CHAPITRE I : INTRODUCTION
1. La voie de glucuronidation
1.3 La superfamille des UGT
La nomenclature des UDP-glucuronosyltransférases a évolué en fonction de la découverte successive des isoformes ainsi que de la résolution parallèle de l'organisation génomique des loci UGT. Dans la nomenclature actuelle, on regroupe sous le terme « UGT » non seulement les UDP- GlucuronosylTransférases (responsables du transfert d‘un acide glucuronique sur une molécule lipophile), mais aussi tous les membres de la superfamille des UDP-GlycosylTransférases (responsables du transfert d‘un sucre quelconque sur une molécule lipophile). À ce jour, plus de 125 UGT ont été identifiés dans différentes espèces de mammifères, nommées et classifiés sur une base de divergence évolutive 33, 34. Chez l‘homme, on a répertorié 30 protéines UGT distribué dans 4 familles distinctes (UGT1, UGT2, UGT3 et UGT8) et dans 5 sous-familles (UGT1A, UGT2A, UGT2B, UGT3A, UGT8A). La nomenclature actuelle exige que chaque famille partage un minimum de 30% d‘identité de séquence en acides aminés avec les autres familles, alors qu‘à l‘intérieur d‘une même famille ce type d‘homologie doit être supérieur à 50% 33, 34. L‘arbre phylogénétique des différents UGT humains est présenté à la figure 3.
1.3.2 Description des familles d’UDP-glucuronosyltransférases
1.3.2.1
Les UGT1
Le gène humain encodant les protéines UGT1 est long de 198 kilobases a été précisément localisé dans la région q37 du chromosome 2 (2q37) 35. La famille UGT1 comporte 9 enzymes uniques, toutes codées par ce gène complexe contenant 17 exons. À l‘origine, la structure particulière du locus UGT1 a été déterminée comme étant constituée d‘une série de 13 exons 1 uniques en 5‘ du gène et de 4 exons communs à tous les transcrits UGT1 en 3‘. Ce locus permet une génération d‘ARNm par partage d‘exons (« exon sharing ») : seulement un des treize exons 1 est choisi et est regroupé à tous les exons 2 à 5 communs (figure 4)36. Chaque transcrit est donc composé de cinq exons, le premier (l‘exon 1) étant unique à chaque isoforme, alors que les quatre exons terminaux sont identiques pour tous. Au niveau génique, chaque exon 1 possède une séquence promotrice unique permettant une spécificité d‘expression propre à chaque UGT1. Au niveau structural, l‘exon 1 code pour le domaine de liaison au substrat, alors que les exons communs 2 à 5 codent pour le domaine de liaison au co-facteur ainsi que pour le domaine transmembranaire.
Figure 3: Arbre phylogénétique de la superfamille des UGT humains. Entre elles, les glucuronosyltransférases des familles UGT1 et UGT2 partagent environ 50% d‘homologie dans leurs chaînes d‘acides aminés. À l‘intérieur des familles 1 et 2, les différentes isoformes partagent au moins 66% et 59% d‘homologie, respectivement. Les UGT1A_i2 sont à 98% identiques aux UGT1A_i1 (étant donné qu‘ils comportent une région différente en 3‘) et sont enzymatiquement inactifs; leurs caractéristiques sont expliquées en détail dans la section 3.5.1 32-34.
Les enzymes de la famille UGT1 démontrent une affinité pour un grand nombre de substances, comme par exemple la bilirubine, les hormones stéroïdiennes (principalement les estrogènes) 37, 38, les acides biliaires 39, les hormones thyroïdiennes 31 ainsi que plusieurs médicaments 40. De plus, les molécules contenant des amines primaires, secondaires et tertiaires 41, 42, les opioïdes 43, les flavonoïdes 44, 45 et les benzopyrènes 46-48 sont pour la plupart glucuronidés par certains UGT1. UGT1A1, l‘enzyme la plus étudiée de tous les UGT1, peut conjuguer divers composés endogènes comme l‘acide rétinoïque 49 et les estrogènes 38, mais également des composés exogènes comme les médicaments irinotécan 50 et ézétimibe 51. UGT1A1 est également la seule isoenzyme à métaboliser la bilirubine 52 : d‘ailleurs, des variants de sa région génique sont associés à l‘hyperbilirubinémie (souvent appelée syndrome de Gilbert et caractérisée par une jaunisse)53, à la maladie de Crigler-Najjar (hyperbilirubinémie sévère menant souvent à des dommages
cérébraux)54, à la susceptibilité à certains cancers estrogéno-dépendants 55, 56 et à d‘autres caractéristiques physiologiques 57-59.
Figure 4: Représentation du locus UGT1. Lors du processus de transcription, un des 13 exons 1 du locus est joint aux 4 exons communs (2, 3, 4 et 5), ce qui donne une possibilité d‘expression de 13 transcrits UGT1 distincts. Les exons 1 nommés 12p, 11p, 13p et 2p sont considérés comme étant des pseudogènes car ils contiennent tous au moins un codon d‘arrêt entraînant une traduction prématurée 60.
Récemment, notre laboratoire a mis au jour la présence d‘un exon commun supplémentaire, l‘exon 5b. Cet exon alternatif peut se retrouver au sein de transcrits UGT1 après l‘exon 4 et il précède ou remplace l‘exon 5 classique (renommé exon 5a). L‘épissage alternatif de cet exon produit deux nouvelles classes de transcrits, les UGT1A_v2 et v3, tous les deux menant à un seul type de nouvelles protéines tronquées en C-terminal (les UGT1A_i2) qui modulent négativement l‘activité des enzymes UGT1A (renommées UGT1A_i1) 61-66. Ce mécanisme moléculaire est exposé de façon plus exhaustive dans la section 3.5.1.
1.3.2.2
Les UGT2
Il existe 2 sous-familles UGT2 chez l‘humain, UGT2A et UGT2B, qui sont toutes deux codées sur le chromosome 4q13 67. Un total de trois membres de la sous-famille 2A ont été découverts chez l‘homme, soit UGT2A1, UGT2A2 et UGT2A3. Ces 3 enzymes partagent environ 60% d‘identité avec les UGT2B et sont connues comme étant principalement actives au niveau de l‘épithélium olfactif 68-70. La fonction biologique principale proposée aux UGT2A est la terminaison du signal odorant dûe à la glucuronidation de composés phénoliques 71.
UGT2A1 et UGT2A2 sont exprimés à partir du même locus et, comme les UGT1A, sont caractérisés par des exons 1 uniques et par un partage d‘exons communs (exons 2 à 6)72. Les deux exons 1 comprennent des promoteurs distincts, ce qui leur confère une spécificité d‘expression.
Ces deux enzymes sont les seuls UGT exprimés de façon majeure le long des voies respiratoires 72-74quoiqu‘ils aient également été détectés au côlon, au rein et au sein, mais pas dans le foie 72. Il a été remarqué que UGT2A1 avait des niveaux d‘expression environ deux fois plus élevés que UGT2A2 dans les tissus où les deux sont exprimés70 75. UGT2A1 est considéré comme l‘UGT le plus efficace pour la conjugaison de l‘indométacine, un médicament anti-inflammatoire 76. Cette enzyme métabolise également les androgènes (la testostérone, l‘épitestostérone 77, l‘androstérone, l‘étiocholanolone et les 5-alpha- et 5-bêta-androstanediol 78), les estrogènes (l‘estradiol 79 et l‘estriol 75), le 1-naphtol, le scopolétol, le 4-méthylumbelliférone (4-MU) 75, certains composés phénoliques75, plusieurs composés carcinogéniques du tabac74, l‘acide hyodésoxycholique (HDCA)75 et le diclofénac 76. L‘activité de UGT2A2 est beaucoup plus faible, mais cette enzyme est aussi capable conjuguer la testostérone, l‘épitestostérone 77, l‘androstérone, l‘étiocholanolone, les 5-alpha- et 5-bêta-androstanediol 78, l‘estradiol 75, 79, l‘acide hyodésoxycholique 75 le 1- naphtol, certains composés phénoliques 75, le 4-méthylumbelliférone 75 et plusieurs composés carcinogéniques du tabac 72. Il a récemment été démontré qu‘un transcrit variant sans exon 3 existait pour UGT2A1 et 2A2 (les ARNm UGT2A1Δexon3 et UGT2A2Δexon3, menant respectivement à la présence des protéines UGT2A1_i2 et UGT2A2_i2) 72, 80. Un peu comme dans le cas des formes i2 du locus UGT1A, ces protéines diminuent la vitesse maximale de l‘activité de glucuronidation des formes classiques (UGT2A_i1) sans modifier l‘affinité pour le substrat. Les formes courtes ont été détectées dans les mêmes tissus que les i1, mais ne sont très présentes qu‘au niveau du côlon 72, 80. UGT2A3 est un des UGT qui détient le plus large spectre de distribution tissulaire, étant exprimé au niveau du foie, de l‘estomac, du pancréas, du côlon, du rein, du tissu adipeux, de la trachée, du larynx, des amygdales, du poumon, du testicule et du tissu nasal 70, 72, 81. Pour l‘instant, très peu de substrats ont été associés à UGT2A3, soit le 1-OH-pyrène, le 1-naphtol 72 et certains acides biliaires (l‘acide hyodésoxycholique, l‘acide chénodésoxycholique, l‘acide désoxycholique et l‘acide ursodésoxycholique 75 81). Cette enzyme a une capacité de glucuronidation très faible sur les composés testés jusqu‘à maintenant.
La sous-famille UGT2B compte quant à elle sept enzymes fonctionnelles chez l‘homme, soit UGT2B4 48, UGT2B7 82, 83, UGT2B10 84, UGT2B11 85, UGT2B15 86, 87, UGT2B17 88 et UGT2B28 89. Les principaux substrats métabolisés par les membres de la sous-famille UGT2B sont les acides biliaires 90, les hormones stéroïdiennes 89, 91, les leucotriènes 92 et plusieurs substances exogènes comprenant des médicaments tels la morphine 8, 93, la zidovudine 94 et le
tacrolimus 95. Étant donné que mes travaux de doctorat ont principalement porté sur les UGT2B, la section 2.3 de cette introduction leur est consacrée.
1.3.2.3
Les UGT3
Les UGT3 (UGT3A1 et 3A2) ont approximativement 30% d‘homologie avec les autres familles UGT et sont codés sur le chromosome 5p13.2. Ils sont constitués de 7 exons et sont composés d‘un total de 523 acides aminés 60. UGT3A1 est spécialisé dans le transfert du N- acétylglucosamine sur certains substrats, tels les acides biliaires (acide lithocholique et l‘acide désoxycholique), les flavonoïdes (biochanine A, 2‘/4‘OH-flavanone, formononétine, chrysine et génistéine), l‘estradiol, la testostérone, le 4-nitrophénol, le 1-naphtol, le 4-méthylumbelliférone et l‘ibuprofène; cependant, son substrat principal semble être l‘acide ursodésoxycholique 96, 97. Comme le métabolite majeur de cet acide dans l‘urine est sa forme N-acétylglucosaminidée 98, l‘importance de UGT3A1 dans le métabolisme de cette molécule utilisée pour contrer les cholestases pourrait être majeure 99. UGT3A1 a été principalement retrouvé dans le foie ainsi que le rein, mais il semble également exprimé au niveau de l‘estomac, du duodénum, du côlon et des testicules96. Malgré une forte homologie de séquence 97, UGT3A2 ne transfère pas le N- acétylglucosamine comme UGT3A1, mais se spécialise plutôt dans l‘utilisation de l‘UDP-glucose et de l‘UDP-xylose comme co-substrats. Il a été remarqué que UGT3A2 était impliqué dans le métabolisme de plusieurs flavonoïdes (naringénine, génistéine, chrysine, isorhamnétine, biochanine A, acacétine, diadzéine et formononétine), certains estrogènes (estradiol, estrone et estriol), l‘acide mycophénolique et plusieurs autres substrats classiques des UGT (le 4- nitrophénol, le 1-naphtol, le 4-méthylumbelliférone, le 7-hydrocoumarin et le 1-OH-pyrène) 71. Le transcrit d‘UGT3A2 a été détecté dans les tissus périphériques (testicule, thymus, prostate, rate) et le rein.
1.3.2.4
UGT8A1
Il n‘existe qu‘un seul UGT8A humain, UGT8A1, une enzyme encodée par un gène à 5 exons sur le chromosome 4q26 produisant une protéine de 541 acides aminés. L‘activité médiée par UGT8A1 est très différente des autres UGT, cette enzyme catalysant le transfert du galactose sur la céramide, une étape cruciale dans la biosynthèse des glycosphingolipides, des cérébrosides et des sulfatides 96. L‘activité de UGT8A1 a été principalement notée dans les cellules nerveuses, plus particulièrement au niveau de la fabrication des gaines de myéline 100. Le rôle des galactocéramides que UGT8A1 contribue à produire est peu connu, mais il a été suggéré que ces
molécules galactocéramides seraient essentielles à la fonction et à la stabilité de cette gaine 101, 102. En lien avec son rôle, le transcrit d‘UGT8A1 a été détecté principalement au cerveau 103, mais son activité et/ou son expression ont également été notées au rein 103, 104, au foie 103, 105, au testicule, au pancréas, dans la peau, dans les os 103 et dans l‘intestin 103, 106.