Les anthracyclines

I.5.1. Structure des anthracyclines

Les anthracyclines possèdent une structure polyaromatique composée de 4 noyaux aromatiques portant les complexes hydroquinones et quinone (accepteur et donneur d'électrons) attachés à une partie glucidique, la daunosamine par une liaison O-glycosidique.

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La structure moléculaire des diverses anthracyclines différent par l'ajout de radicaux .Ces molécules diffusent à travers les membranes des cellules cardiaques ou des cellules cancéreuses du fait de leur nature amphiphile et le mécanisme de flip-flop (mouvement de bascule de phospholipides entre les deux feuillets de la membrane) (Regev et al ., 2005).

I.5.2. La doxorubicine

I.5.2.1. Présentation de la molécule

La doxorubicine (DOX) est un médicament anticancéreux important et efficace largement utilisé pour le traitement de divers types de cancer et d’une large gamme de tumeurs solides et de leucémie chez l’enfant et l’adultes (Benguedouar et al., 2008).

Le nom chimique de la DOX est 3-glycoloyl-1,2, 3, 4, 6,11-hexahydro-3, 5,12-

trihydroxy-10-methroxy-6,11- dioxonaphtacen-1-yl-3-amino-2,

3,6-trideoxy-a-Llyxopyranosidehydrochloride qui correspond à la formule chimique brute C27H29NO11H+ Cl¯ et sa masse molaire est de 580 (Abidli, 2004; Takemura & Fujiwara, 2007). Elle possède une structure poly-aromatique plane (Figure 13). Elle est composée d’une fraction sucre, la daunosamine ou 3-amino-2.3.6-trideoxy-L-fucosyl, liée par une liaison glycosique à une fraction chromophore aglycone, l’adriamycinone (ou 14- hydroxydaunomycine), tétracycle avec des groupements adjacents quinone-hydroquinone, un substituant méthoxy et une chaîne courte avec un groupement carbonyl se terminant par un alcool primaire (Bakker et al., 1995).

Figure 12 : Structure moléculaire de la doxorubicine (Tsuruo et al., 2003). I.5.2.2. Mode d’action

L'activité antitumorale des anthracyclines n'a pas encore été complètement élucidée mais plusieurs mécanismes semblent jouer un rôle dont les interactions avec l'ADN, l'inhibition de la topoisomérase II, et la formation de radicaux libres.

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a. Intercalation dans la molécule d’ADN

La doxorubicine agirait sur les cellules selon plusieurs modes d'action. Tout d'abord, près de 99.8% de son accumulation se ferait au niveau du noyau chez des cellules sensibles à cause de sa très grande affinité avec l'ADN (Cutts et Phillips, 1995). La doxorubicine se lie de façon covalente aux doubles-brins de l'ADN pour former un complexe [ADN-doxorubicine] (Priebe et Perez, 1993), et d’y contracter des liaisons hydrophobes qui impliquent la structure anthraquinone de la DOX, par l'intermédiaire des cycles aromatiques B, C et D, et les paires de bases de l'ADN (Booser et Hortorbagyi, 1994), et des interactions éléctrostatiques qui impliquent d'une part, le groupe amine chargé positivement en C3' de la daunosamine, et d'autre part le groupe phosphate chargé négativement de l'ADN. La DOX modifie la structure de l'ADN, cette modification conduit à l’obstruction de la fixation des enzymes de réplication (ADN polymérase), les enzymes de transcription (ARN polymérase) et les enzymes de réparation (Cutts et Phillips, 1995).

b. Inhibition de la topoisomérase II

Les topoisomérases sont des enzymes essentielles des cellules procaryotes et eucaryotes impliquées dans la régulation de la topologie de l'ADN au cours des nombreux processus du métabolisme de l'ADN (réplication, transcription, recombinaison, réparation, remodelage de la chromatine, condensation et ségrégation des chromosomes…) (Wang, 1996; Osheroff, 1998). La topoisomérase I, nécessaire à la relaxation de l’ADN, réalise des coupures simple-brin de l’ADN, alors que les topoisomérases II α et ȕ, nécessaires aussi à la relaxation, réalisent des coupures double-brin de l’ADN (Roger Lacave et al., 2005). La doxorubicine peut être considérée comme un inhibiteur de la topoisomérase II, rappelons que la topoisomérase II permet la scission réparation temporaire du double brin d’ADN. Ce déroulement de la double hélice d’ADN est un phénomène essentiel à la réplication. Pour ce faire, la topoisomérase II forme avec les brins d’ADN un complexe temporaire, donc clivable (Lanore and Delprat, 2002). La DOX en s’intercalant à l’ADN stabilise le complexe de clivage ADN/ topoisomérase II lorsque les coupures sur les chaînes sont induites, et empêche la topoisomérase II de réassembler les extrémités libres des segments coupés de l'ADN (Dal Ben et al., 2007; Chen et al., 2013). L'inhibition de cette enzyme provoque un arrêt du cycle cellulaire en G2/M, puis des aberrations chromosomiques, des échanges entre chromatides sœurs et la mort cellulaire (Capranico et al., 1990).

c. Production des radicaux libres

La doxorubicine est susceptible de conduire à la production des ROS variées au sein de la cellule (Minotti et al., 2004). L’oxydation de la structure quinone de la doxorubicine par

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différentes enzymes entraînerait la formation de radicaux libres tels que l'anion superoxyde, le peroxyde d'hydrogène et le radical hydroxyle (Yang et al., 2014). Ces formes radicalaires conservent une affinité pour l'ADN et les membranes, les ROS se forment à proximité des macromolécules biologiques cible. Les ROS induisent des cassures des ADN et ARN, la modification de nucléotides, la formation de sites à basiques, de pontage ADN-protéine, ou d'adduits par addition de produits issus de la peroxydation lipidique comme le Malondialdéhyde (MDA). Bien qu'au niveau physiologique la mise en évidence de dommages dus aux ROS soit difficile (Minotti et al., 2004).

I.5.2.3. La pharmacocinétique

La doxorubicine est injectée par voie intraveineuse. Ce médicament est rapidement distribué aux divers tissus du corps où il est concentré dans les noyaux des cellules, la concentration est élevée dans le foie et le cœur, les poumons, les reins, la rate et l'intestin grêle, tandis qu'une faible concentration dans le cerveau. La demi-vie de distribution initiale d'environ 5 minutes, tandis que son élimination est lente à partir des tissus qui se traduisent par une demi-vie terminale de 20 à 48 heures. La doxorubicine (DOX) ne traverse pas la barrière hémato-encéphalique (Mross et al., 1990).

Le métabolisme de la DOX se déroule principalement au niveau du foie et est un processus très complexe et comprend plusieurs des interactions : réduction de la fonction carbonyle (C = O) de l’atome de carbone numéro 13 dans de la chaine latérale de la doxorubicine à un groupement alcoolique (OH) et cela par stimulation de l'enzyme cytoplasmique (NADPH-dépendent Aldo-céto réductase) et formation du métabolite hydroxy doxorubicine, nommé doxorubicinol qui est le principal métabolite actif de ce médicament (Zhou et Chowbay , 2002). Déglycosylation en activant l'enzyme cytochrome P450 réductase et formation de hydroxy aglycones ou déoxy aglycones. Ensuite la doxorubicine et ses métabolites sont excrétés par la bile sous forme de doxorubicinol après 24 heures d’absorption ou bien sous forme de sulfates et glucoronides après 48 heures. La réduction enzymatique et le clivage en sucre de daunosamine aglycone sont accompagnés par la formation des radicaux libres.

L’élimination est biliaire. Environ 40% de la dose apparaît dans la bile en 5 jours, alors que seulement 5 à 12% du médicament et de ses métabolites apparaît au cours de la même période de temps dans l’urine (Zhou et Chowbay , 2002).

I.5.3. L’épirubicine

I.5.3.1. Présentation de la molécule

Il s'agit d'un isomère de la doxorubicine (4'-épi-doxorubicine), la seule différence entre la structure de l’épirubicine et celle de la doxorubicine est au niveau de l’orientation du

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groupement hydroxyle situé sur l’atome du carbone quatre du sucre hexoyranosyle (Tjuljandin et al., 1990), elle se fixe rapidement sur les structures nucléaires de la cellule, bloquant la synthèse de l'ADN et de l’ARN, C'est un agent intercalant au niveau de l’ADN (conte, 2000).

Figure 13 : Structure chimique et métabolisme d’épirubicine (Innocenti, 2001). I.5.3.2. Mode d'action

a. Intercalation dans l'ADN

L’épirubicine (EPI) se lie de façon non covalente aux doubles-brins de l'ADN pour former un complexe [ADN-anthracycline]. Les interactions dans ce complexe sont de deux ordres, hydrophobes et électrostatiques. Les interactions électrostatiques impliquent d'une part, le groupe amine chargé positivement en C3' de la daunosamine des anthracyclines, et d'autre part le groupe phosphate chargé négativement de l'ADN (Priebe et Soler, 1993). Les interactions hydrophobes impliquent la structure anthraquinone des anthracyclines, par l'intermédiaire des cycles aromatiques B, C et D, et les paires de bases de l'ADN ( Booser et Hortorbagyi, 1994).

b. Inhibition de la synthèse des macromolécules

L'inhibition de la biosynthèse des acides-nucléiques (ADN et ARN) reposent sur une intercalation directe du médicament et/ou par inhibition de l'activité de l'ADN-polymérase (Gewirtz, 1999).

c. Inhibition de l'hélicase

La mise en évidence de l'altération, par l’épirubicine, de l'enroulement ou de la séparation des brins de l'ADN par inhibition de l'hélicase a été effectuée uniquement dans des expérimentations en solution sans cellule (Gewirtz, 1999).

d. Inhibition de la topoisomérase II

Les topoisomérases de classe II induisent des cassures doubles brins transitoires de l'ADN afin de permettre à un segment de l'ADN de passer à travers un autre (Gewirtz, 1999). Leur

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fonction est essentielle durant la réplication, la transcription, la suppression des recombinaisons, la ségrégation et la condensation des chromosomes. Les anthracyclines en s’intercalant à l’ADN stabilisent le complexe transitoire du clivage [ADN-enzyme] et empêchent de façon réversible la relégation des brins. L’inhibition de cette enzyme provoque un arrêt du cycle cellulaire en G2/M, puis des aberrations chromosomiques, des échanges entre chromatides sœurs et la mort cellulaire ( Tewey et al., 1984).

I.5.3.3. Pharmacocénitique

L’épirubicine a un volume de distribution élevé (1000 L/m2), sa clairance plasmatique totale est 50L/h/m2. Les demi-vies successives de l’épirubicine sont d’environ : 3min, 1heure et 30heures, plus courtes que celles de la doxorubicine (Robert, 1993).

L’épirubicine est principalement métabolisée par le foie donnant naissance à deux métabolites: le 13-dihydroepirubicine (epirubicinol) qui est moins cytotoxique et le 7-deioxydoxorubicinone (aglycones d’épirubicine) (Innocenti et al., 2001). L’enzyme responsable du métabolisme de l’épirubicine en 13-dihydroepirubicine (epirubicinol) est l’aldoketoreductase (Robert, 1993).

I.5.4. La toxicité des anthracycline

La chimiothérapie anticancéreuse peut avoir des effets néphrotoxiques qui sont caractérisées par une diminution du taux de filtration glomérulaire et un dysfonctionnement tubulaire proximal. L’évolution ultime est caractérisée par la nécrose de l’épithélium tubulaire. L’insuffisance rénale chronique est irréversible mais les effets cliniques peuvent être limités à une élévation de l’urée et de la créatinine (Monassier, 2012).

C’est le pouvoir de provoquer des dommages au niveau du foie. La toxicité du foie semanifeste sous forme d’inflammation (on parlera d’hépatite) ou encore de nécrose (mort des cellules hépatique), dans les cas les plus sévères. La stéatose hépatique survient lorsqu’il y a accumulation de gras dans le foie (Angulo, 2002).

La toxicité cardiaque des anticancéreux est spécifique à certains médicaments. Elle est le plus souvent dose-dépendante et cumulative. Elle peut apparaître dès la 48ème heure après le traitement (toxicité aiguë) ou plusieurs jours ou mois après l’injection (toxicité chronique). Cette toxicité est le plus souvent irréversible se traduisant par une insuffisance cardiaque congestive de constitution progressive, réfractaire aux traitements (Talabert et al., 2013). En effet, ce médicament anticancéreux, administré à des doses totales cumulées de 550 mg/m 2 entraînerait des problèmes cardiaques chez plus de 7 % des patients traités (Iarussi et al., 2001; Kim et al., 2003). Le mécanisme impliqué reste irrésolu, mais certains groupes de recherches ont rapporté que les radicaux libres produits par ce médicament seraient majoritairement responsables de la cardiotoxicité (Hande, 1998).

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La myelosuppression est une toxicité commune de tous les anthracyclines (Mross et al., 2006), la toxicité de l’épirubicine sur les cellules souches hématopoïétiques est significativement inférieur à celle de la doxorubicine. L’épirubicine induit la leucopénie et la thrombopénie (Merthelsmann et al., 2011).