Cytostatique sélectif de la phase S de la réplication cellulaire

L’effet cytostatique du MTX résulte de son action sur la voie de synthèse de novo de la thymidine (cf. figure 5). La réaction enzymatique clé dans ce processus est la méthylation du monophosphate de désoxyuridine (dUMP) en thymidine monophosphate (dTMP) sous l’action de la thymidylate synthase (TS), avec comme cofacteur le

5,10-méthylène-tétrahydrofolate (5,10-CH2-THF) oxydé en dihydrofolate (DHF). Cette voie représente la

seule source de thymidine intracellulaire de novo. Elle est essentielle à la synthèse de l’ADN.

La régénération du 5,10-CH2-THF s’effectue en deux temps : une réduction du DHF en THF

sous l’action de la dihydrofolate réductase (DHFR) avec comme cofacteur NADPH + H+, puis

une régénération du 5,10-CH2-THF à partir du THF via la sérine hydroxy-méthyl transférase (SHMT) avec comme cofacteur la sérine et la libération de glycine.

L’acide folique, sous l’action de la DHFR, avec comme cofacteur NADPH + H+ fournit

un apport en DHF.

L’acide folinique ou 5 formyl-tétrahydrofolate (5-CH0-THF) est un métabolite de l’acide folique transformé en 5,10-méthényl-tétrahydrofolate (5,10=CH-THF) sous l’action de la 5,10-méthényl-tétrahydrofolate synthétase encore appelée 5-formyltétrahydrololate

cyclo-ligase (FTHF-CL), puis en 5,10-CH2-THF sous l’action de la méthylène-tétrahydrolofate

déshydrogénase (MTHF-D) avec NADP+ comme cofacteur.

Les études concernant l’effet cytostatique du MTX sont toutes issues de travaux en oncologie, impliquant de ce fait de fortes doses de MTX. Il n’est pas clairement démontré que les interactions du MTX avec ces enzymes existent à faible dose avec une administration hebdomadaire. De plus, une complémentation en acide folique ou folinique est généralement associée, contrariant les effets cytostatiques du MTX.

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Figure 5. Mode d’action cytostatique du méthotrexate

Les cibles enzymatiques directes du méthotrexate sont représentées en rouge. Les flèches en pointillés rouges indiquent l’influence de l’accumulation de certaines molécules sur les substances désignées. 5-CH3-THF, 5-méthul-tétrahydrofolate ; 5,10-CH2-THF, 5,10 méthylène-tétrahydrofolate ; 5,10=CH-THF, 5,10-méthényl-tétrahydrofolate ; 5’ EN : 5’ ecto-nucléotidase ; 10-CHO-THF, 10 formyl-5,10-méthényl-tétrahydrofolate ; ADA, Adénosine désaminase ; ADN, acide désoxyribonucléique ; AICAR, 5-amino-imidazole-4-carboxamide ribonucléotide ; AICAR T’ase, AICAR transformylase ; AMP, adénosine mono-phosphate ; AMP-DA, AMP désaminase ; DHFR, dihydrofolate réductase ; dATP, désoxyadénine tro-phosphate, dGTP, désoxyguanosine triphosphate ; dTMP, désoxythymidine monophosphate ; dUMP, désoxyuridine monophosphate ; DHF, dihydrofolate ; FTHF-CL, 5-formyltétrahydrololate cyclo-ligase ; MS, méthionine synthase ; MTHF-CH, 5,10 méthényl-tétrahydrofolate cyclohydrolase ; MTHF-D, méthylène-tétrahydrolofate déshydrogénase ; SHMT, sérine hydroxy-méthyl transférase ; THF, tétrahydrofolate, TS, thymidylate synthase.

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1.4.1.1 Action sur la dihydrofolate réductase (DHFR)

Le MTX a une action inhibitrice de la DHFR : il en résulte un blocage de la régénération de THF à partir du DHF, lui-même résultant de la synthèse de dTMP. La raréfaction en THF dans la cellule entraîne un blocage de la synthèse des bases pyrimidiques et un arrêt de la multiplication cellulaire. L’action du MTX sur DHFR est compétitive avec le DHF. Ainsi, l’apport d’acide folique augmente le ratio de DHF, pouvant entraîner une levée de l’inhibition par le MTX et relancer la synthèse d’une quantité normale de THF. L’apport d’acide folinique, quant à lui, contourne ce système enzymatique en fournissant directement du THF (Genestier et al., 2000).

Les formes polyglutamates de MTX présentent des constantes d’inhibition (Ki) proches du MTX (Chabner et al., 1985 ; Drake et al., 1987). Toutefois, l’élimination rapide du MTX plasmatique conduit à une disparition rapide de la forme parentale dans la cellule, et

donc une dissociation rapide du MTX-PG1 de la DHFR. A contrario, la séquestration

intracellulaire des MTX-PG2-7 engendre une inhibition prolongée de DHFR, ce qui en fait les

réelles molécules effectrices (Jolivet et al., 1983).

1.4.1.2 Action sur la thymidylate synthase (TS)

Le MTX a une action sur la TS à la fois indirecte via la raréfaction en THF et directe comme inhibiteur. La polyglutamatation augmente considérablement la puissance d’inhibition de la TS, avec une affinité pour TS plus de 250 fois plus importante pour

MTX-PG5 versus MTX-PG1. A noter également que le MTX est un inhibiteur incompétitif de TS

alors que ses métabolites intracellulaires sont des inhibiteurs non compétitifs (Chabner et

al., 1985 ; Genestier et al., 2000).

1.4.1.3 Action sur la 5-aminoimidazole-4- carboxamide

ribonucléotide transformylase (AICAR transformylase)

La 5-amino-imidazole-4-carboxamide ribonucléotide transformylase (AICAR

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d’AICAR, qui dérive lui-même du ribose-5-phosphate, avec comme cofacteur le

10-formyl-THF. Le F-AICAR est indispensable à la synthèse de novo des bases puriques (cf. figure 5).

Le MTX a une action inhibitrice directe et indirecte sur l’AICAR transformylase. Comme action directe, ses métabolites polyglutamates sont des inhibiteurs puissants de

cette enzyme, notamment le MTX-PG5, près de 2 500 fois plus puissants que le MTX.

Indirectement, l’accumulation de MTX-PG dans la cellule entraîne une forte déplétion en THF et de ce fait l’accumulation de DHF et de ses formes polyglutamates, elles-mêmes inhibitrices de l’AICAR transformylase. Ceci aboutit à une accumulation d’AICAR qui perturbe le recyclage de l’adénosine (Genestier et al., 2000 ; Allegra et al., 1985 ; Chabner et

al., 1985).

1.4.1.4 Autres enzymes

Parmi les autres enzymes impliquées dans l’action cytostatique du MTX, on retrouve :

- La 5,10-méthylène-tétrahydrofolate réductase (MTHFR). Cette enzyme intervient dans le métabolisme de l’homocystéine, un acide aminé qui constitue un intermédiaire important dans la fonction donneuse de méthyl de la méthionine et dans le métabolisme de la méthionine vers d’autres acides aminés

soufrés comme la cystéine. Le 5-CH3-THF va donner un groupe méthyl à

l’homocystéine pour produire de la méthionine avec comme cofacteur la vitamine B12 (cf. figure 5). La méthionine est ensuite métabolisée en S-adenosyl-méthionine qui sert de donneur de groupe méthyl, contribuant à la production de polyamines et à la méthylation de l’ADN. Le 5,10-méthylène-THF est converti en

5-CH3-THF par l’action de l’enzyme MTHFR.

- La phospho-ribosyl-glycinamide formyl-transférase, impliquée dans la biosynthèse des bases puriques. Les formes polyglutamates ont également une efficacité supérieure par rapport au MTX.

- L’amido-phospho-ribosyl transférase ou phosphoribosyl pyrophosphate amidotransférase, qui participe aux premières étapes de la biosynthèse des bases puriques.

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