Régulation du cycle de la méthionine

Plusieurs régulations interviennent dans le métabolisme de la méthionine et de ses cycles associés. Parmi ces régulations on cite :

a) Le rapport SAM/SAH

Quand le ratio SAM/SAH est élevé, la Méthyltétrahydrofolate réductase (MTHFR) est inhibée, le taux de Méthyltétrahydrofolate est faible et l’homocystéine est dégradée par la voie de transsulfuration. Quand la concentration en SAM augmente, la méthylation de l’homocystéine est diminuée et la transsulfuration est activée. Si ce ratio est faible, cela montre un besoin de synthèse plus élevée de SAM et par conséquent l’inhibition de la MTHFR est augmentée et le Méthyltétrahydrofolate est produit pour soutenir la réaction de la méthionine synthase.

Dans les cellules hépatiques, la glycine N méthyltransférase est une enzyme capable de convertir la glycine en sarcosine en présence de SAM. Cette enzyme peut être inhibée par le 5-Méthyltétrahydrofolate [26], mais pas par la SAM. Elle permet donc de réguler le ratio SAM/SAH [21]. Par contre, dans les cellules non hépatiques, le taux de SAM est constant alors que la concentration de SAH varie plus. Donc le ratio SAM/SAH varie essentiellement par le taux de SAH [24].

La majorité des méthyltransférases sont inhibées par l’accumulation de SAH comme par exemple, les DNMTs [27;28;29;30].

b) La methylthioadenosine

La méthylthioadénosine inhibe l’utilisation de SAM sans inhiber la dégradation de la SAH. Dans les cellules de rein de rat, la méthylation de l’ADN n’est pas inhibée par de faibles concentrations de MTA [31].

In vitro, La MTA inhibe la SAH hydrolase quelque soit la concentration de SAH [32;33]. Toutefois, si l’on considère la faible concentration de MTA par rapport à la concentration de SAH, il est probable que, in vivo, cette régulation du cycle de la méthionine par la MTA existe seulement dans les cellules cancéreuses et non dans les cellules normales [34].

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c) Régulation de la méthionine synthase  Méthionine synthase réductase

Durant la méthylation de l’homocystéine, le cofacteur (vitamine B12) passe de la forme méthylcobalamine à la forme Cobalamine I qui est un réducteur fort.

Cependant, en présence d’oxygène, la forme Cobalamine I est parfois oxydée en une forme inactive Cobalamine II. Pour revenir à la forme active, une méthylation réductrice est nécessaire dans laquelle le groupement méthyle est fourni par la SAM et le transfert d’électron a été premièrement montré chez E. Coli comme étant assuré par deux flavoprotéines, la flavodoxine fixant le FMN [35], et la NADPH flavodoxine (ou ferrodoxine) oxydoréductase possédant des sites de fixation FAD/NADPH [36] (Figure 9).

Figure 9: Mode d’action de la méthionine synthase réductase (Leclerc et al. 1998) [37].

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Mécanisme proposé du fonctionnement de la méthionine synthase associée à son cofacteur la vitamine B12 (MS-CO). Cette enzyme en temps normal oscille entre la forme Cob(I) alamine (CO(I)) et la forme méthylée Cob(III) alamine (Co(III)). Mais quand la forme (Co(I)) est oxydée en forme inactive Cob(II) alamine (CO(II)) cela nécessite la méthylation réductive chez E. Coli par deux flavoprotéines et chez l’homme par la méthionine synthase réductase qui utilise comme donneur d’électron le FMN, le FAD et le NADPH

Ensuite, un modèle du système de réduction a été proposé chez l’homme avec les trois sites de fixation (pour le FMN, le FAD, et le NADPH) sur la même enzyme qui a été dénommée méthionine synthase réductase (MSR) [37]. (Figure 10)

Figure 10: Structure de la méthionine synthase réductase (Leclerc et al. 1998) [37].

Enzymes impliqués dans la réduction de la méthionine synthase.

 Haut : le système à deux flavoprotéines impliqué dans l'activation réductrice

de la méthionine synthase à base de cobalamine dans Escherichia coli. Les sites de fixation FMN et FAD/NADPH sont séparés sur les deux enzymes.

 Bas : modèle proposé par Leclerc et al. du système de réduction '' un gène-un

enzyme '' pour la méthionine synthase de mammifères avec les trois sites de fixation sur la même enzyme.

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La MSR possède une certaine similitude avec le cytochrome P450 réductase humaine et avec les deux enzymes du système réducteur de la méthionine synthase d’E. Coli. Dans un groupe de patients CblE déficients en méthionine synthase (MS), des mutations ont été identifiées dans la MSR responsables d’une dérégulation du système d’activation réductrice de la méthionine synthase [38].

Ultérieurement, la MSR a été purifiée à partir de la séquence publiée par Leclerc et al. Son activité est restée inchangée si elle était mesurée en présence de vitamine B12 et de DTT ou en présence de méthionine synthase réductase. La méthionine synthase réductase (MSR) est capable de maintenir l’activité de la MS en présence de NADPH. [37]

De même, il a été démontré que l’activité de la MS porcine est restaurée en présence du cytochrome b5 et du cytochrome P450 réductase, d’où la conclusion que le cytochrome b5 soluble est une des protéines activatrices de la MS ; Ce modèle b5/P450 réductase a été proposé comme étant une deuxième voie d’activation de la MS. [39]

Ultérieurement, l’enzyme NR1 (Novel Réductase 1) dont le rôle était inconnu, a été définie comme étant une réductase contenant les domaines de fixation de la FMN, du FAD et du NADPH avec une séquence semblable à celle de la cytochrome réductase P450 et à celle de la MSR. Il a été démontré que NR1 est capable d’activer la MS en présence du cytochrome b5 mais pas en son absence. Cependant, cette voie d’activation catalytique de la MS reste mineure physiologiquement par rapport à la MSR

De ce fait, la SAM est considérée comme un facteur de régulation de l’activité de la méthionine synthase surtout qu’elle intervient au niveau de la réduction du couple cobalamine/méthionine synthase. [40]

 Régulation par les polyamines

Les polyamines sont des régulateurs cellulaires et jouent un rôle dans la régulation de la MS. La MS des cellules hépatiques de rat peut être stimulée par les polyamines, et plus précisément par la spermine. [41]

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La stimulation de la méthionine synthase par les polyamines aide à la division cellulaire. La concentration de polyamines dans les cellules cancéreuses est plus forte que dans les cellules normales, ce qui peut stimuler encore plus la méthionine synthase. Cependant, l’ornithine décarboxylase, la première enzyme de la synthèse des polyamines, est inhibée par la voie de secours de la méthionine. [41]

Une augmentation de la synthèse de putrescine et de l’activité de l’ornithine décarboxylase a été montrée chez Saccharomyces cerevisiae, quand la méthylthioadénosine phosphorylase était inactivée suite à une mutation ou lorsque l’acide 4-méthylthio-2-oxobutanoïque (dernier produit avant la méthionine) est ajouté dans le milieu. De même, ces résultats ont été montrés dans les cellules MCF-7 (lignée cellulaire d’adénocarcinome du sein) et les cellules MIAPaca-2 (lignée cellulaire d’adénocarcinome pancréatique) dans lesquelles l’expression de la méthylthioadénosine phosphorylase est inhibée [42;43].

L’ornithine décarboxylase, qui intervient dans la transformation cellulaire, fait partie de la famille des proto-oncogènes cellulaires [44]. Elle est inhibée par la SAM décarboxylase. [43;45]

 Par la méthionine

Il a été montré que la méthionine inhibe l’activité méthionine synthase[46][47].Le remplacement de la méthionine par l’homocystéine et la vitamine B12 dans le milieu de culture induit une augmentation de l’activité de la méthionine synthase [47] mais cette augmentation est bloquée par la puromycine [48]. Donc l’inhibition de la méthionine synthase par la méthionine pourrait être due en partie à l’arrêt de la traduction.

d) Maladies de dysfonctionnement de la méthionine synthase

Plusieurs maladies sont reliées à la dérégulation de la méthionine synthase. Elle induit une hyperhomocytéinémie, facteur de risque dans les maladies cardio-vasculaires, et peut également induire un défaut dans la fermeture du tube neural de l’embryon [49][50].

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Une maladie autosomale récessive du métabolisme des folates et des cobalamines induit la déficience fonctionnelle de la MS. Deux groupes différents de cette déficience touchent deux gènes distincts mais avec les mêmes symptômes. Le premier c’est « le groupe de complémentation CblG » avec une MS non fonctionnelle, le deuxième groupe est « le groupe de complémentation CblE » avec une déficience de la méthionine synthase réductase mais où la méthionine synthase est toujours fonctionnelle. Ces deux groupes de complémentation présentent une hyperhomocystéinémie, une homocystinurie, une hypométhioninémie et une anémie mégaloblastique [51][52].

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