Le processus de detoxification chez l'homme se divise en trois phases: la phase I, ou réaction de fonctionnalisation, la phase II, ou réaction de conjugaison, et la phase III qui correspond à l'élimination. La phase I implique l'ajout d'un groupement fonctionnel réactif sur un composé hydrophobe (Friedberg, 1998). Les cytochromes P450 (CYP450) sont les enzymes principalement impliquées dans la catalyse de cette réaction. La molécule produite, par une réaction d'oxydation, de réduction ou d'hydrolyse, possède un groupement polaire de type hydroxy (OH), amino (NH2), thiol (SH) ou carboxy (COOH). Les produits résultants de la phase I sont généralement moins liposolubles et donc plus accessibles pour les enzymes de conjugaison (enzymes de phase II) telles que les UGT (Dutton, 1980). En plus de ces dernières, la phase II regroupe diverses classes d'enzymes de conjugaison telles que les sulfotransférases, les glutathiones-S-transférases, les méthyltransférases et les arylamines N-acétyltransférases (Figure 5) (Evans and Relling,
1999). Ces enzymes conjuguent divers groupements polaires sur des produits de la phase précédente, ce qui augmente la polarité des molécules. Elles deviendront donc encore plus polaires qu'après la phase de fonctionnalisation et seront plus facilement excrétées via la bile et l'urine (Liston et al., 2001; Guillemette, 2003). Finalement, la phase III correspond à l'élimination des produits formés par les phases I et IL
Chez l'homme, les UGT sont impliquées dans le processus de detoxification de substances endogènes, tels que les hormones stéroïdiennes (corticostéroïdes, minéralocorticoïdes, progestatifs, androgènes et oestrogènes) et thyroïdiennes, les acides biliaires, les acides gras de même que la bilirubine (Liu et al., 1995; Bélanger et al., 1998; Hum et al., 1999; Jude et al., 2001; Lépine et al., 2004) et de substances exogènes, comme les médicaments, les vitamines liposolubles, les polluants environnementaux ainsi que plusieurs carcinogènes retrouvés, entre autres, dans le tabac (Bartsch et al., 1992; Jin et al., 1993a; Nowell et al.,
1999; Stillwell et al., 1999; Bernard and Guillemette, 2004; Carlini et al., 2005; Mori et al., 2005). Étant donné que l'accumulation des substances endogènes et des substances exogènes peut être nocive pour l'organisme, leur métabolisme par ces trois phases est très important car il empêche cette accumulation et prévient ainsi les effets néfastes potentiels.
Phase I
CYP1A1/2 CYP1B1 CYP2A6Phase II
CYP2C19 CYP3A4/5/7 NAT2Figure 5 : Enzymes retrouvées dans les phases I et II du métabolisme des médicaments. La phase I est principalement catalysée par les cytochromes P450 tandis que la phase II regroupe diverses classes d'enzymes de conjugaison dont les UGT représentent la plus forte proportion.
3.1. Réaction de glucuronidation
La glucuronidation est catalysée par la famille des UGT et cette réaction est considérée comme un mécanisme de detoxification qui modifie l'activité biologique et pharmacologique de différents composés en augmentant l'hydrophilicité de la molécule et ainsi facilitant son élimination de l'organisme (Mackenzie et al., 1997; Bélanger et al., 1998; Hum et al., 1999). La glucuronidation implique deux molécules : l'acide glucuronique (UDPGA) qui agit comme co-facteur et le substrat (Figure 6). Au cours de la réaction, les UGT transfèrent un groupement acide glucuronique sur le groupement fonctionnel du substrat, formé lors de la première phase de detoxification, ou sur une molécule déjà fonctionnalisée (Tukey and Strassburg, 2000; Guillemette, 2003). L'ajout du groupement glucuronide provoque un encombrement stérique, empêchant la liaison aux récepteurs, mais aussi une plus grande polarité, ce qui facilite l'élimination.
,COOH iCOOH HSR H2N-R - HO-R HOOC-R aglycones UGT + UDP
Figure 6 : Réaction de glucuronidation catalysée par les enzymes UGT. La réaction enzymatique implique deux molécules : l'acide glucuronique (UDPGA) qui agit comme co- facteur et le substrat (aglycone). La réaction forme le glucuronide et libère l'uridine diphosphate (UDP).
Les UGT sont des protéines transmembranaires retrouvées au niveau du reticulum endoplasmique de la cellule (Figure 7) (Mackenzie et al., 1997). Ce sont des protéines de 527 à 530 acides aminés, d'un poids moléculaire entre 50 et 57 kDa, qui peuvent être divisées en deux domaines structuraux : une région amino-terminale responsable de la liaison au substrat et une région carboxy-terminale qui se fixe au co-facteur UDPGA (Hum et al., 1999). La partie amino-terminale est moins conservée d'une isoenzyme à l'autre et cette portion variable semble conférer la spécificité enzymatique des UGT. Une séquence signal, qui dirige la protéine dans le reticulum endoplasmique, est également présente dans cette région de la protéine, à l'exception d'UGTIAlO (Kinosaki et al., 1993; Strassburg et al., 2000). Cette séquence signal est clivée à la suite de l'insertion de la protéine dans le reticulum endoplasmique (Mackenzie et al., 1984). Quant au domaine carboxy-terminal, il est responsable de la rétention de l'enzyme à la membrane. De plus, il contient un domaine transmembranaire qui divise la protéine en deux parties : une petite portion située au niveau du cytoplasme et la majeure partie de la protéine située dans la lumière du reticulum endoplasmique.
Séquence Domaine de liaison du
signai substrat
Domame de liaison du Signal de rétention au cofecteur reticulum endoplasmique
♦H3N
coo-
Région amino- terminale conservée CYTOPLASME Insertion dans le reticulum endoplasmique MEMBRANE DU RETICULUM ENDOPLASMIQUE LUMIERE ♦H3N Domaine tr ansme mbr an air e Lys-Lys COO-Figure 7 : Localisation et structure protéique schématique des UGT dans le reticulum endoplasmique. La structure primaire des UGT est constituée de deux domaines structuraux, soit une région amino-terminale responsable de la liaison au substrat et une région carboxy-terminale qui se fixe au co-facteur UDPGA.
La glucuronidation est quantitativement la plus importante réaction de la phase II de detoxification (Jansen et al., 1992) (Figure 5). Elle est reconnue comme étant un processus d'inactivation et d'excrétion des substrats endogènes et exogènes. Par exemple, pour ce qui est du 2-hydroxyamino-l-méthyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine (N-OH-PhIP), un composé hautement carcinogène retrouvé dans la viande bien cuite et qui est impliqué dans l'étiologie du cancer du côlon, la conjugaison par les UGT est considérée comme étant sa principale voie d'élimination (Nowell et al., 1999; Malfatti and Felton, 2001). Cependant, dans le cas de certains médicaments, en acquérant de nouvelles propriétés biologiques suite à leur glucuronidation, il arrive que les produits glucuronidés soient plus actifs que les produits originaux. C'est le cas notamment de la morphine-6-glucuronide qui est un
analgésique 20 fois plus puissant que la morphine ou que la morphine-3-glucuronide (Coffman et al., 1997; Yamada et al., 2003).
3.2. Profil d'expression des UGT
Bien que le foie soit le site majeur de la glucuronidation chez l'homme, il a été admis que les tissus extra-hépatiques sont grandement impliqués dans la conjugaison des produits auxquels ils sont exposés, incluant les médicaments. Pratiquement toutes les isoformes sont présentes au niveau du foie à l'exception des UGT1A7, UGT1A8 et UGT 1A10 (Figure 8). Ainsi, les UGT sont localisés partout où les agents chimiques peuvent pénétrer dans l'organisme, c'est-à-dire dans l'œsophage, l'estomac, les intestins, le côlon, la muqueuse nasale, les poumons, la peau, etc. (Tukey and Strassburg, 2000). Leur expression a aussi été démontrée dans de nombreux tissus périphériques tels le sein (Gestl et al., 2002), l'utérus (Duguay et al., 2004b; Lépine et al., 2004), le cerveau (King et al., 1999), la prostate (Chouinard et al., 2004), le placenta (Collier et al., 2002), les ovaires (Hum et al., 1999), le tissu adipeux (Tchernof et al., 1999) et bien d'autres. À ce jour, TUGT1A5 n'a été retrouvée dans aucun tissu chez l'homme (Strassburg et al., 1998; Strassburg et al., 1999a; Strassburg et al., 1999b).
3.3. Superfamille multigénique des UGT
La superfamille multigénique des UGT regroupe dix-huit protéines fonctionnelles encodées par deux familles de gènes, UGT1 et UGT2, qui sont, basées sur leur homologie de séquences, subdivisées en trois sous-familles, UGT1A, UGT2A et UGT2B (Figure 9) (Mackenzie et al., 1997). Jusqu'à maintenant, plusieurs polymorphismes ont été décrits pour les deux familles de gènes.