’expression est tissu-dépendante.
La première étape, la formation de prégnènolone
Le cholestérol est capté de la circulation générale, par la glande surrénale, seule une petite proportion est synthétisée in situ. La scission de la chaîne latérale de la molécule se fait dans la membrane interne de la mitochondrie, grâce à un système enzymatique complexe appelé cytochrome P450scc (scc : side-chain cleavage) (Figure 3) formé de desmolases et d’hydroxylases qui interviennent pour couper la liaison entre deux carbones oxydés (6), livrant ainsi la prégnénolone. Cette réaction est commune à la synthèse de tous les stéroïdes.
La deuxième étape, la synthèse du cortisol
Cette étape s’effectue essentiellement dans la couche fasciculée. La prégnénolone sort de la mitochondrie, grâce à sa lipophilicité, elle traverse la membrane du réticulum endoplasmique lisse où elle sera convertie en cortisol après une succession de réactions enzymatiques. La prégnénolone est transformée en 17 hydroxyprégnénolone par le P450c17 (17α-hydroxylase). Après une oxydation en C3 et une isomérisation au niveau de la liaison éthylique grâce à la 3ß-Hydroxysteroide déshydrogénase, celle-ci donne naissance à la 17α hydroxyprogestérone. Cette dernière subit l’action du P450c 21(hydroxylase), du P450c17 pour finir en 11 désoxycortisol. Ce dernier est dirigé vers la membrane interne de la mitochondrie pour être converti par la P450c11 (b-hydroxylase) en cortisol. Ce précurseur de la cortisone est également appelé hydrocortisone.
La troisième étape, l’obtention de la cortisone
La cortisone, faiblement active, est obtenue secondairement par catabolisme du cortisol. L’équilibre entre les deux molécules est régi par la 11 ß -Hydroxysteroide-déshydrogénase 2, qui est essentiellement, mais pas exclusivement, hépatique, puisqu’elle a été isolée au niveau des organes dits minéralo-dépendants comme les organes lymphoïdes, le rein, l’intestin et la rétine (très récemment identifiée) (7) (Figure 3). Cette étape est primordiale pour l’homéostasie hydroélectrolytique. Bien que faibles, le cortisol possède des propriétés minéralocorticoïdes dues à son analogie structurelle avec ces hormones ce qui lui permet de lier leurs récepteurs cellulaires. Mais grâce à la 11 ß -Hydroxysteroide-déshydrogénase 2, l’action des minéralocorticoïdes n’est pas contrée par la présence du cortisol actif.
La régulation de la cortisolémie
Le cortisol est synthétisé et libéré dans l’organisme en réponse à un stress physique, métabolique ou émotionnel. Il exerce son activité physiologique dans diverses fonctions essentielles pour l’organisme et son homéostasie; il intervient notamment dans la régulation de la tension artérielle et de la fonction cardio-vasculaire, de la croissance, le métabolisme des glucides, lipides, protides, de la fonction immunitaire et de la régulation du systeme nerveux central.
La synthèse de cortisol est placée sous le contrôle de la corticostimuline (CRH) et de la corticotropine ou hormone corticotrope (ACTH). La CRH est un neuropeptide synthétisé dans l’hypothalamus. Une fois libérée elle est transportée vers l’hypophyse où elle stimule la production et la libération de l’ACTH. En quelques minutes, l’activation de la corticosurrénale par l’ACTH conduit à la synthèse et la sécrétion des GCs (8-9). A long terme elle entraîne l’augmentation de la taille et du nombre des cellules cortico-surrénaliennes, l’augmentation de l’expression des enzymes impliquées dans la production du cortisol, de leurs co-facteurs et des récepteurs surrénaliens au cholestérol (10) (11). La sécrétion des GCs ne dépend par uniquement de l’axe hypothalamo hypophysaire. En effet, plusieurs neurotransmetteurs peuvent stimuler la sécrétion de ces hormones, entre autres, la sérotonine et le neuropeptide Y, qui en stimulant la production de l’ACTH, stimulent indirectement la sécrétion des GCs. Aussi, en fonction de l’événement stressant, de son intensité et de sa durée, des facteurs plasmatiques comme l’angiotensine II ou les cytokines peuvent potentialiser la réaction de l’axe corticotrope (12-13). Le cortisol libéré exerce une boucle de rétrocontrôle au niveau hypothalamique (CRH) mais aussi hypophysaire (ACTH) (14). En effet, quand le taux plasmatique du cortisol augmente, ce « feedback » sert à limiter la durée d’exposition des tissus aux effets délétères des GCs en bloquant la synthèse et la sécrétion du CRH et de l’ACTH. Lorsque la cortisolémie est inférieure aux taux minimaux, cette inhibition est supprimée et la sécrétion du CRH et l’ACTH augmente pour rétablir le niveau hormonal basal des GCs (15) (Figure 4). La production moyenne de cortisol est de 55 µmol/j chez l’homme et de 40 µmol/j chez la femme. La concentration plasmatique suit un rythme circadien : elle est d’environ 15 µg/100 ml à 8h du matin et varie de 50 à 160 ng/100 ml pour atteindre une concentration minimale vers 24h. Environ 90% du cortisol est lié à la transcortine ou corticosteroïd binding globulin (CBG) (16), le reste demeure libre dans le plasma, la liaison à l’albumine est négligeable dans les constantes physiologiques normales. Les GCs de synthèse, à l’exception de la prédnisolone, sont transportés préférentiellement par l’albumine (17). Seule la fraction libre dans le plasma est active sur les tissus cibles (18-19). La demi-vie plasmatique du cortisol est de 50 à 90 min. Il est métabolisé principalement au niveau du foie où il est réduit et conjugué en glucuronides puis éliminé sous forme de métabolite hydrosoluble dans les urines. Une petite fraction peut être éliminée sous forme libre sans transformation. Les mêmes processus sont rencontrés chez le rat avec la corticostérone (20).
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Table des matières
Chapitre I : Introduction Bibliographique
1 Les glucocorticoïdes
1.1 Historique
1.2 Synthèse endogène des glucocorticoïdes
1.2.1 Origine
1.2.2 La stéroïdogenèse
1.2.2.1 La première étape, la formation de prégnènolone
1.2.2.2 La deuxième étape, la synthèse du cortisol
1.2.2.3 La troisième étape, l’obtention de la cortisone
1.2.3 La régulation de la cortisolémie
1.3 La relation structure-activité pharmacologique des glucocorticoïdes
1.3.1 Les glucocorticoïdes naturels
1.3.2 Les glucocorticoïdes de synthèse
1.3.2.1 La Dexaméthasone
1.3.2.2 La Dexaméthasone 21-phosphate
1.3.2.3 Triamcinolone Acétonide
1.4 Le récepteur glucocorticoïde (RG)
1.4.1 Structure et organisation fonctionnelle du RG
1.4.2 Les domaines du RG et leur organisation fonctionnelle
1.4.3 Mécanisme d’action des glucocorticoïdes : le devenir du complexe RG-GC
1.4.3.1 La voie génomique dite « directe » des glucocorticoïdes
1.4.3.2 La voie non-génomique dite « indirecte » des glucocorticoïdes
1.4.3.3 La voie non génomique « rapide » des glucocorticoïdes
1.5 La pharmacodynamie des glucocorticoïdes
1.5.1 L’action sur le développement embryonnaire
1.5.2 Les actions métaboliques des glucocorticoïdes
1.5.2.1 Le métabolisme glucidique
1.5.2.2 Le métabolisme protéique
1.5.2.3 Le métabolisme lipidique
1.5.2.4 Le métabolisme de l’eau et des électrolytes
1.5.2.5 Le métabolisme phosphocalcique
1.5.3 L’activité anti-inflammatoire des glucocorticoïdes
1.5.3.1 Les médiateurs cellulaires de l’inflammation
1.5.3.2 Les médiateurs chimiques de l’inflammation
1.5.3.3 Action des GCs sur les médiateurs cellulaires
1.5.3.4 Action des GCs sur les médiateurs chimiques
1.5.4 L’activité anti-immuno-allergique des GCs
1.5.5 L’action antiangiogénique des GCs
1.5.6 La toxicité des glucocorticoïdes (effets secondaires)
1.5.6.1 Les effets toxiques sur les glandes endocrines
1.5.6.2 Les effets toxiques sur le tissu osseux
1.5.6.3 Les effets toxiques sur le métabolisme
1.5.6.4 Les effets toxiques en ophtalmologie
1.6 Le développement des médicaments anti-inflammatoires en ophtalmologie
2 L’œil
2.1 Anatomie générale de l’œil
2.1.1 Le segment antérieur
2.1.1.1 La cornée
2.1.1.2 L’iris
2.1.1.3 Le corps ciliaire
2.1.1.4 L’humeur aqueuse
2.1.1.5 Le cristallin
2.1.2 Le segment postérieur
2.1.2.1 Le corps vitré
2.1.2.2 La rétine
2.2 La vascularisation du segment postérieur de l’œil
2.2.1 La vascularisation de la rétine interne
2.2.2 La vascularisation choroïdienne
2.3 Les glucocorticoïdes en ophtalmologie
2.3.1 Le profil d’expression des récepteurs glucocorticoïdes dans l’œil
2.3.2 L’usage thérapeutique des glucocorticoïdes en ophtalmologie
2.3.2.1 Les pathologies traitées avec les GCs
2.3.3 La toxicité des glucocorticoïdes sur les vaisseaux
3 La mort cellulaire
3.1 Aperçu historique sur la mort cellulaire
3.2 La classification morpho-biochimique de la mort cellulaire
3.2.1 Autophagie
3.2.1.1 La macroautophagie
3.2.2 Nécrose
3.2.3 L’apoptose
3.2.3.1 Les principaux acteurs de l’apoptose
3.2.3.2 Voie apoptotique extrinsèque
3.2.3.3 Voie apoptotique intrinsèque
3.2.4 Autres types de mort cellulaire
3.2.4.1 La catastrophe mitotique
3.2.4.2 L’anoikis
3.2.4.3 L’entosis
3.2.4.4 La pharthanatos
3.2.4.5 La netosis
3.2.4.6 La cornification
Chapitre II : Résultats
1 La toxicité des glucocorticoïdes(GCs) sur les cellules endothéliales (Article 1 : Glucocorticoids exert direct toxicity on microvasculature: Analysis of cell death mechanisms)
2 L’implication des récepteurs des GCs dans la toxicité induite par les GCs sur les cellules endothéliales
2.1 L’évaluation de la mort cellulaire induite par les GCs en présence des antagonistes de leurs cibles intracellulaires
2.1.1 Technique
2.1.2 Résultats
3 XG-102, un agent thérapeutique de substitution aux GCs dans l’inflammation oculaire? (Article 2: Sub-conjunctival injection of XG-102, a c-Jun N-terminal kinase inhibitor peptide, in the treatment of endotoxin-induced uveitis in rats)
Chapitre III : Discussion
1 Les effets des glucocorticoïdes sur l’endothélium microvasculaire : Synthèse Générale
1.1 Choix du traitement et des doses (cellules endothéliales)
1.2 Choix du modèle d’étude
1.3 Les cellules endothéliales, ont-elles toutes la même sensibilité aux glucocorticoïdes ?
1.4 Les GCs, exercent-ils la même toxicité sur les cellules ?
1.5 Quelle est la réponse des cellules endothéliales au stress provoqué par les GCs?
1.6 La réponse aux GCs varie-t-elle en fonction de l’origine de l’endothélium?
1. 7 La toxicité cellulaire est-elle médiée par les récepteurs stéroïdiens ?
2 Les limites de l’évaluation toxicologique des glucocorticoïdes
3 L’évaluation de la toxicité des GCs sur l’endothélium vasculaire
4 Inflammation oculaire : XG-102 futur candidat médicament
4.1 Choix du modèle d’étude
4.2 Le choix de la molécule thérapeutique
4.3 Analyses de résultats, limites et perspectives
5 Apport de ce Travail
6 Les perspectives
Chapitre IV : Conclusion
