• Aucun résultat trouvé

Étude des déterminants épigénétiques de facteurs de risque de la maladie cardiovasculaire

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Partager "Étude des déterminants épigénétiques de facteurs de risque de la maladie cardiovasculaire"

Copied!
366
0
0

Texte intégral

(1)
(2)

Université de Sherbrooke

ÉTUDE DES DÉTERMINANTS ÉPIGÉNÉTIQUES DE FACTEURS DE

RISQUE DE LA MALADIE CARDIOVASCULAIRE

Par

Simon-Pierre Guay Programme de biochimie

Thèse présentée à la Faculté de médecine et des sciences de la santé en vue de l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.) en biochimie

Sherbrooke, Québec, Canada Mai, 2014

Membres du jury d’évaluation Martin Bisaillon – Président de jury Luigi Bouchard – Directeur de recherche Mélanie Plourde – Évaluatrice externe au programme

Jacques Genest – Évaluateur externe à l’Université © Simon-Pierre Guay, 2014

(3)

À mes parents (Céline et Mario), à mes sœurs (Isabelle et Marilyne) et à ma

filleul Célia. Dédicace spéciale à la mémoire de ma grand-mère Gemma et de ma grand-mère adoptive Thérèse.

(4)

« Nous sommes, en tant qu'Homo sapiens, d'une affligeante banalité biologique. Sur le plan génétique, notre proximité avec

les grands singes est considérable ; elle atteint 98,7 % avec le chimpanzé, elle est encore de 80 % avec la souris et de 50 % avec la levure. Pourtant, seuls parmi les êtres vivants, nous nous interrogeons sur notre nature et sur la valeur de nos actes. »1

1Axel Khan, médecin généticien français L’homme, ce roseau pensant… : Essai sur les racines de la nature humaine

« L’épigénétique a toujours été l’ensemble de ces choses bizarres et merveilleuses que la génétique ne sais pas expliquer …»2

2Denise Barlow, scientifiques autrichiennes Un tour d’Europe de l’épigénétique : Vienne, Autriche

(5)

R

ÉSUMÉ

Étude des déterminants épigénétiques de facteurs de risque de la maladie cardiovasculaire

Par

Simon-Pierre Guay Programmes de biochimie

Thèse présentée à la Faculté de médecine et des sciences de la santé en vue de l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.) en biochimie, Faculté de médecine et des sciences

de la santé, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec, Canada, J1H 5N4 La maladie cardiovasculaire (MCV) représente encore aujourd’hui l’une des principales causes de décès et d’hospitalisation au Canada. Parmi les facteurs de risque de la MCV, la dyslipidémie est l’un des plus importants. En effet, des concentrations plasmatiques élevées de cholestérol transporté par les lipoprotéines de faibles densités (c-LDL), de triglycérides, ainsi que des concentrations faibles de cholestérol transporté par les lipoprotéines de hautes densités (c-HDL) ont été à maintes reprises identifiées comme des facteurs de risque indépendants de la MCV. Plusieurs facteurs héréditaires et environnementaux ont été associés aux concentrations de lipides plasmatiques. Toutefois, les facteurs héréditaires permettraient d’expliquer la plus grande proportion de la variabilité interindividuelle du bilan lipidique, particulièrement pour le c-HDL. Malgré l’étude de plusieurs millions de modifications génétiques, les principales causes moléculaires responsables de la forte héritabilité des concentrations de c-HDL demeurent pour l’instant encore inconnues. Afin d’expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de lipides plasmatiques, plusieurs hypothèses ont été avancées. La présente thèse de doctorat se concentre sur celle suggérant que l’étude de la méthylation de l’ADN, une modification épigénétique considérée comme un facteur héréditaire non traditionnel, permettrait d’identifier de nouveaux fondements moléculaires associés aux dyslipidémies. Dans un premier temps, nous avons analysé la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes du métabolisme lipoprotéique chez des sujets atteints d’hypercholestérolémie familiale (HF), un modèle humain de la MCV. Grâce à cette approche, nous avons pu démontrer que la méthylation de l’ADN de plusieurs gènes candidats (ABCA1, ABCG1, CETP, LIPC, LPL et PLTP) était associée à la variabilité du bilan lipidique, ainsi qu’avec les antécédents de maladies coronariennes athérosclérotiques. Dans un deuxième temps, une étude de la méthylation à l’échelle du génome d’un sous-groupe de patients HF nous a permis d’identifier de nouveaux loci associés à la concentration de c-HDL. Nous avons notamment observé que la méthylation de l’ADN du promoteur des gènes TNNT1 et ADRB3 était non seulement associée aux concentrations de c-HDL, mais également avec d’autres facteurs de risque de la MCV. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse démontre que la méthylation de l’ADN contribue à la variabilité du bilan lipidique à jeun de patients atteints d’HF et que l’étude des modifications épigénétiques pourrait aider à expliquer l’héritabilité manquante des concentrations de c-LDL, de c-HDL et de triglycérides plasmatiques.

Mots clés : héritabilité manquante, modifications épigénétiques, méthylation de l’ADN, métabolisme lipoprotéique, cholestérol-HDL, maladie cardiovasculaire

(6)

S

UMMARY

Study of epigenetic determinants of cardiovascular disease risk factors

By

Simon-Pierre Guay Biochemistry Program

Thesis presented at the Faculty of medicine and health sciences for the obtention of Doctor degree diploma Philosophiae Doctor (Ph.D.) in biochemistry, Faculty of medicine

and health sciences, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Québec, Canada, J1H 5N4 Cardiovascular disease (CVD) is still one of the leading causes of death and hospitalisation in Canada. Dyslipidemias are one of the most important traditional CVD risk factors. Indeed, a higher plasmatic concentration of low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C) and triglycerides, as well as a lower concentration of high-density lipoprotein cholesterol have repeatedly been demonstrated to be independent CVD risk factors. Several hereditary and environmental factors have been associated with the interindividual variability of plasma lipid levels. However, according to inheritance studies, hereditary factors are the ones that could more importantly contribute to plasma lipid concentrations. Although the inheritance of plasma levels of lipids can reach up to 60%, the gene polymorphisms identified so far explain less than 25% of their total heritability. Nevertheless, recent studies suggest that non-traditional hereditary factors could contribute to explain the missing heritability of plasma lipid levels. This thesis concentrates on DNA methylation, the most investigated and stable epigenetic modification, which may lead to the identification of new molecular bases of dyslipidemias. Firstly, we assessed the DNA methylation levels of key lipoprotein metabolism genes in subjects with familial hypercholesterolemia (FH), a recognized human model to study cardiovascular disease risk factors. With this candidate gene approach, we successfully identified genes showing differential DNA methylation levels according to plasma lipid levels and/or previous history of coronary artery disease (ABCA1, ABCG1, CETP, LIPC, LPL and PLTP). Secondly, we conducted an epigenome-wide association study in a subgroup of FH subjects with low or high concentrations of HDL-C. In this genome-wide DNA methylation analysis, we identified many new loci showing differential DNA methylation levels according to HDL-C levels, such as the TNNT1 and ADRB3 genes. DNA methylation levels measured at the TNNT1 and ADRB3 genes were not only associated with HDL-C levels, but also with others CVD risk factors. Overall, the results presented in the current thesis demonstrate that DNA methylation contributes to the interindividual variability of plasma lipid concentrations. Moreover, they also suggest that the study of epigenetic modifications helps to explain, at least partially, the missing heritability of the LDL-C, HDL-C and triglyceride concentrations in plasma.

Keywords: missing heritability, epigenetic modifications, DNA methylation, lipoprotein metabolism, HDL-cholesterol, cardiovascular disease

(7)

T

ABLE DES MATIÈRES

Résumé ... iv

Summary ... v

Table des matières ... vi

Liste des figures ... ix

Liste des tableaux ... xi

Liste des abréviations ... xiv

Chapitre 1 – Introduction ... 1

1.1 Introduction générale sur la maladie cardiovasculaire ... 1

1.2 Le métabolisme lipidique-lipoprotéique... 6

1.2.1 Caractéristiques intrinsèques des lipoprotéines ... 6

1.2.2 Principales voies du métabolisme lipoprotéique ... 6

1.3 Phénotype et métabolisme des HDL : l’odyssée du « bon » cholestérol... 9

1.3.1 Composition lipidique et protéique des HDL ... 9

1.3.2 Propriétés physico-chimiques des HDL ... 11

1.3.2.1 Forme de la particule HDL ... 11

1.3.2.2 Densité de la particule HDL ... 12

1.3.2.3 Charge de la particule HDL ... 12

1.3.2.4 Nombre de particules HDL ... 13

1.3.2.5 Taille de la particule HDL ... 13

1.3.3 Transport à rebours du cholestérol et métabolisme de la particule HDL ... 14

1.3.4 Variabilité interindividuelle des concentrations de c-HDL ... 18

1.3.5 Génétique de la concentration de c-HDL ... 21 1.3.5.1 Le gène APOA1 ... 22 1.3.5.2 Le gène ABCA1 ... 23 1.3.5.3 Le gène ABCG1 ... 23 1.3.5.4 Le gène SCARB1 ... 24 1.3.5.5 Le gène LPL ... 25 1.3.5.6 Le gène LIPC ... 25 1.3.4.7 Le gène LIPG ... 26 1.3.4.8 Le gène CETP ... 27 1.3.4.9 Le gène PLTP ... 28 1.3.4.10 Le gène LCAT ... 28

(8)

1.4 L’épigénétique : la « nouvelle » génétique ... 33

1.4.1 Définition de l’épigénétique ... 33

1.4.2 Principaux mécanismes épigénétiques ... 34

1.4.2.1 Les modifications des histones ... 35

1.4.2.2 Les microARN ... 36

1.4.2.3 La méthylation de l’ADN ... 37

1.4.3 Variabilité interindividuelle des niveaux de méthylation de l’ADN ... 42

1.4.4 Méthylation de l’ADN et étiologie des traits complexes : exemples de la MCV et de ses facteurs de risque ... 46

1.5 L’hypercholestérolémie familiale : modèle de la maladie cardiovasculaire ... 50

1.5.1 Prévalence et signes cliniques de l’hypercholestérolémie familiale ... 50

1.5.2 Étiologies de l’hypercholestérolémie familiale ... 51

1.5.3 Traitements de l’hypercholestérolémie familiale ... 54

1.5.4 Analyse de la variabilité phénotypique dans l’hypercholestérolémie familiale .. 57

1.6 Problématique, hypothèses et objectifs ... 60

1.6.1 L’hypothèse générale ... 60

1.6.2 Les hypothèses spécifiques ... 61

1.6.3 L’objectif général ... 61

1.6.4 Les objectifs spécifiques ... 61

Chapitre 2 – ABCA1 gene promoter DNA methylation is associated with HDL particle profile and coronary artery disease in familial hypercholesterolemia ... 62

Chapitre 3 – DNA methylation variations at CETP and LPL gene promoter loci: New molecular biomarkers associated with blood lipid profile variability ... 91

Chapitre 4 – Epipolymorphisms within lipoprotein genes contribute independently to plasma lipid levels in familial hypercholesterolemia ... 124

Chapitre 5 – Epigenome-wide analysis in familial hypercholesterolemia identified new loci associated with HDL cholesterol concentration ... 160

Chapitre 6 – ADRB3 gene promoter DNA methylation in blood and visceral adipose tissue is associated with metabolic disturbances in men ... 210

Chapitre 7 – Discussion ... 245

7.1 Pertinence de l’utilisation de l’hypercholestérolémie familiale comme modèle d’étude ... 245

7.2 L’analyse par gène candidat ... 248

7.2.1 Associations avec la concentration plasmatique de lipides ... 248

7.2.2 Impact de la méthylation de l’ADN sur l’expression génique : Dépendance du tissu et de la localisation génique analysé ... 250

7.2.3 Associations avec les antécédents personnels de MCA ... 253

(9)

7.3 L’analyse de la méthylation à l’échelle du génome ... 257

7.3.1 Résumé des résultats de notre étude pangénomique ... 257

7.3.2 Locus 19q13.42 et le gène TNNT1 ... 259

7.3.3 Association entre la méthylation de l’ADN du gène ADRB3 et la présence de complications cardiométaboliques chez l’homme ... 267

7.4 Variabilité interindividuelle de la méthylation de l’ADN des loci associés à la concentration de c-HDL et à la survenue de la MCV : Quelle en est la cause? ... 274

7.5 Développement de nouvelles approches préventives et curatives en cardiologie : une perspective épigénétique ... 278 Chapitre 8 – Conclusion ... 282 Remerciements ... 283 Liste de références ... 286 Annexe 1 ... 328 Annexe 2 ... 334

(10)

L

ISTE DES FIGURES

Figure 1 Principales causes de décès et d’hospitalisations au Canada ... 1

Figure 2 Principaux facteurs de risque de la maladie cardiovasculaire ... 2

Figure 3 Voies exogène et endogène du métabolisme lipoprotéique ... 8

Figure 4 Schématisation du métabolisme de la particule HDL ... 18

Figure 5 Principaux facteurs associés à la concentration de c-HDL ... 20

Figure 6 Comparaison de la génétique et de l’épigénétique ... 35

Figure 7 Mécanismes de méthylation et de déméthylation de l’ADN ... 38

Figure 8 Schématisation de la voie métabolique des donneurs de carbone ... 40

Figure 9 Schématisation des impacts fonctionnels de la méthylation de l’ADN ... 42

Figure 10 Schématisation du modèle d’interaction entre l’environnement, le génome et l’épigénome sur l’expression du phénotype ... 45

Figure 11 Principales causes moléculaires de l’hypercholestérolémie familiale ... 53

Figure 12 ABCA1 gene CpG island proximal promoter region ... 71

Figure 13 Primary sequence of the ABCA1-A locus ... 76

Figure 14 Pearson correlation between leukocyte ABCA1 gene promoter DNA methylation (ABCA1-A locus) and HDL particle phenotype ... 77

Figure 15 DNA methylation differences of 8 CpG dinucleotides analyzed within the ABCA1-A locus according to CAD expression ... 80

Figure 16 LDLR, LCAT, CETP and LPL gene promoter loci ... 101

Figure 17 Pearson’s correlation between CETP DNA methylation levels and blood lipid profile ... 109

Figure 18 CETP-CpGA2 DNA methylation levels in men according to HDL-C level subgroups ... 110

Figure 19 ABCG1, LIPC, PLTP and SCARB1 gene loci ... 131

Figure 20 Partial Pearson’s correlation between DNA methylation levels and plasma lipid profile in FH men and women ... 137

Figure 21 Potential binding sites for transcription factors observed at the ABCG1, LIPC and PLTP epigenotyped loci ... 143

Figure 22 Study design ... 169

Figure 23 Volcano plot showing statistical significance according to DNA methylation difference between L-HDLC and H-HDLC groups ... 179

(11)

Figure 25 IPA network of HDL-C differentially methylated loci according to

epigenome-wide analysis ... 184

Figure 26 TNNT1 gene proximal promoter region ... 185

Figure 27 Association between TNNT1 DNA methylation and mRNA levels ... 190

Figure 28 Genomic context and primary sequence of the epigenotyped region... 218

Figure 29 Mean ADRB3 DNA methylation levels according to p.W64R and g.-843C>T polymorphisms in ADRB3 gene ... 222

Figure 30 ADRB3 DNA methylation and mRNA levels in FH and obese subjects according to common ADRB3 polymorphisms ... 223

Figure 31 Association between mean ADRB3 DNA methylation levels and blood lipid profile in FH subjects non-carrier for the p.W64R and g.- 843C>T polymorphisms (n=41) ... 228

Figure 32 Pearson’s correlation between ADRB3 DNA methylation levels in blood and VAT in severely obese men (n=30) ... 230

Figure 33 Association between mean ADRB3 DNA methylation levels, blood pressure and anthropometric profile in obese men subjects non-carrier for the p.W64R and g.-843C>T polymorphisms (n=25) ... 231

Figure 34 Schéma de l’impact de modifications épigénétiques de gènes clés du métabolisme des particules HDL ... 256

Figure 35 Gènes différentiellement méthylés localisés près de loci ayant déjà été associés à la concentration de c-HDL ... 259

Figure 36 Schéma représentant une portion du chromosome 19 (région chromosomique 19q13.42) ... 260

Figure 37 Association entre la méthylation du gène TNNT1 et le phénotype des particules HDL chez les patients HF ... 261

Figure 38 Association entre la méthylation de l’ADN du gène TNNT1, les antédécents de MCA et l’âge à l’apparition du premier événement coronarien chez les patients HF ... 262

Figure 39 Association entre la méthylation du gène TNNT1 et le développement de complications cardiométaboliques ... 264

Figure 40 Association entre la méthylation de l’ADN des gènes ADRB3 et STAR ... 273

Figure 41 Modèle proposé pour l’interaction et l’association de l’environnement, du génome et du méthylome sur la concentration de c-HDL. ... 276

(12)

L

ISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 Caractéristiques intrinsèques des lipoprotéines ... 6

Tableau 2 Composition lipidique et protéique des HDL ... 11

Tableau 3 Estimation de l’héritabilité de la concentration de c-HDL ... 21

Tableau 4 Classification des mutations dans le gène LDLR ... 54

Tableau 5 Principales approches pour diminuer la concentration de c-LDL chez les patients atteints d’hypercholestérolémie familiale ... 56

Tableau 6 PCR and pyrosequencing primers for ABCA1 gene CpG island locus amplification ... 73

Tableau 7 Characteristics of subjects from the FH discovery cohort ... 74

Tableau 8 Characteristics of subjects from the FH validation cohort according to gender ... 75

Tableau 9 Characteristics of subjects according to the presence of CAD ... 79

Tableau 10 Characteristics of subjects from the finely phenotyped subsample ... 104

Tableau 11 Spearman’s correlation between HDL particle profile, fasting triglyceridemia and CETP or LPL DNA methylation levels in the finely phenotyped subsample ... 106

Tableau 12 Characteristics of all subjects according to sex ... 107

Tableau 13 Multivariate linear regression analyses of HDL-C and LDL-C level predictors in FH men and women ... 110

Tableau 14 Characteristics of FH subjects according to LPL genotypes ... 112

Tableau 15 Characteristics of FH subjects according to APOE isoforms ... 113

Tableau 16 Characteristics of subjects from the replication sample ... 114

Tableau 17 Characteristics of epigenotyped CpG dinucleotides and their associations with cell count, leucocyte gene expression and blood lipid profile in the subsample of 28 FH men ... 132

Tableau 18 Pearson’s correlation between DNA methylation levels and blood cell counts in the subsample of 28 FH men ... 134

Tableau 19 Characteristics of all subjects according to sex (n=98) ... 136

Tableau 20 Partial Pearson’s correlation between age, waist circumference, blood lipid profile, ABCG1, LIPC and PLTP DNA methylation in men and women .... 138

Tableau 21 Multivariable linear regression analysis of traditional and epigenetic predictors (ABCG1, LIPC and PLTP DNA methylation) of HDL-C, LDL-C and TG levels in FH men and women ... 139

Tableau 22 Multivariable linear regression analysis of epigenetic and traditional predictors of HDL-C, LDL-C and TG levels in FH men and women ... 140

(13)

Tableau 23 Multivariable linear regression analyses of epigenetic predictors of residual scores of HDL-C, LDL-C and triglyceride (TG) levels in FH men and women ... 141 Tableau 24 Characteristics of subjects according to CAD status (n=44) ... 142 Tableau 25 PCR and pyrosequencing primer for TNNT1, TNNI3, ADRB3, AGPAT2 and MPO genes loci amplification ... 173 Tableau 26 Characteristics of subjects from the epigenome-wide study cohort according to HDL-cholesterol levels ... 178 Tableau 27 CpG dinucleotides showing the most biologically and statistically significant DNA methylation differences according to HDL-C levels in the epigenome-wide analysis ... 180 Tableau 28 DNA methylation levels of seven loci determined by microarray analysis and validated by pyrosequencing according to HDL-C level groups ... 182 Tableau 29 IPA gene ontology analysis of the top-ranked loci associated with HDL-C levels in the epigenome-wide analysis ... 183 Tableau 30 Characteristics of subjects from the untreated validation cohort according to gender ... 186 Tableau 31 Characteristics of subjects from the lipid-lowering treatment validation cohort according to gender ... 187 Tableau 32 Partial Pearson correlation coefficients between TNNT1 DNA methylation and HDL-C levels in the untreated validation cohort ... 188 Tableau 33 Partial Pearson correlation coefficients between TNNT1 DNA methylation and HDL-C levels in the lipid-lowering treatment validation cohort ... 189 Tableau 34 Partial Pearson correlation coefficients between TNNT1 DNA methylation and HDL particles’ characteristics from the discovery cohort ... 189 Tableau 35 Assay design for pyrosequencing analysis of the DNA methylation ADRB3 gene promoter locus ... 219 Tableau 36 Characteristics of the FH men (n=61) ... 225 Tableau 37 Pearson’s correlation coefficients obtained between ADRB3 DNA methylation levels and relative cell counts for whole blood in FH men (n=28) ... 226 Tableau 38 Association between blood ADRB3 DNA methylation levels and HDL particle phenotype in FH men (n=61) ... 227 Tableau 39 Pearson’s correlation coefficients obtained between ADRB3 DNA methylation levels and lipid profile in FH men (n=61) ... 228 Tableau 40 Characteristics of the severely obese men (n=30) ... 229 Tableau 41 Liste des microARNs transcrits par la région chromosomique 19q13.42 .. 267

(14)

Tableau A1 Loci associés à la concentration de c-HDL selon l’analyse de modifications génétiques ... 328 Tableau A2 Loci différentiellement méthylés selon les concentrations de c-HDL dans l’analyse de la méthylation à l’échelle du génome de patients HF ... 334

(15)

L

ISTE DES ABRÉVIATIONS

ABCA1 ATP-binding cassette transporter A1 ABCG1 ATP-binding cassette transporter G1 ADRB3 Récepteur béta-3 adrénergique

AID Activation-induced cytidine deaminase ApoA1 Apolipoprotéine A1

ApoB Apolipoprotéine B

APOB Gène codant pour l’apolipoprotéine B AVC Accident vasculaire cérébral

BET Bromodomain and extraterminal protein c-HDL Cholestérol des lipoprotéines de haute densité c-LDL Cholestérol des lipoprotéines de faible densité CD36 Cluster of differentiation 36

CETP Protéine de transfert des esters de cholestérol

CGI Îlot CpG

CM Chylomicrons

CpG Dinucléotide CpG

CYP7A1 Cytochrome P450, famille 7, sous-famille A et polypeptide 1 CYP27A1 Cytochrome P450, famille 27, sous-famille A et polypeptide 1 DMR Differentially methylated region

DNMT ADN méthyltransférase DT2 Diabète de type 2

eQTL Expression quantitative trait loci F2RL3 Coagulation factor II receptor-like 3 GWAS Genome-wide association study HDL Lipoprotéine de haute densité

HDLCQ High-density lipoprotein cholesterol level quantitative trait locus HF Hypercholestérolémie familiale

IDL Lipoprotéine de densité intermédiaire IMC Indice de masse corporelle

(16)

LCAT Léchitine-cholestérol-acyltransférase LDL Lipoprotéine de faible densité

LDLR Récepteur des lipoprotéines de faible densité LDLRAP1 LDL receptor accessory protein 1

LE Lipase endothéliale

LIPC Gène codant pour la lipase hépatique LIPG Gène codant pour la lipase endothéliale

LH Lipase hépatique

LPL Lipoprotéine lipase

lp-PLA2 Phospholipase A2 liée au lipoprotéine MBD4 Methyl-DNA binding protein 4

MCA Maladie coronarienne athérosclérotique MCV Maladie cardiovasculaire

MLH1 mutL homolog 1

mQTL Methylation quantitative trait loci

MSH2 mutS homolog 2

MTHFR Methylène THF réductase MVP Methylation variable position

NER Réparation par excision de nucléotide OMS Organisme mondiale de la santé

PAGGE Polyacrylamide gradient gel electrophoresis PCSK9 Proprotéine convertase subtilisin/kexin de type 9 PLTP Protéine de transfert de phospholipides

PON-1 Paraoxonase

PPAR α Proliférateurs α des peroxysomes PPARy Proliférateurs γ des peroxysomes PRKG1 Protéine kinase GMCc-dépendante SAM S-adénosylméthionine

SAH S-adénosylhomocystéine

SCARB1 Gène codant pour le Scavenger receptor class B, type I SLSJ Saguenay—Lac-Saint-Jean

(17)

SNP Single-nucleotide polymorphism SRB1 Scavenger receptor class B, type I STAR Steroidogenic acute regulatory protein TAV Tissu adipeux viscéral

TET Ten-eleven translocation TNNC1 Troponine C de type 1 TNNI1 Troponine I de type 1 TNNT1 Troponine T de type 1

(18)

C

HAPITRE 1

- I

NTRODUCTION

1.1 Introduction générale sur la maladie cardiovasculaire

La maladie cardiovasculaire (MCV) représente encore aujourd’hui l’une des principales causes de décès mondialement (Abunnaja et Sanchez, 2013). En effet, malgré les avancées des dernières années dans la prévention et les nouvelles avenues thérapeutiques, les MCV sont toujours responsables de 32% des décès et représente la principale cause d’hospitalisation au Canada (Wielgosz et al., 2009) (Figure 1). Toutes les sept minutes, un Canadien succombe d’une maladie coronarienne ou d’un accident vasculaire cérébral (AVC) (Wielgosz et al., 2009). Malgré la diminution de l’incidence de 25% des cas de MCV depuis deux décennies dans les pays industrialisés et de 30% du taux de mortalité attribué à la MCV depuis 2007 au Canada, certains experts estiment que l’épidémie mondiale d’obésité et de sédentarité pourrait bien venir inverser cette tendance (Wielgosz et al., 2009; Gaziano et Gaziano, 2012). Selon les estimations de l’Organisme mondial de la santé (OMS), la MCV pourrait entrainer la mort annuelle de près de 25 millions de personnes à travers le monde d’ici 2030 (Mathers et Loncar, 2006). Ce bilan pourrait cependant être amélioré si nous comprenions mieux l’étiologie des facteurs de risque de la MCV.

Figure 1 – Principales causes de décès et d’hospitalisations au Canada

Selon les statistiques de 2004, la MCV représente la principale cause de décès et d’hospitalisation au Canada. Toutes les sept minutes, un Canadien succombe d’une maladie du cœur ou d’un AVC.

Tirée et modifiée de : Wielgosz A et al., Dans : D. Butler-Jones (Éds). Suivi des maladies du cœur et des

(19)

Depuis les toutes premières études en épidémiologie de la MCV qui ont été menées au cours des années 1960 à 1980 (dont notamment les célèbres Minnesota Business Men Study (Keys et al., 1963) et Framingham Study (Gordon et al., 1977)), plusieurs facteurs de risque de la MCV ont été identifiés (Figure 2). En 2007, deux canadiens sur trois âgées de 12 à 19 ans et neuf canadiens sur dix âgées de 20 ans et plus présentaient au moins un facteur de risque de la MCV (Wielgosz et al., 2009). Certains de ces facteurs sont dits non modifiables en raison de leur caractère irréversible. L’âge, le sexe, l’ethnie et les antécédents familiaux (génétique) en sont des exemples bien connus. Toutefois, la majeure partie des facteurs de risque de la MCV sont éventuellement réversibles. Ces principaux facteurs de risque potentiellement modifiables sont le tabagisme, la malnutrition, la sédentarité, l’obésité, l’hypertension, le diabète de type 2 (DT2) et bien sûr les dyslipidémies. Selon l’étude INTERHEART menée dans 52 pays à travers le monde, les dyslipidémies représentent le plus important facteur de risque de l’infarctus du myocarde, et ce, indépendamment de l’ethnie, du sexe et de l’âge (Yusuf et al., 2004). De plus, le lien causal entre la dyslipidémie et la MCV a été supporté par plusieurs programmes d’interventions visant à diminuer les concentrations plasmatiques de cholestérol et l’incidence de complications cardiovasculaires.

Figure 2 – Principaux facteurs de risque de la maladie cardiovasculaire

Plusieurs facteurs de risque de la MCV ont été identifiés à ce jour. La plupart des facteurs de risque traditionnels sont dits modifiables en raison de leur réversibilité par des approches préventives ou curatives. De nouveaux facteurs de risque dits émergents font aussi leur apparition. Parmi ceux-ci, les modifications épigénétiques retiennent particulièrement l’attention de la communauté scientifique.

(20)

Différentes formes de dyslipidémies ont été associées à un risque élevé de MCV. L’hypercholestérolémie et l’hypoalphalipoprotéinémie, respectivement caractérisées par une concentration plasmatique élevée de cholestérol des lipoprotéines de faible densité (c-LDL ≥ 3,4 mmol/L) et par une concentration faible de cholestérol des lipoprotéines de haute densité (c-HDL < 1,03 mmol/L chez les hommes et < 1,29 mmol/L chez les femmes) sont les deux dyslipidémies ayant le plus fréquemment été associées au risque cardiovasculaire (Grundy et al., 2005). Afin de diminuer la concentration de c-LDL chez les patients atteints d’hypercholestérolémie, les médecins prescrivent très fréquemment une statine. Ce type d’agents hypolipidémiants inhibe la synthèse endogène de cholestérol et permet de diminuer drastiquement les concentrations de c-LDL et par conséquent, le risque cardiovasculaire des patients hypercholestérolémiques (Scandinavian Simvastatin Survival Study Group, 1994). Il a aussi récemment été démontré que les statines pouvaient diminuer considérablement le risque cardiovasculaire des patients ayant un risque cardiovasculaire jugé faible (i.e. un risque <10% sur 5 ans) (Cholesterol Treatment Trialists Collaborators, 2012). Le bienfait des statines sur la réduction du risque cardiovasculaire pourrait donc s’appliquer à plusieurs catégories de patients indépendamment de leur niveau de risque cardiovasculaire. Il est toutefois important de noter que les patients hypercholestérolémiques prenant une statine ne se retrouvent pas nécessairement tous avec un risque cardiovasculaire normalisé (de nul à faible). Parmi les facteurs prédictifs d’un événement cardiovasculaire chez les patients suivant un traitement hypolipidémiant, les concentrations de c-HDL seraient l’un des plus informatifs (Jafri et al., 2010; Acharjee et al., 2013). Une récente méta-analyse a par exemple démontré que les concentrations plasmatiques de c-HDL et d’apolipoprotéine A1 (apoA1; la principale composante protéique des HDL) sont fortement associées au risque cardiovasculaire chez les patients traités avec des statines, et ce, même si ces patients ont des concentrations de c-LDL jugées cliniquement acceptables (Boekholdt et al., 2013). Par conséquent, plusieurs avenues permettant d’augmenter la concentration plasmatique de c-HDL ont été mises au point. Toutefois, les plus récents essais cliniques visant l’augmentation spécifique de la concentration de c-HDL ont obtenu des résultats décevants; aucune diminution concomitante du risque cardiovasculaire n’ayant été observée chez les patients dont la concentration de c-HDL a été augmentée d’en moyenne 40 à 50% (Briel et al., 2009; Schwartz et al., 2012). D’autres approches visant plutôt l’augmentation de la

(21)

concentration d’apolipoprotéine A1 (apoA1), la principale composante protéique des HDL, ou de la quantité de particules HDL permettraient quant à elle de diminuer significativement le risque cardiovasculaire (Kingwell et Chapman, 2013; Boekholdt et al., 2013). Il n’en demeure pas moins que l’association inverse observée entre la concentration plasmatique de c-HDL et le risque cardiovasculaire est l'une des données épidémiologiques les plus robustes jamais observées. Ces résultats inattendus obtenus avec l’augmentation pharmacologique spécifique de la concentration de c-HDL suggèrent toutefois que l’association initiale observée entre le c-HDL et la MCV est plus complexe qu’initialement postulée.

En lien avec les résultats décevants des études mentionnées plus tôt, il a été proposé que la fonction cardioprotectrice de la particule HDL dépendrait non seulement de son rôle dans le transport à rebours du cholestérol (rôle d’éboueur), mais aussi de ses propriétés anti-inflammatoires, antioxydantes et antithrombotiques, dont les mécanismes sont encore méconnus (Besler et al., 2012; Kingwell et Chapman, 2013; Lüscher et al., 2014). Il importe donc de mieux comprendre les fonctions de la particule HDL et de mieux comprendre la pathogenèse menant à des concentrations faibles de c-HDL et à une augmentation du risque cardiovasculaire. Il est aussi important de noter qu’une faible concentration de c-HDL est aussi fréquemment associée à une panoplie de perturbations phénotypiques de la particule HDL (HDL de petite taille, faible teneur en phospholipide, augmentation de la teneur en triglycéride, modification de sa composition en protéines). Il sera donc impératif d’investiguer précisément l’impact de toutes ces modifications phénotypiques des HDL sur le risque cardiovasculaire. L’utilisation de modèles animaux et humains de la MCV, tels que l’hypercholestérolémie familiale (HF), a permis dans le passé et encore récemment, de mettre en lumière différents facteurs et mécanismes associés à la variabilité phénotypique de la particule HDL et à son association avec le risque cardiovasculaire (van Aalst-Cohen et al., 2005; van Himbergen et al., 2005; Bellanger et al., 2011; Soufi et al., 2012). Parmi ces facteurs de risque émergents, l’épigénétique ressort parmi les plus prometteurs (Figure 2). Selon plusieurs experts, l’étude des modifications épigénétiques, plus particulièrement la méthylation de l’ADN, permettrait de mieux comprendre la pathogenèse de la MCV et de ses différents facteurs de risque (Zaina et Lund, 2013).

(22)

Le présent chapitre d’introduction décrira en détail : 1) le métabolisme et les fonctions cardioprotectrices de la particule HDL; 2) les principaux facteurs responsables de la variabilité phénotypique de la particule HDL; 3) l’impact des modifications épigénétiques (avec un accent sur la méthylation de l’ADN) sur le développement de la MCV et sur la variabilité interindividuelle de l’expression de ses facteurs de risque (avec un accent sur la concentration plasmatique de lipides); et 4) les caractéristiques phénotypiques de l’HF et son utilisation comme modèle humain pour l’étude de nouveaux facteurs de risque de la MCV. Les cinq chapitres subséquents (chapitres 2 à 6) présenteront des manuscrits scientifiques démontrant l’association entre la méthylation de l’ADN et la variabilité interindividuelle des concentrations de c-HDL (et d’autres lipides plasmatiques) dans une cohorte de patients HF. Les chapitres 7 et 8 discuteront des résultats obtenus dans le cadre de la présente thèse de doctorat, tout en apportant différentes perspectives futures. En bref, la présente thèse vise à démontrer que l’étude des déterminants épigénétiques permettra éventuellement d’identifier de nouveaux fondements moléculaires des dyslipidémies (p.ex. concentrations faibles de c-HDL) aussi associés à une augmentation de la susceptibilité à la MCV.

(23)

1.2 Le métabolisme lipidique-lipoprotéique 1.2.1 Caractéristiques intrinsèques des lipoprotéines

En raison de leur caractère hydrophobe, les lipides sont transportés dans le sang sous forme de complexes protéiques appelés lipoprotéines. Ces lipoprotéines sont constituées d’une coque externe hydrophile composée de phospholipides, de cholestérol et de protéines, ainsi que d’une partie centrale hydrophobe contenant des triglycérides, des esters de cholestérol et des vitamines liposolubles (Genest, 2003). Il existe cinq principaux types de lipoprotéines qui se distinguent en fonction de leur teneur et de leur composition en apolipoprotéines et en lipides, et également en fonction de leur diamètre et de leur densité (Tableau 1). D’une manière générale, plus une lipoprotéine contient des triglycérides, moins elle sera dense; plus elle contient de protéines, plus elle sera dense (Gagné et Gaudet, 2007).

Tableau 1 - Caractéristiques intrinsèques des lipoprotéines

HDL, lipoprotéine de haute densité; IDL, lipoprotéine de densité intermédiaire; LDL; lipoprotéine de faible densité; VLDL, lipoprotéine de très faible densité.

Tiré et modifié de : Gagné, C., et Gaudet, D. (2007) Les lipides et les lipoprotéines. Dans : C. Gagné et D. Gaudet (Éds). Les dyslipoprotéinémies : L’approche clinique. Québec : LIPIMED Communications (3e éd., 2e

éd. 1997, 1er éd. 1994), 25-39.

1.2.2 Principales voies du métabolisme lipoprotéique

Le métabolisme des lipoprotéines est constitué de trois voies importantes : la voie exogène, la voie endogène et le transport à rebours du cholestérol. La voie exogène implique les lipides

Lipoprotéines Diamètre (Å) Densité (g/mL) lipidique principale Composition Apoliprotéines Chylomicrons 900-5000 < 0,94 Triglycérides alimentaires A1, A2, B48, C, E VLDL 500 < 1,006 Triglycérides endogènes B100, C, E IDL 300 1,000-1,019 Cholestérol Triglycérides B100, C, E LDL 200 1,019-1,063 Cholestérol B100

(24)

provenant de l’alimentation qui sont mis en circulation sous forme de chylomicrons (CM) sécrétés par les intestins, lesquelles permettent le cheminement des lipides alimentaires jusqu’au foie (Gagné et Gaudet, 2007). La voie endogène implique la production de lipides (majoritairement des triglycérides) par le foie, leur assemblage en conjonction à une apolipoprotéine B100 (apoB100) et leur mise en circulation sous forme de lipoprotéines de très faible densité (VLDL) (Genest, 2003). Les CM et les VLDL sont donc des lipoprotéines ayant une très forte teneur en triglycéride et un contenu relativement faible en cholestérol. L’hydrolyse des triglycérides contenus dans ces deux lipoprotéines riches en triglycéride est catalysée par différentes lipases (dont notamment la lipoprotéine lipase (LPL) et la lipase hépatique (LH)) et permet de fournir l’apport en lipides aux différents tissus de l’organisme (Figure 3) (Gagné et Gaudet, 2007). L’hydrolyse des triglycérides et le métabolisme continu des CM et des VLDL mènent à la production d’autres types de lipoprotéines plus petites et plus denses, dont notamment les résidus de CM, les lipoprotéines de densité intermédiaire (IDL) et les lipoprotéines de faible densité (LDL). En circulation, les LDL sont captées par les cellules périphériques et hépatiques grâce au récepteur des LDL (LDLR), qui reconnaît et lie l’apoB100 à la surface des particules LDL (Gagné et Gaudet, 2007). Le catabolisme de ces lipoprotéines riches en triglycéride joue aussi un rôle important dans la voie du transport à rebours du cholestérol puisqu’il fournit des constituants nécessaires (lipides et protéines) à la maturation des lipoprotéines de haute densité (HDL) (Genest, 2003).

La voie du transport à rebours du cholestérol joue un rôle d’éboueur. Les particules HDL sont le principal acteur de ce mécanisme d’épuration du cholestérol. Celles-ci captent le cholestérol libre non estérifié des surfaces cellulaires périphériques (p.ex. le cholestérol des cellules spumeuses accumulées dans les artères) afin de le transporter jusqu’au foie où il pourra être éliminé ou recyclé. Par conséquent, le c-HDL est couramment désigné comme le « bon cholestérol », en comparaison au c-LDL qui est reconnu pour se déposer et s’accumuler dans les artères et qu’on désigne comme le « mauvais cholestérol ». La section suivante décrira en détail le transport à rebours du cholestérol ainsi que les caractéristiques phénotypiques des particules HDL.

(25)

Figure 3 – Voies exogène et endogène du métabolisme lipoprotéique

A) Les intestins mettent en circulation les lipides alimentaires sous forme de chylomicrons (CM). Les triglycérides transportés par les CM sont hydrolysés par la lipoprotéine lipase (LPL), libérant du même coup des acides gras et du glycérol. Les résidus de CM sont captés généralement par un récepteur épurateur hépatique. B) Le foie met en circulation les lipides qu’il synthétise sous forme de lipoprotéines de très faible densité (VLDL). L’action concomitante de la LPL et de la lipase hépatique (LH) diminuera le diamètre et la teneur en triglycéride des VLDL, les transformant en lipoprotéines de densité intermédiaire (IDL) puis en lipoprotéine de faible densité (LDL). Les IDL et les LDL peuvent être captées par les cellules hépatiques ou périphériques grâce à des récepteurs épurateurs, tels que le récepteur des LDL (LDLR).

(26)

1.3 Phénotype et métabolisme des HDL : l’odyssée du « bon » cholestérol

Au départ, il faut dire que les particules HDL forment un groupe très hétérogène de lipoprotéines qui peuvent être subdivisées en différentes sous-populations selon leur composition et leur fonction. Il existe plusieurs méthodes de classification des HDL, soit en fonction de leur composition en protéines et en lipides, leur densité, leur taille, leur forme ou par leur profil de migration électrophorétique.

1.3.1 Composition lipidique et protéique des HDL

La particule HDL est la plus petite et la plus dense des lipoprotéines, notamment en raison de sa forte teneur en protéines. En effet, près de 50% du poids de la particule HDL est composé de protéines, tandis que l’autre moitié est constituée de lipides (Tableau 2) (Gagné et Gaudet, 2007).

Le lipidome des HDL est majoritairement constitué de phospholipides (25% de la particule totale), de cholestérol (20%) et de triglycérides (5%) (Tableau 2). Outre son contenu en cholestérol, le contenu en phospholipide et en triglycéride des HDL influencerait aussi le risque cardiovasculaire. D’une part, l’enrichissement des HDL en phospholipide, surtout en phosphatidylcholine et en sphingomyéline, améliore fortement la capacité d’efflux du cholestérol de cette dernière et favorise donc l’élimination et le transport à rebours du cholestérol (Fournier et al., 1997; Yancey et al., 2000). Une diminution du contenu en phospholipide des HDL (majoritairement en phosphatidylcholine) a de plus été observée chez des patients à haut risque cardiovasculaire, tels que ceux atteints d’HF (Bellanger et al., 2011). D’autre part, l’augmentation du contenu en triglycéride des HDL qui est fréquemment observée chez des sujets atteints d’hypertriglycéridémie modérée ou sévère rend très instable la particule HDL en circulation et favorise son élimination rénale (Kontush et Chapman, 2006; Patel et al., 2009). Par conséquent, le contenu en triglycéride des HDL module grandement la stabilité des HDL, son temps de résidence en circulation, sa capacité d’efflux et de transport à rebours du cholestérol (Sparks et al., 1995; Greene et al., 2001). L’étude détaillée du lipidome des HDL pourrait donc permettre de mieux comprendre le rôle des HDL dans l’établissement du risque cardiovasculaire.

(27)

Comparativement au lipidome des HDL, leur protéome serait beaucoup plus complexe. En effet, plus d’une centaine de protéines différentes serait transportée par les HDL (Heinecke, 2009; Alwaili et al., 2012). Toutefois, l’apoA1 représente près de 70% du protéome des HDL (Alwaili et al., 2012). L’apoA1 joue un rôle primordial dans le maintien de la structure de la particule HDL, tout en favorisant l’interaction entre la particule HDL, plusieurs transporteurs membranaires et des enzymes circulantes. La particule HDL va également transporter d’autres apolipoprotéines (apoA2, C, D, E, F, H, J, L1, M), diverses enzymes et protéines de transfert (paraoxonase (PON-1), lécithine-cholestérol-acyltransférase (LCAT), phospholipase A2 (lp-PLA2), protéine de transfert des esters de cholestérol (CETP), protéine de transfert de phospholipides (PLTP)), ainsi que plusieurs protéines impliquées dans la réponse immune et inflammatoire (par exemple, des protéines d’activation du système du complément : C3, C4, C4B1, vitronectine; des protéines de la réponse de phase aiguë; et des inhibiteurs de protéases) (Tableau 2). L’étude du protéome des HDL démontre clairement que l’implication des HDL n’est pas uniquement centrale pour le métabolisme lipidique, mais également pour le système inflammatoire et le système immunitaire inné (Heinecke, 2009).

La composition protéique des HDL serait notamment un facteur important dans la détermination du risque cardiovasculaire. En effet, un groupe de chercheurs de l’Université McGill a récemment observé que le protéome des HDL de patients souffrant de syndrome coronarien aigu était significativement enrichi en protéines pro-inflammatoires, comparativement à des patients avec une maladie coronarienne athérosclérotique (MCA) stable, suggérant une perturbation de l’effet protecteur des HDL sur la stabilité de la plaque athéromateuse chez ces patients (Alwaili et al., 2012). Il a aussi été observé que la composition protéique des HDL serait altérée par le vieillissement et que cette perturbation pourrait contribuer au développement ou à la progression de la MCV (Holzer et al., 2013). Plusieurs groupes de recherche croient que l’étude du protéome des HDL nous en apprendra beaucoup plus sur le risque cardiovasculaire que l’étude isolée de son lipidome (Kontush et Chapman, 2010). Particulièrement, le protéome des HDL pourrait permettre de mieux comprendre les propriétés anti-inflammatoires, antioxydantes et antithrombotiques si souvent associées à la particule HDL (Kontush et Chapman, 2010). Toutefois, l’étude du

(28)

protéome des HDL crée plusieurs défis techniques puisque la concentration moyenne de la plupart des protéines transportées par les HDL est moins d’une molécule par particule HDL.

Tableau 2 – Compositions lipidique et protéique des HDL

Composition lipidique des HDL Composition protéique des HDL

Phospholipides Apolipoprotéines

Phosphatidylcholine ApoA1, A2, A4, A5

Sphingomyéline ApoC1, C2, C3, C4

Phosphatidylinositol ApoD, E, F, H, J, L1, M

Lysophosphatidylcholine Enzymes et protéines de transfert Phosphatidylethanolamine CETP, PLTP, LCAT, PON-1, Lp-PLA2

Céramide Protéines d’activation du complément

Stérols C3, C4, C4B1, vitronectine

Cholestérol Protéines de la réponse de phase aiguë Ester de cholestérol Amyloïde A1 et A2, α2-glycoprotéine

Triglycérides α2-HS-glycoprotéine,

Inhibiteurs de protéase

Les pourcentages représentent la proportion du poids total de la particule HDL.

1.3.2 Propriétés physico-chimiques des HDL 1.3.2.1 Forme de la particule HDL

Les particules HDL seraient présentes sous deux formes prédominantes en circulation, soit discoïdale et sphérique. Selon le dogme établi, les particules HDL naissantes produites par le foie et les intestins auraient la forme de particules discoïdales arrangées en bicouches de phospholipides et de cholestérol non estérifié et encerclées par l’apoA1. Toutefois, une récente étude suggère plutôt que les particules HDL naissantes seraient formées par un monomère de trois molécules d’apoA1 et adopteraient une forme préférentiellement sphérique (Sorci-Thomas et al., 2012). La forme discoïdale des HDL est donc un sujet plutôt controversé. Les particules HDL matures, riches en cholestérol estérifié, adoptent quant à elles une forme sphérique. La forme et la structure de la particule HDL est modifiée tout au long de son parcours systémique par l’intermédiaire de plusieurs enzymes tels que la LCAT, la PLTP et la CETP.

(29)

1.3.2.2 Densité de la particule HDL

Chez des sujets sains normolipémiques, les HDL ont une densité comprise entre 1,063 et 1,210 g/mL. Grâce à une ultracentrifugation (séquentielle ou sur gradient de densité), il est possible de subdiviser les particules HDL en deux catégories principales : les HDL2 (1,063 à 1,125 g/mL) et les HDL3 (1,125 à 1,210 g/mL); chacune de ces deux catégories se subdivisent de nouveau en HDL2a, HDL2b, HDL3a, HDL3b et HDL3c (Rosenson et al., 2011). Chez les patients normolipémiques, les principales sous-populations d’HDL sont les HDL2a, HDL2b, et HDL3a. Cliniquement, l’intérêt de subdiviser les populations d’HDL selon leur densité s’explique par le contenu protéique et lipidique des particules HDL2 qui serait un meilleur prédicteur du risque cardiovasculaire que celui des HDL3 (Salonen et al., 1991; Lamarche et al., 1997). Toutefois, l’ajout de cette variable ne surpasserait pas nécessairement le pouvoir des concentrations de c-HDL à prédire l’avènement de complications cardiovasculaires (Sweetnam et al., 1994; Lamarche et al., 1997). Par conséquent, la subdivision des particules HDL en fonction de leur densité est de moins en moins utilisée afin d’établir le risque cardiovasculaire.

1.3.2.3 Charge de la particule HDL

La migration électrophorétique est une autre méthode largement utilisée afin de caractériser les différentes populations de particules HDL. Cette technique permet de les distinguer en fonction de leur charge et de leur taille. Par exemple, la migration sur un gel d’agarose (pH 8,6) permet de séparer les HDL en deux populations : les HDL pré-β et α. Le potentiel de surface des HDL α (-11,4mV) est plus négatif que celui des HDL pré-β (-7,6 mV), notamment en raison d’une composition différente en phospholipide et en protéines chargées négativement (Davidson et al., 1994). Les HDL pré-β représentent les HDL naissantes de formes discoïdales, tandis que les particules HDL α représentent la plupart des HDL sphériques présentes dans le plasma. La séparation électrophorétique permet donc d’évaluer assez facilement la proportion de particules HDL naissantes d’un individu. De plus en plus d’études démontrent que la quantité de particules HDL naissantes représenterait un marqueur de l’efficacité des HDL à capter et éliminer le cholestérol et ainsi permettre d’identifier avec plus de précision les individus qui sont le plus à risque de complications cardiovasculaires (Kane et Malloy, 2012). La quantification et l’étude en détails du phénotype des HDL pré-β

(30)

est donc un sujet d’étude très prometteur afin de mieux comprendre les fonctions cardioprotectrices de la particule HDL.

1.3.2.4 Nombre de particules HDL

Afin de mieux caractériser l’effet cardioprotecteur de la particule HDL chez un patient, certains groupes de recherche ont suggéré qu’il serait pertinent de non pas s’intéresser uniquement au contenu de la particule HDL, mais aussi à la quantité de particules HDL présente en circulation. Selon cette théorie, plus il y a de particules HDL en circulation, plus le risque cardiovasculaire d’un patient serait faible. Des études récentes suggèrent que la quantité de particules HDL dans le plasma serait un meilleur prédicteur du risque cardiovasculaire comparativement à la mesure de la concentration plasmatique de c-HDL (Mackey et al., 2012; Mora et al., 2013). Notamment, cette association serait moins influencée par certains facteurs confondants de la MCV, tels que la concentration de c-LDL, d’apoB et de triglycérides. Différentes techniques d’imagerie par résonance magnétique nucléaire ou d’analyse de mobilité d’ions permettent de quantifier la quantité plasmatique de particules HDL (Otvos, 2002; Caulfield et al., 2008). Néanmoins, l’intérêt de l’ajout de cette mesure dans les analyses cliniques de routine est encore actuellement un sujet de débat. On se questionne notamment sur l’intérêt clinique significatif que cette mesure ajoute à la détermination du risque cardiovasculaire d’un patient comparativement aux autres tests biochimiques actuellement disponibles.

1.3.2.5 Taille de la particule HDL

Avec un diamètre moyen de 50 à 100Å, les particules HDL sont les plus petites des lipoprotéines. La taille des particules HDL peut facilement être déterminée en laboratoire par la migration du plasma sur un gel de type PAGGE (polyacrylamide gradient gel electrophoresis) (Pérusse et al., 2001). La taille des particules HDL serait un très bon indicateur du risque cardiovasculaire et suscite donc de plus en plus d’intérêt dans la communauté scientifique. De manière générale, une diminution de la taille des HDL est associée au profil cardiométabolique détérioré, ainsi qu’une augmentation du risque de MCV (Arsenault et al., 2009; Blackburn et al., 2012). Une diminution de la taille des particules HDL a de plus été observée chez des sujets à très haut risque de complications

(31)

cardiovasculaires, dont notamment ceux atteints d’HF (Hogue et al., 2007). La caractérisation de la taille des lipoprotéines permettrait d’ailleurs de fournir davantage d’information sur le risque cardiovasculaire qu’un simple dosage du contenu en cholestérol (Superko et al., 2012). Par conséquent, la détermination de la taille des particules HDL pourrait éventuellement être utile en clinique afin d’approfondir l’étude du profil de risque cardiovasculaire d’un patient.

La composition et les caractéristiques physico-chimiques de la particule HDL lui confèrent donc différentes fonctions cardioprotectrices (propriétés anti-inflammatoires, antioxydantes et antithrombotiques). En circulation, la particule HDL subit plusieurs modifications qui changent sa composition et ses propriétés physico-chimiques et par conséquent, affectent ses fonctions cardioprotectrices et sa capacité d’efflux du cholestérol. L’étude du métabolisme de la particule HDL est donc importante afin de mieux comprendre la variabilité phénotypique des HDL et son impact sur le risque cardiovasculaire.

1.3.3 Transport à rebours du cholestérol et métabolisme de la particule HDL

L’anabolisme des particules HDL débute par la synthèse de l’apoA1 par l’intestin et le foie. L’apoA1 formant les particules HDL peut aussi provenir de la dégradation des lipoprotéines riches en triglycéride (CM et VLDL) par la LPL et les autres lipases endothéliales (Figure 4) (Lewis et Rader, 2005). Une fois en circulation, l’apoA1 se combine avec des phospholipides provenant principalement des autres lipoprotéines lors de leur hydrolyse et forme ainsi une sous-population d’HDL dite « primitive » ou « naissante ». Ces HDL naissantes ont une très forte affinité pour le cholestérol. Par conséquent, via l’action de divers transporteurs membranaires tels que l’ATP-binding cassette transporter A1 (ABCA1), ATP-binding cassette transporter G1 (ABCG1) et le scavenger receptor class B, type I (SRBI), la particule HDL naissante s’enrichira en cholestérol non estérifié afin de former de petites particules HDL de forme discoïdales (Lewis et Rader, 2005). La particule HDL permet ainsi l’efflux du cholestérol présent en excès des cellules périphériques, mais également du foie et des intestins. En effet, malgré ce que l’on pourrait croire, près de 80% des molécules de cholestérol transportées par la particule HDL sont de source hépatique, environ 20% sont de source intestinale et le reste, pratiquement impossible à mesurer, provient des cellules

(32)

périphériques (macrophages, cellules spumeuses, etc.) (Lee et Parks, 2005). Néanmoins, cette dernière voie du transport à rebours du cholestérol est très importante dans le contexte du développement et de la régression de la plaque athéromateuse (Lewis et Rader, 2005).

Par la suite, les molécules de cholestérol libre captées par la particule HDL et présentes à sa surface externe sont estérifié par l’enzyme LCAT. Cette enzyme trans-estérifie des acides gras provenant des phospholipides au groupement 3’-OH de la molécule de cholestérol. Le cholestérol ainsi estérifié devient apolaire et transloque de la surface au cœur du noyau de la particule HDL, rendant cette dernière de forme sphérique. Au fur et à mesure que le HDL reçoit du cholestérol, sa taille augmente, passant de la classe HDL3 à la classe HDL2 (Lewis et Rader, 2005). La particule HDL, maintenant dite « mature », subit l’action de diverses enzymes modulant sa composition lipidique et protéique. Par exemple, le contenu en triglycéride des particules HDL peut être hydrolysé par l’action de la LH, rendant la particule HDL plus petite et plus dense (Brunzell et al., 2012) (Figure 4). D’autres enzymes sont plutôt responsables de l’échange de lipides entre la particule HDL et les autres lipoprotéines. C’est le cas notamment de la PLTP qui permet l’échange de phospholipides entre la particule HDL et les lipoprotéines riche en triglycéride (Lewis et Rader, 2005) (Figure 4). L’augmentation de l’activité de la PLTP enrichit la particule HDL en phospholipide, accroit sa taille et la formation de particules HDL pré-β (Jauhiainen et al., 1993; van Haperen et al., 2000). Une autre enzyme jouant un rôle clé dans le métabolisme des HDL est la CETP. Cette dernière permet l’échange de cholestérol et de triglycérides entre la particule HDL et les VLDL et les LDL. L’action de la CETP enrichit donc la particule HDL en triglycéride et l’appauvrit en cholestérol, au détriment des lipoprotéines contenant l’apoB (Lewis et Rader, 2005).

L’action de la CETP contribue d’une certaine manière à l’élimination du cholestérol transporté par les HDL. En effet, les molécules de cholestérol estérifié qui sont transférées par la CETP des particules HDL aux lipoprotéines contenant l’apoB peuvent être retournées au foie via la voie du LDLR (Figure 4). Cette voie du recyclage hépatique du cholestérol qui est dépendante de la CETP (voie aussi appelée « indirecte ») constitue l’une des deux voies permettant le retour au foie du cholestérol transporté par les particules HDL (Lewis et Rader, 2005). L’autre voie, dite « directe », compose la dernière étape du transport à rebours du

(33)

cholestérol. Cette étape implique la capture du cholestérol transporté par les HDL par des récepteurs hépatiques d’épuration, tels que SRB1 et CD36 (cluster of differentiation 36) (Lewis et Rader, 2005). Il est toutefois très important de noter que la particule HDL n’est pas internalisée par ces récepteurs membranaires, contrairement à la particule LDL qui est internalisée suite à la liaison au LDLR (Brown et Goldstein, 1979). Après avoir délivré son contenu en cholestérol, la particule HDL reste plutôt en circulation et redevient disponible pour recevoir à nouveau d’autres molécules de cholestérol. Plus récemment, une autre voie directe d’élimination hépatique du c-HDL a été découverte (Jacquet et al., 2005). Cette voie dépendante de la concentration extracellulaire d’adénosine diphosphate et de l’activation des récepteurs hépatiques F1-ATPase/P2Y13 stimule la capture des particules HDL par les cellules hépatiques via un mécanisme indépendant de SRB1 (Fabre et al., 2010). Dans le foie, le cholestérol peut être recyclé, transformé en sels biliaires ou directement excrété dans la bile et éliminé via les fèces (Lewis et Rader, 2005).

La perturbation de n’importe quelle étape de ce métabolisme entraîne une variation dans les caractéristiques et phénotypes de la particule HDL et pourrait même accroître le risque cardiovasculaire. De plus, l’équipe de Khera et collaborateurs a d’ailleurs démontré qu’une capacité augmentée d’efflux du cholestérol par les HDL et l’efficacité des HDL dans le transport à rebours du cholestérol étaient très fortement associées à une diminution du développement de l’athérosclérose et du risque de MCA, et ce indépendamment des concentrations plasmatiques de c-HDL (Khera et al., 2011). Les résultats contradictoires (i.e. une association positive entre la capacité d’efflux du cholestérol des particules HDL et la survenue d’infarctus du myocarde et d’AVC sur 3 ans) qui ont récemment été obtenus par un autre groupe de recherche suggèrent cependant que l’étude et l’interprétation de l’association entre la capacité d’efflux du cholestérol par les particules HDL et le risque cardiovasculaire seraient plus complexes qu’initialement imaginé (Li et al., 2013). Par exemple, l’augmentation de l’efflux du cholestérol par les particules HDL pourrait reflétée une réponse physiologique compensatoire, mais non-suffisante, visant à diminuer le plus possible le risque de complications cardiovasculaires chez des patients à risque élevé (Li et al., 2013; Khera et Rader, 2013). De plus, il semblerait que l’interprétation des résultats puisent être influencée par : 1) la voie d’activation de l’efflux du cholestérol des macrophages (voie

(34)

dépendante d’ABCA1, d’ABCG1, de SRB1 ou par d’autres voies indépendantes de ces trois transporteurs); 2) la particule responsable de l’efflux du cholestérol (particules HDL naissantes (HDL pré-β), HDL matures (HDL3), apoA1 libres ou d’autres protéines plasmatiques stimulant l’efflux du cholestérol); 3) le système cellulaire d’efflux du cholestérol utilisé (macrophage J774 ou RAW 264.7); et 4) la variabilité du risque cardiovasculaire des sujets à l’étude (un risque de Framingham faible, modéré ou élevé) (Li et al., 2013; Khera et Rader, 2013). Néanmoins, l’étude détaillée du transport à rebours du cholestérol par la particule HDL et des perturbations pouvant y survenir offre plusieurs opportunités afin de mieux comprendre le rôle de cette lipoprotéine dans l’étiologie et la sévérité de la MCV (Khera et Rader, 2013; Doonan et al., 2014). Les sections suivantes tenteront d’éclaircir les principales causes moléculaires et environnementales associées à la variabilité interindividuelle du phénotype de la particule HDL, en particulier sa concentration en cholestérol.

(35)

Figure 4 – Schématisation du métabolisme de la particule HDL

Le métabolisme de la particule HDL débute avec les particules HDL dites « naissantes » qui proviennent du foie et de l’intestin. Ces particules sont composées majoritairement de phospholipides et d’apolipoprotéine A1 et ont une très forte affinité pour le cholestérol. De ce fait, les HDL naissantes captent le cholestérol libre des cellules périphériques par le biais de transporteurs membranaires tels que l’ATP binding casette transporter A1 (ABCA1) et G1 (AGCG1). Le contenu en cholestérol de la particule HDL sera par la suite estérifié par la lécithine-cholestérol-acyltransférase (LCAT), ce qui produira l’internalisation du cholestérol et rendra la particule HDL de forme sphérique. En circulation, plusieurs enzymes, dont la protéine de transfert des esters de cholestérol (CETP), la protéine de transfert de phospholipides (PLTP) et la lipase hépatique (LH) vont métaboliser la particule HDL et modifier sa composition lipidique, au détriment des autres lipoprotéines (tels que les chylomicrons (CM) et les lipoprotéines de très faible densité (VLDL)). Au bout du compte, le cholestérol transporté par la particule HDL sera capté au niveau hépatique par les récepteurs d’épuration, tels que le

scavenger receptor class B, type I (SRB1) et le cluster of differentiation 36 (CD36). Dans le foie, le cholestérol

peut être recyclé ou éliminé par les fèces.

1.3.4 Variabilité interindividuelle des concentrations de c-HDL

Il existe une très grande variabilité interindividuelle dans le phénotype de la particule HDL. Parmi les caractéristiques intrinsèques des HDL, la concentration de c-HDL est de loin la plus étudiée. La raison est fort simple; la concentration de c-HDL a été identifiée à plusieurs reprises comme étant un biomarqueur inverse et indépendant de la MCV. Des études épidémiologiques prospectives d’envergure, telles que la Framingham Heart Study, la

(36)

PROCAM Study et l’étude INTERHEART, ont en effet clairement démontré qu’en moyenne, pour chaque augmentation de 0,025 mmol/L de la concentration en c-HDL, le risque d’événements cardiovasculaires diminue de 2 à 3% (Gordon et al., 1977; Assmann et al., 1996; Yusuf et al., 2004). L’hyperalphalipoprotéinémie primaire, caractérisée par une concentration en c-HDL supérieure au 90e percentile selon l’âge et le sexe, est aussi reliée à une plus grande longévité et à une survenue retardée d’événements coronariens chez les sujets à risque élevé, tels que les patients atteints d’HF (Barzilai et al., 2003; Jansen et al., 2004; Rahilly-Tierney et al., 2011). Il faut toutefois souligner que la concentration de c-HDL ne demeure pour l’instant qu’un biomarqueur clinique de la MCV, puisque son augmentation via des approches nutritionnelles ou pharmacologiques n’a pas apporté de diminution significative du risque cardiovasculaire chez l’humain (Briel et al., 2009; AIM-HIGH Investigators et al., 2011; Schwartz et al., 2012; HPS2-THRIVE Collaborative Group, 2013). De plus, des analyses génétiques de de l’impact de polymorphismes associés à de faibles concentrations de c-HDL (études de randomisation mendélienne) ont également échoué à clairement démontrer un lien causal entre l’hyperalphalipoprotéinémie primaire et la MCV (Haase et al., 2012; Voight et al., 2012). Il est toutefois important de préciser que les résultats issus de ces études de randomisation mendélienne demeurent encore controversés puisque seulement un faible nombre de variations génétiques et de gènes ont été analysés pour le moment. Néanmoins, ces récents résultats suggèrent qu’augmenter de manière isolée la concentration c-HDL ne serait pas suffisant afin de diminuer le risque cardiovasculaire d’un patient et que l’association entre la particule HDL et la survenue de la MCV est peut-être plus complexe que prévu. Il n’en demeure pas moins qu’il est encore pertinent aujourd’hui de mieux comprendre quels sont les facteurs associés à de faibles concentrations de c-HDL et surtout d’étudier les fondements moléculaires qui sous-tendent leur association avec le risque cardiovasculaire.

Les concentrations de c-HDL sont un phénotype complexe impliquant l’interaction entre plusieurs gènes (facteurs primaires ou héréditaires) et facteurs environnementaux (facteurs secondaires) (Figure 5). Les différents facteurs secondaires associés à de faibles concentrations de c-HDL ont pour la plupart aussi été associés à une augmentation du risque cardiovasculaire : âge, sexe, mauvaises habitudes de vie (tabagisme, alcoolisme, sédentarité,

(37)

alimentation riche en gras trans et saturé), obésité abdominale et résistance à l’insuline. Malgré la croyance populaire, ces facteurs secondaires ne sont pas la principale cause de la variabilité interindividuelle de la concentration de c-HDL. En effet, plusieurs études familiales et de jumeaux ont permis de déterminer que la concentration de c-HDL d’un individu est majoritairement déterminée par des facteurs héréditaires. On estime qu’environ 65% de la variabilité des concentrations de c-HDL serait expliqué par l’hérédité (Tableau 3) (Friedlander et al., 1986; Heller et al., 1993 Souren et al., 2007; Sung et al., 2009; Almgren et al., 2011; van Dongen et al., 2013; Zhang et al., 2013). L’étude du génome et de ses modifications nous permettrait donc d’en apprendre davantage sur les fondements moléculaires associés à des concentrations faibles de c-HDL et à l’augmentation du risque cardiovasculaire.

Figure 5 – Principaux facteurs associés à la concentration de c-HDL

Plusieurs facteurs héréditaires et environnementaux ont été associés à la concentration de c-HDL. Les hommes, fumeurs, diabétiques, obèses ou ayant une déficience génétique en ABCA1, APOA1, LCAT, LPL ou PLTP présentent les plus faibles concentrations de c-HDL, tandis que les femmes, pratiquant de l’exercice physique quotidiennement, consommant de l’alcool de manière modérée, suivant une alimentation de type méditerranéenne ou ayant une déficience génétique en CETP, LIPC ou LIPG ont quant à elles tendance à présenter des concentrations élevées de c-HDL.

Figure

Tableau 1 - Caractéristiques intrinsèques des lipoprotéines
Figure 3 – Voies exogène et endogène du métabolisme lipoprotéique
Tableau 3 – Estimation de l’héritabilité de la concentration de c-HDL  Héritabilité du
Figure 8 – Schématisation de la voie métabolique des donneurs de carbone
+7

Références

Documents relatifs

Study II examines network changes of resting-state functional connectiv- ity in patients with AN during acute underweight, as well as over the course of weight restoration

HOUEHANOU SONOU Yessito Corine N | Thèse de doctorat Épidémiologie | Université de Limoges | 2015 32 L’insuffisance cardiaque peut être définie comme une anomalie

Un décès d’un des parents par une maladie cardiovasculaire augmente le risque de survenue d’un événement CV fatale au cours d’une PR de 70 % avec une augmentation de

The emerging resistance to fluoroquinolones and the pro- duction of extended-spectrum -lactamases (ESBL) by Multidrug Resistance (MDR) E. coli strains have raised fur-

In order to focus on the effect of the intermolecular interactions, expected to be the key in the thermodynamic stability of mixed thiol SAMs, all thiols studied were adsorbed on

For a Banach algebra A, its second dual A 00 is (-1)-weakly amenable if A 0 is a Banach A 00 -bimodule and the rst cohomology group of A 00 with coecients in A 0 is zero, i.e.. In

De nouveaux calculs sont en cours avec un ´echantillonnage plus fin des tailles de grains dans l’intervalle pertinent pour les observations, pour un disque dont les

When the transcription rates were slowed by diluting both UTP and rNTPs, there was still a slight preference towards the WRC hotspot motifs but activity also peaked at