Les AA: Le transport des acides aminés et ses anomalies glutathion est dégradé puis recyclé pour reformer une nouvelle Introduction molécule fonctionnelle. I. Transport cellulaire des acides aminés -Ce système transporte préférentiellement certains acides aminés, 1. Système de transport commun aux acides aminés notamment le glutamate, la méthionine et les acides aminés neutres. Le cycle gamma glutamyl transférase Anomalies 2. Systèmes de transport spécifiques d’acide aminé ou de groupe d’acides aminés et anomalies II. Transport intracellulaire des acides aminés 1. Systèmes de transport mitochondriaux des acides aminés et anomalies a. Ornithine carrier (ORC) b. Translocase Glu-Asp c. Glutamate carrier (GC) 2. Système de transport lysosomal des acides aminés Cystinosine Anomalie Conclusion Introduction Les acides aminés exercent plusieurs fonctions biologiques importantes (intermédiaires métaboliques, sources d'énergie, molécules de signalisation dans les cellules...). L’alimentation des tissus en acides aminés est assurée par divers systèmes de transport membranaires, qui permet le transfert des acides aminés entre les cellules et entre leurs compartiments. L’absence, la surexpression ou le dysfonctionnement de certains de ces transporteurs peuvent être à l’origine de diverses pathologies. I. Transport cellulaire des acides aminés 1. Système de transport commun aux acides aminés La vision actuelle du rôle de la γ-glutamyl transpeptidase Le cycle gamma glutamyl transférase (γ-GT) s’éloigne du modèle classique du « cycle γ-glutamyl » comme -le cycle γ-glutamyl est aussi appelé cycle de Meister, du nom d’Alton système majeur de transport des acides aminés. Meister qui l’a proposé dans les années 1970. Il décrit une série de En réalité, la γ-GT localisée à la surface cellulaire hydrolyse le glutathion réactions impliquant le glutathion (GSH), reliant sa synthèse, sa extracellulaire (GSH) et sa forme oxydée (GSSG), libérant leurs dégradation et – dans le modèle initial – le transport des acides aminés. constituants : cystéine (ou cystine), glutamate et glycine. Ces acides aminés sont ensuite réutilisés pour la synthèse de novo du glutathion Définition et rôle dans le modèle original -Dans le modèle original: Meister a proposé que ce cycle constitue serve intracellulaire. Parmi eux, la cystéine constitue le facteur limitant de de système de transport des acides aminés à travers la membrane, le cette synthèse. glutathion agissant comme « transporteur »; en complément des -Chez les souris déficientes en γ-GT, on observe: systèmes spécifiques. Il est particulièrement actif dans le rein, le foie, le une carence sévère en cystéine, cerveau et l’intestin une diminution importante du glutathion tissulaire, -Le cycle comprend six réactions enzymatiques qui assurent la synthèse un retard de croissance et une mort précoce. et la dégradation du glutathion. -Ces anomalies peuvent être corrigées par un apport en N- -Il s’agit d’un transport actif, réalisé contre le gradient de concentration acétylcystéine, confirmant que la fonction essentielle de la γ-GT est le -L’enzyme clé est la γ-glutamyl transpeptidase (GGT), censée transférer maintien de l’homéostasie de la cystéine et du glutathion, plutôt qu’un le groupe γ-glutamyl du GSH à un acide aminé extracellulaire pour rôle direct dans le transport global des acides aminés former un γ-glutamyl-acide aminé capable de traverser la membrane. -Une fois dans le cytoplasme, l’acide aminé est libéré, tandis que le Anomalies métabolique, 5-oxoprolinurie et atteinte neurologique, avec des Les déficits du cycle γ-glutamyl touchent le métabolisme du glutathion variations selon l’enzyme atteinte (GSH) et donnent un spectre commun : anémie hémolytique, acidose Enzyme déficiente Clinique typique Profil biologique clé Signes distinctifs / Orientation diagnostique Glutathion synthétase (GSS) - 5-oxoprolinurie massive- GSH ↓ dans (acidurie pyro- - Anémie hémolytique- Acidose métabolique néonatale les urines - Activité GSS ↓ dans les Association hémolyse + glutamique) (formes sévères)- Atteinte neurologique progressive erythrocyes et les leucocytes acidose + 5-oxoprolinurie = (SNC)- Mortalité pédiatrique élevée -Mutation dans le gène de la GSH très évocatrice AR synthase La plus fréquente - GSH ↓ dans les erythrocytes γ-Glutamyl-cystéine synthétase (GCLC) Aminoacidurie généralisée- ❌ Pas de 5- Anémie hémolytique avec ictère - ± Ataxie, oxoprolinurie Hémolyse + GSH bas sans 5- neuropathie- Hépatosplénomégalie -Diminution de l’activité de la oxoprolinurie AR gamma-glutamyl-cystéine synthétase γ-Glutamyl- Excès de GSH circulant et transpeptidase (γGT) - Atteinte neurologique (neuropsychiatrique variable)- - GSH ↑ (glutathionémie)- GSH urinaire ❌ Pas d’hémolyse marquée ↑ (glutathionurie) AR urinaire Diminution d’activité de la gamma-glutamyl transpeptidase 5-oxoprolinurie isolée (sans 5-Oxoprolinase (OPLAH) - Très variable- Parfois asymptomatique- ± Retard - 5-oxoprolinurie massive isolée- GSH mental- ± Lithiases normal AR déficit en GSH) -Diminution d’activité de la 5oxoprolinase (leucocytes, fibroblastes) Cystéinyl-glycinase (dipeptidase) - Cystéinyl-glycine urinaire ↑- GSH - Cas unique décrit- Retard mental- Surdité- Troubles normal Profil très rare, diagnostic moteurs Activité enzymatique diminuée exceptionnel AR (fibroblastes, érythrocytes) 2. Systèmes de transport spécifiques d’acide aminé ou de groupe (+) : acide, (-) : basique, (0) : neutre d’acides aminés et anomalies A : alanine, N : asparagine, L : lysine ASC : alanine, sérine, cystéine -Il s’agit d’un transport actif (contre un gradient de concentration). B, b : sélectivité large -fonctionnent pour la plupart par co-transport : Na+ dépendant, Na+ et cl- dépendant, ou H+ dépendant. -Chaque système transporte juste une catégorie d'acides aminés, ou un seul acide aminé. -Dénomination des systèmes : Majuscule : Na+ dépendant, minuscule : Na+ indépendant Type d’AA Système (ancienne Transporteurs nomenclature) modernes (SLC) AA transportés Dépendance ionique Pathologies associées Points clés diagnostiques Type d’AA Système (ancienne Transporteurs nomenclature) modernes (SLC) b⁰,+ AA transportés Dépendance ionique SLC3A1 (rBAT) + Lys, Arg, Ornithine + Na⁺ SLC7A9 (b⁰,+AT) cystine indépendant SLC7A1 (CAT-1) Lys, Arg, His AA basiques (cationiques) y⁺ y⁺L AA acides (anioniques) SLC7A7 (y⁺LAT1) + AA neutres ASC SLC6A19 (B⁰AT1) Taurine AA neutres (Leu, Ile, SLC1A4 (ASCT1) / SLC1A5 (ASCT2) SLC7A5 (LAT1) / L glycine Glu, Asp SLC1A3 (généraux) Imino-acides + neutres SLC1A1, SLC1A2, B⁰ SLC7A8 Val, Phe, Trp…) Ala, Ser, Cys (échange) rénale Rare isolé Transport ubiquitaire des AA cationiques Hyperammoniémie + protéines (LPI) Na⁺ dépendant Aminoacidurie (+ H⁺) dicarboxylique Na⁺ dépendant Maladie de Hartnup Na⁺ dépendant défaut réabsorption neurodéveloppementaux déficit Lys/Arg Défaut transport Glu/Asp Pellagre-like + aminoacidurie neutre Transport petits AA neutres (rares) AA neutres volumineux (Leu, Phe, Trp) Proline, SLC36A1/2 hydroxyproline, (PAT1/2) glycine SLC6A6 Taurine TauT Cystinurie Troubles SLC6A20 (IMINO) / IMINO / PAT indépendant Points clés diagnostiques Calculs urinaires (cystine), AA cationiques ↔ Na⁺ dépendant Intolérance lysinurique aux SLC3A2 X⁻AG Na⁺ Pathologies associées Na⁺ Rôle en cancérologie Transport essentiel indépendant (surexpression) cerveau/tumeurs H⁺ dépendant Iminoglycinurie Na⁺ + Cl⁻ dépendant Rare Proline + glycine urinaires ↑ Rôle osmorégulation + SNC II. Transport intracellulaire des acides aminés Ce mécanisme est fondamental car il permet de connecter les étapes Les AA circulent librement dans le cytosol, mais ils nécessitent des mitochondriales et cytosoliques du cycle de l’urée. systèmes de transport pour franchir les membranes des organites intracellulaires comme la mitochondrie ou le lysosome. 1. Systèmes de transport mitochondriaux des acides aminés et anomalies Transporteur mitochondrial de l’ornithine : ORC1 (ORNT1) -Le transporteur ORC1 (ornithine carrier 1) est une protéine localisée dans la membrane interne mitochondriale, codée par le gène SLC25A15. Il appartient à la famille des transporteurs mitochondriaux SLC25. -Chez l’humain, il existe deux isoformes très proches : ORC1, la forme principale ORC2, partageant environ 87 % d’identité avec ORC1 -Ces transporteurs sont exprimés majoritairement dans le foie, mais 2. ORC1 peut aussi transporter d’autres acides aminés basiques comme également dans le pancréas, le poumon et le testicule, ce qui reflète leur la lysine et l’arginine par des mécanismes d’échange (antiport). rôle central dans le métabolisme azoté. 3. ORC1 peut fonctionner selon un mode ornithine/H⁺, impliqué dans : le catabolisme de l’excès d’arginine Modes de transport et substrats la biosynthèse des polyamines ORC1 fonctionne principalement comme: un antiporteur, assurant un 4. L’isoforme ORC2 élargit encore ce spectre en transportant aussi échange 1:1 entre : l’histidine et l’homocitrulline. 1. l’ornithine cytosolique (importée dans la mitochondrie) la citrulline mitochondriale (exportée vers le cytosol) ORC1 joue un rôle clé dans l’intégration du métabolisme cellulaire, Rôle métabolique central notamment : -Il permet l’entrée de l’ornithine dans la mitochondrie, indispensable à Translocase Glu-Asp (citrin / AGC2) l’action de l’ornithine transcarbamylase (OTC) dans le cycle de l’urée La -Il assure la sortie de la citrulline vers le cytosol, où le cycle se poursuit aspartate/glutamate -Il participe au métabolisme des acides aminés basiques par SLC25A13. -Il contribue à la régulation de l’équilibre azoté et à la synthèse de composés comme les polyamines Localisation : face externe de la membrane interne mitochondriale, Ainsi, ORC1 constitue un véritable point de jonction entre mitochondrie exposée vers l’espace intermembranaire . et cytosol, essentiel au bon fonctionnement du cycle de l’urée. Famille : transporteur mitochondrial SLC25, isoformes humaines : AGC1 Déficit en ORC1 : syndrome HHH (aralar, SLC25A12) et AGC2 (citrin, SLC25A13). Le déficit en ORC1 est responsable du syndrome HHH « translocase Glu-Asp » correspond mitochondrial de au transporteur type AGC2 (citrin), codé Structure et localisation Architecture : (Hyperornithinémie – Hyperammoniémie – Homocitrullinurie). Il s’agit -Domaine N-terminal régulateur avec motifs EF-hand de liaison au Ca²⁺ d’une maladie autosomique récessive due à des mutations du gène (8 EF-hands, organisés en modules mobiles/statiques). SLC25A15. -Domaine « carrier » typique SLC25 avec 6 segments transmembranaires en 3 répétitions. Mécanisme biochimique: Lorsque ORC1 est déficient : -L’import mitochondrial de l’ornithine diminue, entraînant : -Domaine C-terminal avec hélice amphipathique, impliquée dans la régulation/dimérisation . une diminution de l’ornithine dans la matrice mitochondriale Fonctionne comme homodimère. une accumulation d’ornithine dans le cytosol → hyperornithinémie Isoformes et expression tissulaire -Le cycle de l’urée est ralenti, ce qui provoque une : hyperammoniémie AGC2 (citrin, SLC25A13) : surtout foie, tube digestif, rein, cœur. -Le carbamyl phosphate en excès est détourné : AGC1 (aralar, SLC25A12) : cerveau, muscle squelettique, cœur. vers la formation de homocitrulline (par réaction avec la lysine) → homocitrullinurie vers la voie des pyrimidines → oroticacidurie possible Rôle fonctionnel principal Fonction Détail Antiport Glu⁺H⁺ / Import de glutamate + H⁺ dans la Asp matrice, export d’aspartate vers le cytosol Navette Élément clé pour transférer le NADH malate/aspartate cytosolique vers la mitochondrie Cycle de l’urée Fournit l’aspartate cytosolique nécessaire à Manifestations cliniques l’argininosuccinate synthétase (ASS) Le tableau clinique est très variable. Dans les formes aiguës ou sévères, on observe : Gluconéogenèse léthargie Participe à la fourniture d’oxaloacétate/aspartate pour la vomissements néoglucogenèse confusion pouvant évoluer vers un coma atteinte hépatique Dans les formes chroniques ou évolutives : Régulation par le calcium L’activité de citrin/aralar est stimulée par le Ca²⁺ côté espace retard du développement intermembranaire, via le domaine EF-hand. déficit intellectuel Cela couple l’AGC à des signaux hormonaux (glucagon, catécholamines) crises convulsives qui élèvent le Ca²⁺ cytosolique. ataxie Des travaux récents discutent le rôle exact de la régulation calcique et spasticité ou syndrome pyramidal montrent une fonction importante du domaine N-terminal dans L’âge de début est également variable : l’adressage mitochondrial. formes néonatales sévères Anomalie : déficit en citrin (SLC25A13) formes apparaissant dans l’enfance Physiopathologie : perte de citrin → défaut d’export d’aspartate, voire formes tardives à l’âge adulte altération de la navette malate/aspartate, de la uréogenèse, de la gluconéogenèse, du métabolisme énergétique et lipidique. et forte dépendance. Tableau clinique par âge : -Physiopathologie : perte ou forte diminution du transport -NICCD (cholestase néonatale intra-hépatique) chez le nourrisson. mitochondrial du glutamate → Défaut d’oxydation du glutamate et -Stade d’« adaptation » intermédiaire. d’ATP dans les astrocytes, accumulation intracellulaire de glutamate et -Citrullinémie type II de l’adulte (CTLN2 / AACD) : hyperammoniémie perturbation de la clairance du glutamate synaptique. aiguë avec troubles psychiatriques, désorientation, somnolence, Hyperexcitabilité neuronale expliquant les épilepsies précoces convulsions, coma, souvent décès. Biologie typique : hyperammoniémie, citrullinémie, baisse ASS hépatique, stéatose, perturbations du NADH/NAD⁺ cytosolique Glutamate carrier mitochondrial (GC1/GC2) Le glutamate carrier (GC) est un transporteur de la membrane interne mitochondriale appartenant à la famille SLC25. Deux isoformes humaines existent : GC1 (SLC25A22) et GC2 (SLC25A18). Mécanisme et rôle métabolique Localisation : membrane interne de la mitochondrie. Type de transport : symport glutamate/H⁺ (entrée conjointe dans la matrice). Une fois dans la matrice, le glutamate est transformé par la glutamate déshydrogénase en α-cétoglutarate + NH₃ + NAD(P)H. Fonctions majeures : Dégradation des acides aminés et fourniture de carbone au cycle de Krebs. Métabolisme de l’azote : NH₃ ainsi produit entre dans le cycle de l’urée (foie, rein). Contribution à la production d’ATP et à l’homéostasie énergétique cérébrale, en particulier dans les astrocytes. 2. Transporteur lysosomal de la cystine (cystinosine) et cystinose GC1 vs GC2 Mécanisme et caractéristiques de la cystinosine Isoforme Gène Rôle principal proposé Tissus clés GC1 SLC25A22 Métabolisme « à la Cerveau demande », forte (astrocytes), transmembranaires, localisée à la membrane du lysosome. activité quand les foie, pancréas, -Type besoins en oxydation rein -Transporteur lysosomal de la cystine codé par CTNS. -Gène / protéine : CTNS code une protéine de 367 AA, à 7 domaines de transport : symport H⁺/cystine (co-transport) exportant la cystine lysosomale vers le cytosol grâce au gradient de protons généré du glutamate par la V-ATPase. augmentent -Spécificité : transport très spécifique de la cystine, saturable, appartenant à la famille des protéines PQ-loop SLC 1735. GC2 SLC25A18 Métabolisme basal du Nombreux glutamate tissus, cerveau -Maladie de surcharge lysosomale, rare, -Mode de transmission : autosomique récessif (TAR). principale : encéphalopathie d’autres fonctions métaboliques. Cystinose : formes cliniques Anomalies : mutations de GC1 (SLC25A22) -Pathologie -La cystine exportée est réduite en cystéine, utilisée pour le glutathion et épileptique néonatale -Maladie autosomique récessive due à des mutations bialléliques sévère avec pattern burst-suppression à l’EEG. de CTNS. -Signes cliniques fréquents : -Résulte d’un défaut d’expression de la cytosine Crises myocloniques ou focales très précoces (premières semaines de Rôle et conséquences d’un déficit vie), résistantes aux traitements. Élément Rôle / conséquence Fonction Sortie de cystine du lysosome, maintien Hypotonie, retard global, microcéphalie progressive, déficit visuel, souvent hypomyélinisation cérébrale. Évolution vers une encéphalopathie sévère avec acquisitions quasi nulles normale homéostasie AA, signalisation mTORC1 Déficit CTNS Accumulation de cystine et cristaux dans tous les tissus Atteinte rénale Syndrome de Fanconi proximal, évolution vers IRC terminale (~10 ans sans traitement) Atteintes Cornée (photophobie), thyroïde, extra-rénales pancréas, muscle, SNC, diabète, myopathie, HT portale… -Triade principale : accumulation lysosomale de cystine, tubulopathie proximale (Fanconi), dépôts cornéens. -Trois formes cliniques selon l’âge et la sévérité : Infantile néphropathique : la plus fréquente et la plus sévère, début < 1 an, Fanconi complet, IRC précoce. Juvénile néphropathique : début plus tardif, atteinte rénale surtout glomérulaire, Fanconi parfois absent. Adulte non néphropathique (oculaire) : essentiellement atteinte oculaire (photophobie)