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) (Green et al., 2017). 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 en réactivant la Cbl oxydée (Guéant et al., 2021). La MUT nécessite l'adénosylcobalamine (AdoCbl) comme cofacteur pour catalyser la conversion du L-méthylmalonyl-CoA en succinyl-CoA. Il est bien établi que la vitamine B12 est vitale pour le développement embryonnaire, fœtal et post natal précoce. La prévalence de la carence en vitamine 12 pendant la grossesse diffère selon les pays et les continents, la plus élevée étant rapportée en Inde. En Europe, où l'enrichissement en folate de l'alimentation n'est pas règlementaire, la prévalence du déficit en vitamine B12 est inférieure à celle du folate. En Amérique du Nord, l'enrichissement réglementaire en folate des céréales a été introduit depuis près de trois décennies et a suscité un débat concernant les éventuels effets néfastes en cas de carence en B12 (Maruvada et al. 2020). Diverses études en Inde et au Népal ont rapporté une association entre le statut maternel en vitamine B12 pendant la grossesse et l'obésité centrale et la résistance à l'insuline pendant l'enfance (Yajnik et al. 2008). Les bébés indiens ont un faible poids mais sont gros (phénotype maigre-lipodystrophie) et il y a une prévalence plus élevée de mères ayant une faible carence sérique en vitamine B12 et en folate, par rapport à l'Europe (Yajnik et Deshmukh, 2012). L'étude sur la nutrition maternelle de la cohorte de Pune a montré qu'un faible taux de cobalamine au cours du premier trimestre de la grossesse prédisait une obésité centrale et une résistance à l'insuline plus élevées à 6 ans chez la progéniture, en particulier lorsqu'elle était associée à un statut maternel élevé en folate (Yajnik et al. 2008). Nous avons observé que le déficit en vitamine B12, un taux élevé de folate érythrocytaire et le MMA sont des prédicteurs interactifs de la résistance à l'insuline et des composantes du syndrome métabolique chez les patients à obésité morbide. Le risque de résistance à l'insuline a été observé chez les patients ayant un statut de folate élevé et un taux de vitamine B12 bas (Li Zhen et al. 2018). La programmation fœtale de la carence en B12 partage des similitudes phénotypiques avec celles liées à une suralimentation (Kosgei et al. 2020). Les ratons nés de mères privées de vitamine B12 et de folate pendant la gestation et l'allaitement présentent une diminution du poids à la naissance et une lipodystrophie centrale (Guéant et al. 2013a). Les manifestations cardiaques et hépatiques et les mécanismes moléculaires sous-jacents montrent des similitudes intrigantes entre une alimentation riche en graisses/suralimentation et une carence en donneurs de méthyles (B12 et folate). Les rats déficients en donneurs de méthyle ont une augmentation spectaculaire des acides gras libres plasmatiques, similaire à celle observée chez les animaux à régime riche en graisses. Une carence en B12 et en folate produit une hypertrophie cardiaque avec accumulation d'acides gras dans le myocarde, un phénotype qui est dû à une altération de la β-oxydation des acides gras et une augmentation de l'importation d'acides gras libres plasmatiques. Les études sur des modèles cellulaires et expérimentaux ont mis en évidence un fort déséquilibre du métabolisme énergétique similaire à celui observé dans le syndrome métabolique, en relation avec une diminution de l'expression et de l'activité de SIRT1, et l'hyperacétylation subséquente de PGC1- et la perturbation du métabolisme énergétique mitochondrial. Les erreurs innées du métabolisme cellulaire de la Cbl (EIMC) résultent de défauts génétiques des enzymes cibles et des protéines de la Cbl. Ils sont généralement classés dans les groupes cblA-J par test de complémentation cellulaire. Les EIMC avec une activité sélectivement réduite de la méthionine synthase entraîne une augmentation de l'Hcy, une diminution de la synthèse de la méthionine et de la S-adénosylméthionine (SAM), le donneur de méthyle universel nécessaire à la transméthylation de l'ADN, des histones et d'autres protéines, et de petites molécules chez les mammifères (Guéant et al., 2021). Ils comprennent les groupes de complémentation cblG et cblE, avec des mutations dans MTR et MTRR, respectivement. Les EIMC avec un déficit combiné cumulent les conséquences métaboliques des activités MS et MUT altérées. La fréquence des manifestations est principalement documentée dans le type cblC, qui est l'EIMC la plus fréquente. Récemment, nous avons découvert une nouvelle EIMC que nous avons nommé epi-cblC (Guéant et al., 2018). Elle est due à une épimutation dans le promoteur bidirectionnel MMACHC. Les manifestations précoces des EIMC comprennent une anémie mégaloblastique, des manifestations neurologiques centrales et périphériques, une cardiomyopathie, et une stéatose hépatique. L'ataxie, la neuropathie périphérique et les manifestations thromboemboliques deviennent fréquentes plus tardivement. Les mécanismes à l'origine de la grande variabilité de la présentation clinique et de la réponse au traitement de des EIMC ont été disséqués par notre équipe. Nous avons montré dans des fibroblastes de patients et des modèles animaux qu'une altération de l'activité de la MS entraîne le développement d'un stress du réticulum endoplasmique et une diminution de l'expression de SIRT1 cytosolique et des SIRT3-5 mitochondriales par altération de la navette nucléo-cytoplasmique des ARNm et en conséquence, de l'expression des gènes impliqués dans le métabolisme énergétique, la neuroplasticité et le développement. Ces mécanismes sont similaires à ceux liés au foetal programming chez les ratons nés de mères privées de vitamine B12 et de folate pendant la gestation et l'allaitement Les modifications post-traductionnels des protéines (MPT) sont un autre mécanisme, interdépendant du stress du réticule endoplasmique, qui peuvent expliquer les conséquences des manifestations des EIMC et du foetal programming produites par le déficit intracellulaire en cobalamine. Les modifications post-traductionnelles des protéines peuvent résulter de la diminution d'expression des sirtuines observée à la fois dans les mécanismes du fœtale programming et les modèles cellulaire et animaux des EIMC. En effet, la fonction métabolique principale des sirtuines est la déacylation des protéines, dont la déacétylation des histones. Elle peut concerner de nombreuses protéines fonctionnelles, dont les enzymes du métabolisme énergétique. La déacylation concerne notamment les groupement acétyle, succinyle, crotonyle et malonyle. Nos resultats préliminiares suggèrent que les conséquences moléculaires des EIMC liés à la diminution de l'expression et de l'activité des sirtuines produisent une augmentation des modifications post-traductionnels altérant des fonctions protéiques et des voies métaboliques multiples impliquées dans le fœtale programming et la variabilité clinique des EIMC (Wiedmann et al, E-Biomedicine 2024, Cell Rep Medicine 2023). L'augmentation de la N-homocystéinylation des protéines est une autre modification post-traductionnelle mis en évidence chez des patients déficients en MTHFR et CBS. Elle n'est pas documentée dans les autres EIMC, de type cblC, G ou E (Jakubowski et al. 2008 ; Jakubowski et al., 2009). Nous avons étudié l'homocystéinylation de tau et d'autres MAP dans le cerveau de rats nés de mères carencées en B12 et folate pendant la gestation et la lactation et soumis à une alimentation normale durant toute leur vie. Nous avons démontré que tau, MAP1 et MAP4 sont homocystéinylées et s'accumulent dans des agrégats de protéines tout au long de la vie des animaux. Ce processus est lié à l'expression cérébrale accrue de MARS, qui a augmenté la production in situ d'homocystéine-thiolactone (Bossenmeyer Pourié et al. 2019). La N-homocystéinylation conduit à des conséquences fonctionnelles qui peuvent affecter la plasticité synaptique et les fonctions cognitives. Nous avons également montré que malgré un taux sanguin normal d'Hcy, les rats âgés de 400 jours nés de mères carencées en B12 et folate pendant la grossesse et l'allaitement présentaient un remodelage aortique important avec fibrose, dégradation de l'élastine et homocystéinylation des protéines dans l'aorte ascendante (Balint et al. 2021). Pris ensemble, ces résultats révèlent des effets neurologiques, métaboliques et vasculaires de la période in-utero qui persistent en l'absence de déficit post-natal. Les manifestations neurologiques des EIMC qui persistent malgré le traitement par supplémentation pourraient impliquer ce type de mécanisme. Hypothèse. Nous émettons l'hypothèse que les déficits des activités MS et/ou MMA au cours de la période in-utero dûs aux IEMC invalident un certain nombre de protéines fonctionnelles et d'enzymes clés impliquées dans d'autres voies métaboliques par le biais de mécanismes spécifiques aux organes, dont des mécanismes génomiques/épigénomiques et des MPT (figure 1D). Le déficit d'activité de la MS produit un stress du réticulum endoplasmique (RE) et des altérations épigénomiques, protéomiques et métabolomiques par une diminution de l'activité des sirtuines et de PGC1-. Les activités sirtuines altérées augmentent les modifications post-traductionnelles (MPT) des protéines en diminuant la désacylation des groupements acétyle, succinyle, glutaryle, malonyle et méthylmalonyle des résidus lysine des enzymes cibles (Ji et al., 2021 ; Xiao 2021, Wiedemann 2024). Les MPT comprennent également la N-homocystéinylation accrue des protéines impliquées dans le métabolisme énergétique mitochondrial, la synthèse de la myéline, la neuroplasticité et la neurogenèse et les voies impliquées dans la rétinopathie. Le déficit en MUT augmente la production d'acide méthylmalonique et d'autres acides organiques qui peuvent déclencher l'acylation des résidus lysine des protéines impliquées dans les complexes de la chaîne respiratoire, la bêta-oxydation, le cycle de l'urée, le cycle TCA et la décarboxylation de la glycine dans le foie et le cœur. Selon cette hypothèse, le déficit combiné en MS et MUT pourrait produire des effets synergiques par une diminution de la désacylation et une augmentation de l'acylation par une production accrue d'acides organiques.

spécialité

Sciences de la Vie et de la Santé - BioSE

laboratoire

NGERE - Nutrition-Génétique et Exposition aux Risques Environnementaux