Métabolisme du L-glutamate et de la L-glutamine dans les cellules épithéliales du

Il est connu qu’il y a une différence importante entre l’environnement luminal de l’intestin grêle et du gros intestin, ainsi que dans la morphologie de la muqueuse lorsque l’on compare l’intestin grêle (présence de villosités) et le gros intestin (présence d’un épithélium de plateau). L’épithélium colique (comme l’épithélium de l’intestin grêle) a un renouvellement rapide (Potten 1997). Ce processus de renouvellement constant, en plus des activités des colonocytes pour transporter de l’eau et des électrolytes, fait que les cellules épithéliales coliques sont, tout comme les entérocytes, de fortes consommatrices d’énergie (Ardawi and Newsholme 1985). Par conséquent, il est important d’identifier les substrats oxydatifs de ces cellules qu’ils soient d’origine sanguine ou luminale. Les contenus luminaux sont caractérisés par une haute concentration en métabolites bactériens, beaucoup d’entre eux servent de « fuel » alors que d’autres sont suspectés être des « perturbateurs » du métabolisme énergétique quand ils sont présents en excès (Blachier, Mariotti et al. 2007). Une autre caractéristique importante de l’épithélium colique est qu’il y a très peu ou pas de transfert d’AA du lumen vers le sang portal, sauf pendant une très courte période après la naissance (Smith and James 1976). Les AA (incluant la L-glutamine et le L-glutamate) doivent être captés par les colonocytes à partir du sang artériel. Les cellules de l’épithélium colique différenciées peuvent utiliser la L-glutamine du plasma comme un substrat oxydatif (Firmansyah, Penn et al. 1989). La L-glutamine est d’abord convertie en L-glutamate et en ammoniaque par la glutaminase mitochondriale et ensuite en α-cétoglutarate par transamination avant d’entrer dans le cycle de Krebs (Duee, Darcy-Vrillon et al. 1995). Les colonocytes peuvent aussi utiliser les acides organiques luminaux générés par l’activité microbienne, incluant les acides gras à chaîne courte comme substrat oxydatif (figure 10). Les substrats alimentaires pour la production d’acides gras à chaîne courte sont les fibres alimentaires, l’amidon résistant et les protéines (Mortensen and Clausen 1996). Bien que la digestion des protéines alimentaires suite à l’absorption d’oligopeptides et d’AA par l’intestin grêle est efficace (Bos, Stoll et al. 2005), une quantité substantielle de composés azotés d’origine endogène et exogène passe dans le gros intestin à travers la jonction iléo-caecale.

Figure 10 : Schéma de la production d’énergie dans les cellules épithéliales absorptives du gros intestin à partir du L-glutamate (L-GLU) plasmatique et des métabolites bactériens luminaux.

Ces métabolites sont produits à partir de polysaccharides et d’acides aminés. Parmi les acides aminés, le L-GLU peut servir de précurseur pour la production de butyrate et d’acétate, qui sont des substrats oxydatifs pour les colonocytes. SCFA : Acide gras à chaine courte, L-GLN : L-glutamine, OAA : oxaloacétate, ASP : L-aspartate, PYR : pyruvate, ALA : L-alanine, αKG : α-cétoglutarate (Blachier, Boutry et al. 2009).

Chez l’Homme, ce matériel azoté provenant principalement des protéines et des peptides (Chacko and Cummings 1988) est quantitativement corrélé à la quantité de protéines ingérées (Silvester and Cummings 1995) et représente entre 6 et 18 g/j (Gibson, Sladen et al. 1976). Le premier évènement dans la dégradation des protéines coliques, est l’hydrolyse des protéines et des polypeptides par les protéases et les peptidases, qui entraînent la libération de peptides et d’AA, suivie par la production de nombreux métabolites bactériens. Ces composés peuvent exercer des effets (bénéfiques ou délétères) sur le métabolisme et les fonctions des cellules épithéliales coliques mais l’étude de ces effets a été très peu développée. L’étude de ces effets a été très peu développée. La nature et l’ampleur de ces effets dépendent des facteurs suivants : les concentrations luminales (qui peuvent être modifiées par l’alimentation), le temps de transit colique, la capacité détoxifiante des cellules épithéliales en réponse à l’augmentation de la quantité de composés délétères et l’utilisation métabolique cellulaire des métabolites luminaux et leurs effets sur le métabolisme intermédiaire et oxydatif des colonocytes (Blachier, Mariotti et al. 2007).

Dans la lumière du gros intestin, le L-glutamate libéré par les protéines et les peptides est le précurseur pour la production d’acétate et de butyrate, mais la part respective du L- glutamate et des polysaccharides alimentaires pour la production d’acétate et de butyrate n’a pas été déterminée. L’activité de la glutamine synthétase, contrairement à la situation dans la muqueuse de l’intestin grêle, est relativement élevée dans la muqueuse du gros intestin (James, Lunn et al. 1998). Récemment, il a été montré que l’activité de la glutamine synthétase dans des colonocytes isolés de rat est dix fois plus importante que l’activité mesurée dans des entérocytes isolés (Andriamihaja, Davila et al. 2010). Parce que la glutaminase, enzyme dégradant la glutamine, a une expression élevée dans les colonocytes (Cherbuy, Darcy-Vrillon et al. 1995), cela soulève la question ouverte de la signification physiologique de l’expression, au sein d’une même cellule, d’enzymes de synthèse et de dégradation de la L-glutamine. Parce que l’ammoniaque, à une concentration que l’on trouve dans la lumière colique, inhibe l’oxydation des acides gras à chaîne courte dans les cellules épithéliales coliques (Darcy-Vrillon, Cherbuy et al. 1996; Cremin, Fitch et al. 2003), l’hypothèse a été proposée selon laquelle l’activité de la glutamine synthétase cytosolique, qui convertit le L-glutamate et l’ammoniaque en L-glutamine, représenterait une voie pour réduire les concentrations intracellulaires en ammoniaque durant son transfert de la lumière vers la circulation sanguine. L’activité de la glutamine synthétase dans les colonocytes peut aussi correspondre à un ajustement précis des concentrations intracellulaires en L-glutamine car il a été montré, dans des expériences in vitro, que cet AA pourrait être impliqué dans le

Données bibliographiques

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contrôle de la synthèse protéique (Le Bacquer, Nazih et al. 2001) et dans le contrôle de l’apoptose induite par des cytokines (Evans, Jones et al. 2005).

Grâce aux données disponibles, il apparaît que la production d’énergie dans les colonocytes est dépendante d’un métabolisme complexe entre les substrats à la fois d’origine luminale et sanguine. Ce métabolisme fait intervenir le L-glutamate. L’utilisation de L- glutamate dans les colonocytes n’est pas restreinte au métabolisme énergétique. La synthèse de glutathion de novo et le transport de ce tripeptide se produisent dans les colonocytes (Roediger and Babidge 1997). Enfin, le métabolisme de la L-glutamine dans des colonocytes isolés après conversion en L-glutamate permet une production nette d’aspartate et d’alanine (Darcy-Vrillon, Morel et al. 1993). La capacité des colonocytes à utiliser de la L-glutamine est importante mais est plus faible que dans les entérocytes (Roediger 1982). De manière cohérente, l’activité glutaminase phosphate-dépendante est plus faible dans les colonocytes par rapport aux entérocytes (Ardawi, Majzoub et al. 1991). Contrairement à ce qui est observé dans les entérocytes (Blachier, Darcy-Vrillon et al. 1991), les colonocytes isolés à partir de côlons de rats et de cochons produisent plus de L-aspartate que de L-alanine à partir de L- glutamine (Ardawi and Newsholme 1985; Darcy-Vrillon, Morel et al. 1993). Cela est confirmé dans les colonocytes qui présentent la plus haute activité de l’aspartate aminotransférase par rapport à l’alanine aminotransférase.