MODELES GENETIQUES

Plusieurs modèles cellulaires et animaux ont été développés pour étudier les causes, conduisant à une augmentation de l’homocystéine et, par la suite, les conséquences sur le métabolisme et/ou sur le devenir des cellules et des tissus.

1. Modèles de souris cbs knockout

Les cas les plus courants d’homocystinurie sont causés par un déficit congénital en cystathionine-b-synthase (CBS), enzyme limitante dans la voie de transsulfuration et qui permet la condensation irréversible de l’homocystéine et la sérine.

Les cas d’homozygotie cbs-/- représentent une naissance sur 300 000. Les manifestations cliniques des homozygotes comprennent un retard mental, une ostéoporose, des anormalités du squelette et un foie anormalement graisseux. Une artériosclérose prématurée et un thrombo-embolisme sont caractéristiques chez les homocystinuriques et les complications thromboemboliques sont les causes de mort les plus fréquentes chez ces patients.

Plusieurs études ont montré que les patients souffrant de maladies artérielles coronariennes ont des homocystéinémies plus élevées que des sujets contrôles. Il fallait donc déterminer si ces augmentations plasmatiques d’homocystéine étaient une cause de maladies cardiovasculaires ou une conséquence de ces maladies.

Les modèles animaux existant avant 1995 ne permettaient pas de conclure dans un sens ou dans l’autre, et ce sont les travaux de Watanabe et al. (1995) qui ont abouti au développement d’un modèle de souris transgénique déficiente en CBS (cbs -/-, ou CBS KO). [304]

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Ce modèle est aujourd’hui couramment utilisé dans les différentes études qui traitent de la toxicité de l’homocystéine. Il ne sera détaillé ici que le modèle CBS KO car les animaux hétérozygotes cbs +/- ne présentent pas de différences notables avec le type sauvage dans les conditions normales de nutrition.

 Caractéristiques morphologiques et biochimiques des souris cbs knockout

Les premières études menées par l’équipe de Watanabe ont montré qu’au moment du sevrage (J21), le nombre de souris sauvages et d’hétérozygotes était proche du ratio attendu 1:2 (80:151). Cependant, le nombre d’homozygotes était significativement plus faible, 42 obtenues contre 77 attendues (P<0,001) et ce nombre tombait à 18 à 4 semaines et à 15 au bout de 8 semaines. Ces données laissent penser que l’invalidation du gène cbs n’affecte pas la survie embryonnaire mais a une forte incidence durant la période postnatale.

La croissance des mutants est correcte jusqu’à ~ J7 puisqu’il n’y a pas de différence notable au niveau du poids. En revanche, les homozygotes montrent un retard de poids vers le J14 qui ne sera pas compensé par la suite. La courbe de survie montre une chute importante entre la 2ème et la 4ème semaine chez les animaux mutants homozygotes. La survie des animaux est donc un facteur limitant pour les études sur les effets à long terme de l’homocystéine.

Une autre caractéristique de ces souris transgéniques est l’apparition systématique de stéatose hépatique. Cette pathologie traduit un dysfonctionnement du métabolisme lipidique et c’est un point qui a soulevé de nombreuses interrogations concernant le lien potentiel entre l’homocystéine et l’accumulation de lipides dans les hépatocytes.

Il apparaît clairement que l’invalidation du gène de la CBS entraîne des modifications profondes dans l’équilibre cellulaire puisque, en dehors de la survie, la morphologie des animaux transgéniques est affectée. Il en va de même pour les différents métabolites qui gravitent directement ou non autour du métabolisme de l’homocystéine. La modification la plus attendue et la plus marquante est l’augmentation considérable des taux plasmatiques d’homocystéine chez les animaux cbs -/- .

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Figure 27: Niveau d’Hcy plasmatique chez les souris

CBS KO âgées de 21 jours. (Watanabe, 1995)

Les mâles et les femelles sont représentés et les valeurs sont de 6,1 ± 0,8μmol pour les sauvages (+/+, n = 5), 13,5 ± 3,2 μmol pour les hétérozygotes (+/-, n = 7) et 203,6 ± 65,3 μmol pour les homozygotes (-/-, n = 6), *P<0,001

Ces souris transgéniques servent actuellement de modèle pour l’étude des conséquences d’une hyperhomocystéinémie sévère sur le métabolisme des monocarbones, sur l’induction d’un stress oxydant, sur les effets proinflammatoires de l’homocystéine, etc.

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2. Autres modèles de souris transgéniques impliquant le cycle de

reméthylation de l’homocystéine et conduisant à une stéatose

hépatique

D’autres études ont conduit à l’établissement d’animaux transgéniques, notamment sur des protéines impliquées dans le cycle de reméthylation de l’homocystéine.

- mat1A knockout : Il s’agit de la forme hépatique postnatale de la MAT I/III codant

pour la sous-unité catalytique a1. Ce modèle a été développé par Lu et al. (2001) et a montré une sensibilité à l’apparition d’une stéatose hépatique provoquée par une déficience en choline dès 3 mois, et une apparition spontanée de cette stéatose de type macro vésiculaire dès 8 mois. [305]

Les taux de SAM s’effondrent d’un facteur 4 chez les KO tandis que la SAH ne varie pas. On observe aussi une diminution du glutathion réduit et du glutathion oxydé, à l’origine d’une faiblesse dans la lutte contre le stress oxydant. Enfin, il y a induction de l’expression de certaines protéines liées au métabolisme de l’homocystéine, notamment la CBS et la BHMT.

- mthfr knockout : le modèle mthfr KO développé par (Chen et al. 2001) montre de

nombreux retards de développement par rapport aux souris témoins ainsi que des stéatoses hépatiques macro vésiculaires. Les taux d’homocystéine augmentent d’un facteur 10 chez les KO pour atteindre ~30 μmol versus 3-5μM chez les sauvages. Les taux hépatiques et cérébraux de Méthyltétrahydrofolate (produit de la MTHFR) sont aussi très largement diminués (~8 fois) chez les KO. Les taux de SAM ne varient pas mais on observe une augmentation des taux de SAH sûrement en lien avec l’accumulation d’homocystéine. [306]

- adk knockout : l’Adénosine kinase catalyse la phosphorylation de l’adénosine en

AMP. Cette réaction est prépondérante dans le métabolisme de l’adénosine car l’ADK possède une forte affinité pour ce substrat (KM = 0,2-2 μM).

Le modèle KO a été développé par Boison et al. (2002) et a montré également une stéatose macro vésiculaire qui se développe dès les premiers instants de la période postnatale [307]. Cette modification entraîne un déséquilibre dans le métabolisme énergétique avec une diminution d’ATP hépatique tandis que les taux de SAM et SAH augmentent. L’invalidation

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du gène de l’ADK se traduit par une accumulation d’adénosine qui va perturber l’équilibre Hcy/SAH en favorisant la synthèse de SAH. La SAH va rétroinhiber les méthyltransférases SAM-dépendantes et ainsi conduire à l’accumulation de SAM.

PEMT knockout : La Phosphatidyléthanolamine méthyltransférase (PEMT) catalyse la

triple méthylation, SAM-dépendante, de la éthanolamine (PE) en phosphatidyl-choline (PC). La PC est le phospholipide le plus répandu chez les mammifères et sa synthèse commence par la condensation en 3 temps de la choline avec le diacylglycérol. Une autre voie de synthèse utilise la triple méthylation de la PE par la PEMT exprimée seulement au niveau du foie. Walkey et Vance (1997) ont montré que la disruption de la PEMT empêche la transméthylation de la méthionine vers la synthèse de la phosphatidyl-choline. [308]

- MTR et DNMT knockout : Les travaux menés sur l’invalidation du gène de la MTR

n’ont pas permis, pour l’instant, de produire de telles lignées car les animaux transgéniques pour la Méthionine synthase ne survivent pas au-delà de quelques jours de vie embryonnaire [309]. De la même manière, les souris déficientes en ADN méthyltransférases ne dépassent pas le stade embryonnaire. [310]

Ces quelques exemples montrent qu’une déplétion dans l’une des protéines du cycle de l’homocystéine (y compris la CBS) va aboutir à l’apparition d’une stéatose hépatique, en parallèle avec une modification des taux de SAM et/ou de SAH. Il apparaît clairement que le potentiel de méthylation représenté par ce rapport SAM/SAH est déterminant dans ces modèles

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