CD PRÉdicteurs multiomiques du Diagnostic, pronostic et suivi des erreurs héréditaires du métabolisme de la Cobalamine (PREDICTS)

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Chez l'homme, la vitamine B12 (cobalamine, Cbl) est le cofacteur de deux enzymes, la méthionine synthase (MS codée par MTR) et la méthylmalonyl-CoA mutase (MUT codée par MMUT)1. La MS a besoin de méthylcobalamine (MeCbl) et de méthyltétrahydrofolate (MeTHF) pour la reméthylation de l'homocystéine (Hcy) en méthionine. La MS réductase (MSR, codée par MTRR) maintient l'activité de la MS par la réactivation de la Cbl oxydée2. La MUT nécessite l'adénosylcobalamine (AdoCbl) comme cofacteur pour catalyser la conversion de la L-méthylmalonyl-CoA en succinyl-CoA. Les erreurs innées du métabolisme cellulaire de la Cbl (IECM) résultent de défauts génétiques des enzymes de transport et de ciblage de la Cbl. Elles sont généralement classées en groupes CblA-J par complémentation des cellules somatiques. L'IECM avec une activité sélectivement diminuée de la méthionine synthase (Hcy-IECM) conduit à une augmentation de l'Hcy, à une diminution de la synthèse de la méthionine et de l'adénosylméthionine (SAM), le donneur de méthyle universel nécessaire à la transméthylation de l'ADN, des histones et d'autres protéines, et des petites molécules chez les mammifères 2,3. Ils comprennent les groupes de complémentation cblG et cblE, avec des variants pathogènes des gènes MTR et MTRR, respectivement. L'IECM avec une activité sélectivement diminuée de MUT (MMA-IECM) conduit à l'accumulation de l'acide méthylmalonique (MMA) dérivé de L-méthylmalonyl-CoA et à une diminution de la synthèse de succinyl-CoA, un métabolite du cycle de l'acide tricarboxylique (TCA). La réaction MUT est l'étape finale de la reconstitution anaplérotique du TCA par catabolisme des acides aminés à chaîne ramifiée, des acides gras à chaîne impaire et de la chaîne latérale du cholestérol 2. Ces altérations sont causées par des variants pathogènes des gènes MMUT, MMAB (cblB) nécessaire à la synthèse d'AdoCbl et MMAA (cblA), responsable de l'incorporation d'AdoCbl dans MUT. Les IECM avec un déficit combiné des activités MS et MUT (IECM combiné, abrégé C-IECM) incluent des troubles en amont du partage de Cbl entre les voies de reméthylation et mitochondriales. Les altérations intracellulaires (groupes de complémentation cblC-J) sont produites par des variants des gènes, qui codent deux transporteurs lysosomales, LMBD1 (cblF) et ABCD4 (cblJ), et deux protéines cytoplasmiques, MMACHC (cblC) et MMADHC (cblD)3. Les C-IECM cumulent les conséquences métaboliques des activités des enzymes MS et MUT. Récemment, une méta-analyse tenant compte d'une base de données du paysage clinique, phénotypique et génétique de 824 cas avec IECM génétiquement prouvé4. L'hypotonie, les anomalies de l'EEG, le nystagmus et le strabisme sont prédominants chez les patients plus jeunes, tandis que les manifestations neurologiques, les troubles psychiatriques et les manifestations thromboemboliques sont prédominants chez les patients plus âgés. L'Hcy-IECM se présente avec une anémie mégaloblastique ou une macrocytose et des manifestations neurologiques, avec léthargie, difficultés d'alimentation, vomissements, retard mental, convulsions, ataxie et atrophie cérébrale avant l'âge d'un an4,5. Les conséquences neurologiques et l'atrophie cérébrale sont plus fréquentes plus tard dans la vie. En revanche, l'IECM-C peuvent se présenter avec différents sous-ensembles de présentations cliniques selon l'âge et le type. (Figure 1). Des décompensations sévères et parfois mortelles sont rapportées au cours de la première année de vie. Les mécanismes à l'origine de la grande variabilité des présentations cliniques, de la gravité et de la réponse au traitement de l'IECM ont été disséqués par nos groupes ces dernières années, mais sont encore loin d'être compris. 4,6-8. Nous avons montré dans des cellules de patients et des modèles animaux qu'une altération de l'activité de la MS conduit au développement d'un stress du RE et à une diminution de l'expression de la SIRT1 cytosolique et de la SIRT3-5 mitochondriale par le biais d'un épissage altéré et d'un transport nucléo-cytoplasmique des ARNm et des protéines de liaison à l'ARN et d'une expression altérée ultérieure des gènes impliqués dans le métabolisme énergétique, la neuroplasticité et le développement cérébral, y compris dans la zone optique2,9,10 . La synthèse altérée des activités de la SAM et des sirtuines altère le métabolisme énergétique mitochondrial par l'inactivation des récepteurs nucléaires (PPAR-α, ER-α, ERR-α et HNF-4α)/coactivateurs (PGC-1α)2. Dans la MMA-IECM, l'accumulation d'acides organiques déclenche des altérations mitochondriales ultrastructurales dans le cerveau, le foie, les reins et le cœur par le biais de mécanismes qui incluent la mitophagie médiée par PINK1/Parkin11,12 L'analyse omique des individus atteints de MMA-IECM réalisée par une équipe Suisse (notre partenaire ANR) a montré une dysrégulation du cycle de l'acide tricarboxylique et sa reconstitution (anaplérose) par la voie de la glutamine. La pertinence de ces perturbations a été démontrée par la métabolomique multi-organes d'un modèle de souris Mmut hémizygote ainsi que par l'identification des interactions physiques entre MMUT et les enzymes anaplérotiques de la glutamine11. Une étude récente a montré que les modifications post-traductionnelles (MPT) avec une méthylmalonylation accrue peuvent altérer l'activité des enzymes clés du cycle de l'urée et de la voie de clivage de la glycine dans le foie chez les cas de MMA-IECM6. Par ailleurs une étude récente a montré que les MPT peuvent avoir des effets toxiques sur les cellules et que les sirtuines peuvent diminuer ces effets toxiques. En effet, l'expression du Sirt5 modifiée par thérapie génique corrige l'hyperammoniémie et réduit la méthylmalonylation globale dans le modèle murin MMA-IECM13. L'omique multicouche dans les fibroblastes des patients a également permis de résoudre les blocages diagnostiques de l'IECM. Le séquençage du génome entier, le séquençage de l'épigénome, les études d'ARN-seq et de Chip-seq des fibroblastes de patients ont conduit notre équipe à découvrir un nouvel IECM appelé epi-cblC 14. Il s'agit de la deuxième cause la plus fréquente d'IECM dans certaines régions de l'Italie. Les crises métaboliques avec acidose métabolique et/ou hyperammoniémie (45 %) et décompensation métabolique aiguë létale (8 %) semblent être plus fréquentes dans l'epi-cblC que dans le type cblC classique15. Des études récentes sur des modèles animaux des IECM ont montré des MPT qu'impliquent des métabolites clés du TCA ou qu'alimentent celui-ci (glutamate-deshydrogénase) peuvent être réversibles avec un traitement par activateurs de Sirt. En effet, les sirtuines sont capables de reconnaitre et éliminer les MPT, or dans les IECM et dans des modèles de programmation fœtal par carence en folates et B12 chez les rats et dans des modèles conditionnel Mtr réalisés dans notre laboratoire il a été montré une diminution de l'expression de Sirt1, cela pourrait impliquer des MPT16,17. Et enfin, dans une cohorte de dyade mère-enfant EDEN, nous avons observé une diminution de la méthylation du gène GLUD1, qui code pour le glutamate deshydrogénase, enzyme clé de la voie du glutamate et participe au TCA. Cette enzyme peut subir des MPT notamment par acylation. Prises ensemble, ces données montrent que les IECM produisent des changements multiomiques : métaboliques, protéomique, génomiques et épigénomiques qui peuvent être à l'origine de la diversité et de la variabilité de leurs manifestations métaboliques et cliniques liées à l'âge, des blocages diagnostiques et des effets limités des traitements conventionnels.

spécialité

Sciences de la Vie et de la Santé - BioSE

laboratoire

NGERE - Nutrition-Génétique et Exposition aux Risques Environnementaux