Porphyries et métabolisme de l’hème Flashcards
Quelle est la définition d’une porphyrie? Est-ce que ça implique des diminution ou des augmentation de l’activité des enzymes impliquées?
Les porphyries sont des déficiences génétiques ou acquises dans l’activité des enzymes impliquées dans la voie de biosynthèse de l’hème. Dans presque tous les cas (⅞), il s’agit d’une diminution de l’activité enzymatique. Le cas où l’activité est augmentée est une forme rare.
Quel est l’impact de la déficience enzymatique dans la voie de biosynthèse de l’hème?
-Suite à ces déficiences enzymatiques, les intermédiaires du métabolisme sont produits et sécrétés en excès, s’accumulent dans les tissus et causent des symptômes neuro-viscéraux et/ou photo-cutanés.
(activité résiduelle pour synthèse d’hème toujours présente mais accumulation des intermédiaires = toxique)
-Les porphyrines sont associées à une photosensibilisation et à des dommages cutanés lors de l’exposition à la lumière UV (à cause de la production de radicaux libres)
Quels intermédiaires de la biosynthèse de l’hème sont toxiques?
Tous les intermédiaires de la biosynthèse de l’hème sont potentiellement toxiques. Acide δ-aminolevulinique (ALA) et le porphobilinogènes (PBG) sont associés à des symptômes neuro-viscéraux.
Attention : ALA et PBG ne sont pas des porphyrines.
Décrit la structure des porphyrinogènes et des porphyrines.
-Les 4 anneaux pyrrole sont caractéristiques aux porphyrines/porphirinogènes)
-Il y a des substitutions en positions différentes (#1 à 8)
-Les porphyrinogènes sont instables in vitro et sont spontanément oxydés en porphyrines correspondantes (labo = forme oxydée (porphyrine; au labo on est IN) en raison de l’O2 ambiant)
-Dans les conditions cellulaires, les porphyrinogènes sont stables et forment les intermédiaires de la voie de biosynthèse. L’aromatisation en protoporphyrine demande une enzyme (seule forme oxydée dans le corps)
Comment détecte-on les porphyrines?
-Par HPLC avec détecteur fluorescence puisqu’il y a peu de molécules naturellement fluorescentes, cela permet d’avoir également peu d’interférence.
-Absorbance vers 400nm et Fluorescence entre 550-650nm (orange-rouge) → substitutions et la chélation de métaux changent les pics d’absorbance et de fluorescence.
-Porphyrinogène = incolore, porphyrine = rouge
Quelles sont les 3 porphyrines majeures chez l’humain?
-Uroporphyrine
-Coproporphyrine
-Protoporphyrine
Discute de la solubilité et de l’excrétion des porphyrines:
1-quels groupements aide à la solubilité
2-quel est l’impact du pH
3-nombre de carbocyle et la route d’excrétion pour les 3 formes majeures
1-La solubilité détermine la route d’excrétion des porphyrines. Ceux comportant des groupes carboxy (-COOH) sont donc plus solubles dans l’eau que les autres groupes non-ionisables (méthyl, éthyl, vinyl, -CH).
2-pH 7 → groupement carboxyl ionisé (charge -) et pH 2 → azotes des pyrroles ionisés et groupe carboxyl protoné (charge +)
3-nom, nbr carboxyle, excrétion
–Uroprophyrine (++ soluble), 8, Urine
–Coproporphyrine, 4, Urine, bile, selles
–COPOR I = selles
–COPRO III = urine
–Protoporphyrine, 2, Bile, selles
Qu’advient-il des porphyrines dans les selles?
Les porphyrines sont susceptibles à des modifications par la flore intestinale :
-Apparition de porphyrines secondaires
-Apparition de porphyrines dicarboxyliques (flore intestinale métabolise aussi l’hème)
-Certaines bactéries peuvent synthétiser de novo des porphyrines
Combien d’enzymes comprend la voie de biosynthèse de l’hème?
8
Où se produit la voie de biosynthèse de l’hème?
Dans toutes les cellules nucléées, mais de façon plus important dans la moelle osseuse (synthèse Hb, précurseur GR, 70-80%) et dans le foie (hémoprotéine: cytochrome et peroxydase, 15%)
Pour l’étape 1/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A-δ-acide aminolevulinique synthase (ALAS)
B-Succinyl CoA → ALA (n’est pas une porphyrine)
C-Enzyme mitochondriale
D-Co-facteur: pyridoxal-5-phosphate (forme active de vitamine B6)
Quelle est l’étape limitante de la biosynthèse de l’hème?
Étape 1
Il y a deux isoformes tissu-spécifique de la ALAS qui sont les deux points de contrôles:
-ALAS-E (ALAS2) : forme érythroïde, gène sur chromosome Xp11.21
–Déficience de cette isoforme => anémie sidéroblastique liée à l’X et non une porphyrie (>25 mutations)
–2 mutations augmentent l’activité de l’enzyme résultant en une porphyrie (protoporphyrie liée à l’X, + rare)
-ALAS-N (ALAS1) : forme ubiquitaire non-spécifique, gène sur chromosome 3p21.2, aucune mutation décrite → incompatible avec la vie?
Comment ALAS-N agit comme premier point de contrôle au foie?
-Hème exerce un rétrocontrôle négatif sur la première enzyme de sa voie de biosynthèse. Un pool d’hème libre contrôle synthèse ALAS1 et son transport dans la mitochondrie. Ce pool est diminué lorsqu’il y a une demande pour une synthèse accrue des cytochromes hépatiques p450 (CYP), et lorsqu’il y a induction de l’hème oxygénase hépatique (qui dégrade l’hème).
-Donc si demande en hème ↑ ou si hème dégradé: levée du rétrocontrôle
-Contrôle positif: Activation ALAS1 (foie seulement) via activation traductionnelle par certain médicament (drug-responsive nuclear receptor)
-Contrôle négatif: par l’administration de l’hème exogène ou inhibition de l’hème oxygénase hépatique
–Hème déstabilise l’ARNm de ALAS1
–Hème bloque l’importation dans la mitochondrie de pré-ALAS1
–Hème augmente la protéolyse par la peptidase 1 de Lon
–Hème inhibe la transcription
Comment ALAS-E agit comme deuxième point de contrôle dans les cellules érythroïdes?
-Transcription ALAS2 est stimulée durant la différenciation érythroïde (facteurs de transcription spécifiques)
-ARNm sont régulés par disponibilité du fer. Le promoteur contient un “iron responsive element” qui n’est pas présent chez ALAS-N
–Une déficience en Fe → liaison d’une protéine de régulation sur le promoteur → inhibition de la transcription de ALAS2
Pour l’étape 2/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A-Porphobilinogène synthase (ou ALA dehydratase, ALAD)
B-2 ALA → PBG (n’est pas une porphyrine)
C-Enzyme cytoplasmique (homo-octamère)
D-Co-facteur : Zinc (liaison de 8 atomes de Zn nécessaire pour activité)
E-Inhibition par le plomb (remplace le Zn dans l’enzyme)
Pour l’étape 3/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A- Hydroxymethylbilane synthase, HMBS (ou PBG deaminase, PBGD)
B- 3 PBG → Hydroxylmethylbilane
–L’hydroxylmethylbilane est un tétrapyrrole linéaire et est un intermédiaire instable.
–Le PBG seul (lorsqu’en grande concentration) peut également se condenser seul (sans enzyme) en hydroxymethylbilane
C- Enzyme cytoplasmique
D- Co-facteur : 2 molécules de PBG comme groupement prosthétique
E- Susceptible à une inhibition allostérique par COPRO III et PROTO IX (explique certains symptômes)
Pour l’étape 4/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A- Uroporphyrinogene III synthase (UROS)
B- Hydroxymethylbilane → Uroporphyrinogène III (via enzyme UROS) *le seul qui peut contribuer à la biosynthèse de l’hème
*présence de 8 groupement carboxyles donc + soluble. Présence dans l’urine
Rôles:
–Cyclisation de l’hydroxymethylbilane (qui est linéaire)
–Réarrangement via intermédiaire spirane
C- Enzyme cytoplasmique
D- N/A
E- N/A
Attention: Processus non-enzymatique: se fait spontanée = formation d’Uroporphyrinogène I sans enzyme (lorsque présence PBG +++)
Pour l’étape 5/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A- Uroporphyrinogène décarboxylase (UROD)
B- Uroporphyrinogène → Coproporphyrinogène (autant III que I) en passant par la forme Hepta, Hexa et Penta (accumulation si déficience)
*COPRO I : préférentiellement dans les selles
*COPRO III : préférentiellement dans l’urine
C- Enzyme cytoplasmique
D- N/A
E- N/A
Pour l’étape 6/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A- Coproporphyrinogène oxidase (CPO ou CPOX)
B- Coproporphyrinogène III + O2 → Protoporphyrinogène IX
*PROTO : présence dans la bile et les selles
C- Enzyme mitochondriale
D- N/A
E- Inhibition par les métaux
Pour l’étape 7/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A- Protoporphyrinogène oxidase (PPOX ou PPO)
B- Protoporphyrinogène IX → Protoporphyrine IX
*Oxydation FAD-dépendante (3 étapes)
C- Enzyme mitochondriale
D- N/A
E- N/A
Note: Enzyme permettant l’obtention de porphyrine dans la cellule
Enlève 6 hydrogènes
Même si l’oxydation est spontanée in vitro, dans les conditions cellulaires, PPOX est essentielle à l’oxydation
La protoporphyrine produite à cette étape est la seule qui peut intégrer la voie de biosynthèse
Les autres porphyrines sont produites par oxydation non enzymatique et représentent des porphyrinogènes qui ont quittés la voie métabolique.
Pour l’étape 8/8 de la biosynthèse de l’hème, nomme:
A-l’enzyme
B-le produit de départ et le produit final
C-enzyme cytoplasmique ou mitochondriale
D-le co-facteur, si nécessaire
E-les inhibiteurs, si connus
A- Ferrochelatase ou hème synthase (FECH ou FEC)
B- Protoporphyrine IX → Hème
*Insertion du fer (Fe2+, ion ferreux)
*Autres métaux divalents possibles (ex: Zn2+) : Lors de déficience en fer, le Zn compétitionne avec succès dans les globules rouges en développement pour former le Zn-protoporphyrine (Zn-PP
C- Enzyme mitochondriale
D- N/A
E- N/A
Quelles sont les 2 étapes d’extraction pour l’analyse des porphyrines?
1ère extraction:
Porphyrines moins solubles dans l’eau passe dans phase organique
-solvant organique acidifié pH 3-5
–COPRO/PROTO = diéthylether
–URO = buthanol (plus hydrophile)
-On ne veut pas être trop acide pour ne pas jouer sur les groupes N (>2 = ok)
-le noyau hème sort aussi
2e étape (back extraction):
-Acidification de la phase organique pH < 2
-Les porphyrines sont donc toutes dans la phase aqueuse grâce à la protonation des N des pyrroles et des carboxyles.
-l’hème reste dans la phase organique
*Note: Quand les pyrroles sont chélatés à des ions métalliques, il demeurent non-chargés même à faible pH et restent dans la phase organique (hème ou Zn-pp)
Quelles sont les considérations préanalytiques pour l’analyse des porphyrines (incluant PBG et ALA)?
-Protéger contre la lumière dès le début de la collecte (ex: les porphyrines urinaires peuvent diminuer jusqu’à 50% en 24h)
-Analyse urinaire: une miction est préférable à une collecte de 24h
-Stabilité dans l’urine:
–PBG : pH 8-9
–ALA : pH 3-4
-Effet de la température: doit arrivée sur glace au labo et congeler dans les 30 minutes (donc pas permis dans les CLSC)
Nomme 10 porphyries et l’enzyme déficiente associée.
1- Porphyrie avec déficience en ALA dehydratase (ADP); ALAD
2- Porphyrie intermittente aiguë (AIP); HMBS
3- Porphyrie érythropoïétique congénitale (CEP); UROS
4- Porphyrie cutanea tarda (PCT); UROD
5- Porphyrie hepatoérythropoïétique (HEP); UROD
6- Coproporphyrie héréditaire (HCP); CPO
7- Harderoporphyrie; CPO
8- Porphyrie variegate (VP); PPOX)
9- Protoporphyrie érythroïétique (EPP); FECH
10- Protoporphyrie liée à l’X (XLP); augmentation de ALAS2