Sommaire :1. Introduction2. Biochimie du cuivre  3. Métabolisme général et transport du cuivre 4. MÉTABOLISME GÉNÉRAL5. ABSORPTION ET TRANSPORT6. Enzymes et protéines à cuivre et leurs fonctions

A. Enzymes : ATPase 7A ou protéine ATP7A ou protéine Menkès (MNK) et ATPase 7B ou protéine 

ATP7B ou protéine Wilson (WND) Céruloplasmine (Cp) Superoxydes dismutases cuivre/zinc (SOD1 et SOD3) Cytochrome c oxydase (COX) Famille des lysyl oxydases (LOX) Tyrosinase Dopamine b-hydroxylase (DBH) Peptidyl a-amidating mono-oxygénase (PAM) Amine oxydase à cuivre (AOC)

B. AUTRES PROTÉINES Albumine Transporteur membranaire CTR1 Métallothionéines (MT) Protéine du prion - Forme normale (PrPc) Précurseur de la protéine amyloïde (PPA)

7. Pathologies liées au cuivre D’origine génétique

 Syndrome de Menkès   Maladie de Wilson Déficit en cox (cardioencephalomyopathie  infantile)  Dystonie idiopathique de l’adulte (Dystonie cervicale) Intoxications et carences d’origine nutritionnelle

8. Conduite à tenir devant des anomalies du bilan biologique du métabolisme du cuivre chez l’adulte

9. Exploration du bilan cupriquea. Dosage de la ceruloplasmine

Test immunoturbidimetrique Dosage manuel

b. Dosage du cuivre  Dosage manuel Dosage du cuivre par spectrométrie d’absorption  atomique

10. Conclusion

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Introduction:Le cuivre est un nutriment essentiel dont l’homéostasie est finement régulée. De multiples enzymes, impliquées dans la synthèse de neurotransmetteurs, dans la formation du tissu conjonctif ou dans la chaine respiratoire, l’utilisent comme cofacteur. L’excès comme la carence en cuivre est potentiellement délétère, pouvant être responsable de lésions cellulaires dans différents organes et en particulier dans le foie et le cerveau. L’interprétation des résultats biologiques d’un bilan du métabolisme du cuivre est délicate. La diminution du cuivre sanguin peut à la fois traduire une carence en cuivre d’origine héréditaire (maladie de Menkès) ou acquise, mais également s’observer en cas de surcharge en cuivre (maladie de Wilson). Certaines de ces pathologies ont des traitements spécifiques, comme la maladie de Wilson qui peut avoir des conséquences neurologiques et hépatiques parfois irréversibles si un traitement n’est pas précocement mis en place. Il est donc important de connaitre les symptômes devant inciter à rechercher une perturbation du métabolisme du cuivre et de savoir en interpréter les résultats.

Biochimie du cuivre :Les propriétés chimiques particulières du cuivre, similaires à celles du fer, en font un métal à la fois essentiel et toxique. De masse atomique 63,54, le cuivre existe sous deux formes isotopiques stables: 63Cu et 65Cu d’abondances naturelles respectives 69,1 % et 30,9 % et trois formes radioactives : 61Cu, 64Cu et 67Cu à demi-vie courte (respectivement : 3,4 h, 12,8 h et 58 h). Le cuivre fait partie des métaux de transition (groupe IIB du tableau de Mendeleiev) et possède deux états d’oxydoréduction : forme oxydée Cu(II) ou Cu2+ et forme réduite Cu(I) ou Cu+, à la base de ses propriétés catalytiques mises en jeu dans de nombreuses fonctions biologiques fondamentales. Mais cette même chimie redox en fait un métal potentiellement toxique en cas d’excès, par sa capacité à participer à des réactions conduisant à la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) capables de dégrader, par oxydation, les macromolécules cellulaires (protéines, lipides et acides nucléiques). Le cuivre peut également être toxique en cas de surcharge en déplaçant d’autres cofacteurs métalliques essentiels, à caractéristiques proches, de leurs ligands naturels. Par exemple, le cuivre (CuII) peut remplacer le zinc (ZnII) dans les structures en doigts de zinc de certains facteurs de transcription, empêchant alors leur fixation sur leur séquence cible au niveau de l’acide désoxyribonucléique (ADN) et perturbant ainsi l’expression de certains gènes.

Il est donc primordial pour l’organisme et pour la cellule que le taux de cuivre soit finement régulé afin d’éviter une surcharge et la présence de cuivre libre. Il a été récemment démontré que, dans les conditions physiologiques, le cuivre libre est en quantités infinitésimales, voire inexistant.

Métabolisme général et transport du cuivre :

MÉTABOLISME GÉNÉRALL’ensemble du corps humain ne contient que 80 à 150 mg de cuivre (environ 1,3 à 2,4 mmol) dont la répartition tissulaire est très inégale

Les trois organes les plus riches en cuivre sont le foie (dont la teneur varie avec l’âge, elle est trois fois plus élevée chez le nouveau-né que chez l’adulte), le cerveau surtout dans les régions pigmentées (locus niger, coeruleus) et le rein. 

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Dans des conditions normales, le maintien de la teneur physiologique en cuivre de l’organisme est assuré presque exclusivement par l’absorption gastro-intestinale et l’excrétion biliaire. Les apports optimaux par jour qui étaient estimés à 1,5-3 mg pour l’adulte ont été récemment revus à la baisse par un comité français (tableau I).

Groupe Âge (ans) mg/j de cuivreNouveau-néEnfant

Homme adulteFemme adulte

Ces apports ne couvrent toutefois que le besoin minimal comblant les pertes. L’apport quotidien moyen par une alimentation normale a été évalué par la méthode du double des repas à 0,9 mg en Allemagne, 1,7 mg en Belgique et 1,05 mg en France. Seuls 40 % sont absorbés, soit un apport effectif moyen de 0,6 à 1,6 mg.

Une quantité équivalente retourne dans le tractus gastro-intestinal par la bile. D’après ces chiffres, les apports seraient donc souvent en dessous des recommandations.

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Les teneurs en cuivre et sa biodisponibilité sont très variables suivant les aliments. Les aliments les plus riches en cuivre sont le foie, les coquillages et crustacés, les noix et le chocolat. Les produits laitiers et les végétaux contiennent des teneurs faibles en cuivre et sa biodisponibilité est médiocre.

Distribution du cuivre dans l’organisme

ABSORPTION ET TRANSPORT

Le cuivre est absorbé très rapidement au niveau de l’estomac et de l’intestin grêle initial. Le cuivre alimentaire est initialement lié à des protéines ou sous forme complexée aux acides aminés soufrés, principalement l’histidine. L’absorption se déroule au niveau du pôle apical des cellules épithéliales (mucosales) et ses modalités restent mal connues. Plusieurs mécanismes ont été proposés : une simple diffusion, la voie du transport des acides aminés avec consommation d’acide adénosine triphosphorique (ATP), un transporteur aspécifique des métaux assurant un transport couplé aux protons nommé Nramp2 ou DCT1 a été identifié dans la membrane des cellules de la bordure en brosse. Mais la voie majoritaire la plus probable est certainement le transporteur CTR1 présent dans la membrane de toutes les cellules de l’organisme.

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Métabolisme du cuivre dans l’entérocyte

ATP7A : protéine Menkes ; CTR1 : protéine de transport du cuivre ; DCT1 : dication transporter 1 ; Heph : hephaestine ; ferroport : ferroportine.

Il existe un mécanisme de régulation de l’absorption du cuivre au niveau des cellules intestinales et de son transfert du pôle apical vers le pôle basolatéral. Le cuivre serait initialement lié dans la cellule à des composés de faible poids moléculaire comme le glutathion. La protéine Menkès (MNK) ou ATP7A est impliquée dans la délivrance du cuivre aux métalloprotéines à cuivre de sécrétion et dans le relargage du cuivre par les cellules épithéliales vers la circulation portale.

Une fois dans la circulation portale, le cuivre est principalement lié à l’albumine et à l’histidine. Sous cette forme, il est capté par les cellules hépatiques qui l’incorporent à l’apocéruloplasmine ou aux enzymes et autres protéines endogènes et excrètent l’excès dans la bile qui est la voie principale d’élimination. Le foie est l’organe central de l’homéostasie du cuivre. L’incorporation par la cellule hépatique met en jeu la protéine CTR1 tandis que l’excrétion biliaire et l’incorporation dans la céruloplasmine (Cp) se font grâce à la protéine Wilson (WND) ou ATP7B.

Une partie du cuivre est ensuite retrouvée dans le sang, liée dans le plasma pour une grande part à la Cp, mais aussi à l’albumine et à des acides aminés dont l’histidine. 

Une partie du cuivre sanguin se trouve dans les érythrocytes, lié à la superoxyde dismutase et à des acides aminés mais seul le cuivre plasmatique transporté par l’albumine et les acides aminés est échangeable et est distribué aux tissus périphériques.

 

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Métabolisme du cuivre dans l’hépatocyte

ATP7B : protéine Wilson ; CTR1 : protéine de transport du cuivre ; CuZnSOD : superoxyde dismutase à cuivre et zinc ;MT : métallothionéine.

Sur un plan général, le métabolisme cellulaire du cuivre dans les tissus de l’organisme fait intervenir une étape d’incorporation qui nécessite l’action d’une réductase membranaire encore inconnue qui réduit le CuII. Puis le CuI franchit la membrane cytoplasmique grâce au transporteur CTR1. Le mécanisme exact du transport du cuivre par cette protéine commence seulement à être connu. 

Dans la cellule, le cuivre cuivreux est probablement oxydé par une enzyme membranaire qui pourrait être commune avec les systèmes fer oxydase ou lié tel quel au glutathion et peut ensuite être stocké par les métallothionéines (MT) ou bien pris en charge par différentes protéines chaperonnes de transport qui le distribueront aux protéines à cuivre de la cellule, soit directement, soit au cours de la voie sécrétoire par le biais des protéines ATP7A ou ATP7B.

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Métabolisme du cuivre dans la cellule en général

ATOX1 : protéine antioxydante 1 ; ATP7A : protéine Menkes ; CCS : chaperonne à cuivre de la superoxyde dismutase ; COX : cytochrome c oxydase ; COX17 : protéine d’assemblage de la cytochrome c oxydase ; CTR1 : protéine de transport du cuivre ; GSH : glutathion réduit; MT : métallothionéine ; SCO1/SCO2 : protéines de synthèse de la cytochrome oxydase.

Enzymes et protéines à cuivre et leurs fonctionsLes enzymes à cuivre sont retrouvées dans tous les compartiments cellulaires et extracellulaires de l’organisme et la plupart catalyse des réactions d’oxydoréduction fondamentales ayant l’oxygène moléculaire comme cosubstrat. Les autres protéines à cuivre ont des fonctions de transport ou de stockage. L’expression des cuproprotéines semble dépendante de la teneur intracellulaire en cuivre grâce à des facteurs de transcription à cuivre qui fonctionnent comme des senseurs.

ENZYMES

ATPase 7A ou protéine ATP7A ou protéine Menkes (MNK) et ATPase 7B ou protéine ATP7B ou protéine Wilson (WND)

Le gène de la maladie de Menkes a été isolé et séquencé en 1993 et code pour une Cu-ATPase de type P. C’est une protéine membranaire qui transporte spécifiquement le cuivre, nommée protéine ATP7A (ou protéine Menkes ou protéine MNK).

Elle possède six domaines de fixation du cuivre à son extrémité aminoterminale ; c’est le premier transporteur du cuivre découvert chez les eucaryotes. Des acides ribonucléiques (ARN) messagers ont été retrouvés dans tous les tissus mais à un taux très faible dans le foie. Cette protéine semble localisée au niveau du réseau transgolgien, mais on peut aussi la retrouver au niveau de la membrane plasmique, par le biais d’un trafic vésiculaire médié, entre autres, par l’élévation de la concentration intracellulaire en cuivre. Cela confirme l’hypothèse selon laquelle il s’agit d’une pompe 

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permettant l’efflux extracytoplasmique du cuivre qui serait impliquée dans l’incorporation de cuivre dans les cuproprotéines et dans l’excrétion de cuivre par les cellules.

Le gène de la maladie de Wilson a été isolé et séquencé en 1993 et code pour la protéine ATP7B (ou protéine Wilson ou protéine WND) qui est aussi une Cu-ATPase de type P de structure et de fonctions voisines de celles de l’ATP7A. Cette protéine possède 57 % d’homologie avec la protéine ATP7A  et transporte également le cuivre de façon spécifique. À l’inverse du gène ATP7A, le gène ATP7B est surtout fortement exprimé dans le foie et les reins.

Cette protéine permet l’incorporation du cuivre dans les cuproprotéines dont l’apocéruloplasmine en étant localisée au niveau du réticulum endoplasmique et/ou du compartiment transgolgien, mais aussi le relargage du cuivre dans la bile par le biais d’un trafic vésiculaire déclenché par l’élévation de la concentration en cuivre dans l’hépatocyte.

Les ATPases MNK (ATP7A) et WND (ATP7B) sont des protéines clé de la voie sécrétoire concernant le cuivre. Le cuivre leur est délivré par ATOX1 (protéine antioxydante 1, également appelée HAH1) qui est une petite protéine intracellulaire contenant un domaine de fixation du cuivre. Par ailleurs, cette protéine semble avoir un rôle important dans la défense antioxydante cellulaire.

Céruloplasmine (Cp)La Cp est une a2-globuline (glycoprotéine) colorée en bleu par le cuivre et retrouvée en abondance essentiellement au niveau plasmatique. Elle contient plus de 90 % du cuivre plasmatique chez les vertébrés. Elle est synthétisée et sécrétée au niveau hépatique sous forme d’une holoprotéine et le cuivre (six atomes) y est incorporé au cours de la biosynthèse. L’ATP7B intervient en transportant le cuivre dans l’appareil de Golgi de la cellule hépatique. La biodisponibilité du cuivre n’influence pas le taux de synthèse et de sécrétion d’apoCp, mais en absence de cuivre, cette apoprotéine n’aura pas d’activité oxydase et sera rapidement dégradée car elle est incapable de fixer du cuivre libre après sa synthèse. Longtemps considérée comme une forme de transport et de redistribution du cuivre, cette protéine est maintenant reconnue principalement comme une ferroxydase qui catalyse la mobilisation des stocks tissulaires de fer et l’oxydation du fer ferreux en fer ferrique, qui sera ensuite lié à la transferrine. Elle a de ce fait un rôle essentiel dans le métabolisme du fer et des propriétés antioxydantes en maintenant le fer sous sa forme la moins toxique.

La Cp plasmatique constitue néanmoins un marqueur dans certaines anomalies du métabolisme du cuivre. Une forme de Cp à ancrage membranaire est synthétisée par de nombreux types cellulaires, entre autres les fibroblastes et les astrocytes, et joue un rôle essentiel dans le métabolisme du fer au niveau du système nerveux central.

Superoxydes dismutases cuivre/zinc (SOD1 et SOD3)Ces enzymes sont destinées à éliminer l’anion superoxyde (O2

-), une ERO très réactive et toxique qui se forme au cours du métabolisme cellulaire, en produisant du peroxyde d’hydrogène (H2O2) également très dangereux pour la cellule mais détoxifié par les peroxydases.

La SOD1 est localisée dans le cytoplasme et les peroxysomes de toutes les cellules. Une forte activité est observée dans les cellules très actives sur le plan métabolique comme les hépatocytes ou les cellules rénales  ainsi que dans les érythrocytes. Cette enzyme est un dimère constitué de deux sous-

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unités identiques, l’une contenant un atome de zinc et l’autre un atome de cuivre. Le zinc a un rôle structural tandis que le cuivre se trouve dans le site actif.

 Le cuivre est inséré dans l’enzyme dans le cytosol après sa synthèse grâce à une protéine nommée chaperonne à cuivre de la superoxyde dismutase (CCS) qui contient un site spécifique du cuivre similaire à celui trouvé dans les protéines ATP7A et ATOX1. Cette enzyme est très importante dans le maintien de l’équilibre redox de la cellule, mais doit fonctionner en harmonie avec les peroxydases. Une altération de l’activité SOD1 a été décrite dans plusieurs maladies neurodégénératives où l’augmentation de O˙ 2 - serait responsable de la mort neuronale. Paradoxalement, une hyperactivité de la SOD1, par exemple dans la trisomie 21, entraînerait une augmentation de la production de H2O2, une autre ERO impliquée également dans les dégâts neuronaux.

La SOD3 correspond à la SOD extracellulaire. Elle existe sous trois isoformes différentes et peut être soit libérée dans l’environnement extracellulaire, soit fixée à la surface de la cellule. Elle est sécrétée par différents types de cellules dont les fibroblastes et les cellules gliales mais surtout par les cellules vasculaires du muscle lisse,  La SOD3 est retrouvée dans la matrice interstitielle de nombreux tissus. Son activité et ses caractéristiques sont similaires à celles de la SOD1, cependant cette enzyme étant extracellulaire il est probable que le cuivre y soit inséré au cours de la voie de sécrétion, donc par un mécanisme différent de celui impliqué pour la SOD1, mettant en jeu l’ATP7A.

Cytochrome c oxydase (COX)La COX est l’oxydase terminale ou complexe IV de la chaîne respiratoire mitochondriale et a un rôle important dans la conservation de l’énergie. Elle est active sous la forme d’un dimère, elle catalyse le transfert d’équivalents réducteurs du cytochrome c à l’oxygène moléculaire et participe à la translocation de protons.

Le maintien d’un potentiel énergétique suffisant est fondamental pour la cellule. Ce complexe multihétéromérique composé de 13 sous-unités est localisé dans la membrane interne de la mitochondrie et nécessite deux atomes de cuivre pour un assemblage et un fonctionnement corrects. Les polypeptides du site actif, dont ceux contenant le cuivre, sont codés par l’ADN mitochondrial. Deux atomes de cuivre CuA et CuB sont présents dans deux sites différents. Le mécanisme permettant l’incorporation du cuivre dans le complexe n’est pas connu mais semble dépendre de certains des facteurs d’assemblage de la COX découverts récemment, tels que COX17, SCO1, SCO2 et COX11. SCO1 et SCO2 sont impliqués dans le transfert du CuA, et COX11 probablement dans celui de CuB.

Un déficit en COX entraîne des syndromes variés tous liés à un déficit énergétique dans la cellule (myopathies, cardiopathies, encéphalopathies...)

Famille des lysyl oxydases (LOX)Le gène LOX a été le premier caractérisé dans cette famille. La LOX est une enzyme de sécrétion catalysant les pontages entre élastine et collagène. On la retrouve au niveau extracellulaire, liée à ses substrats. Un déficit en LOX affecte tous les organes contenant du tissu conjonctif (la peau, les os, les vaisseaux sanguins...), et peut aussi contribuer indirectement à une dégénérescence du système nerveux central à travers des modifications de l’élasticité des artères.

À côté de son rôle bien connu dans la structure de la matrice extracellulaire, plusieurs nouvelles fonctions biologiques ont été attribuées à la LOX, entre autres dans la régulation du développement, 

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la suppression de tumeurs, le contrôle de la croissance cellulaire, la motilité, l’adhésion et le vieillissement cellulaires. De plus, des possibilités de localisation intracellulaire et même intranucléaire ont été suggérées. En réalité, quatre autres gènes distincts ont été identifiés et classés dans la famille des gènesLOX : les gènes lysyl oxydase-like 1, 2, 3 et 4 (LOXL1, LOXL2, LOXL3, LOXL4). Ces gènes sont probablement impliqués dans les diverses fonctions imputées à la LOX. Tous les produits de ces gènes ont un fort degré d’homologie dans leur partie C-terminale qui contient un site de fixation du cuivre  et les résidus lysine et tyrosine formant le cofacteur lysyltyrosylquinone. Ces enzymes sont très sensibles à un déficit en cuivre qui est probablement incorporé au cours de la voie sécrétoire par le biais de la protéine ATP7A et l’ajout de cuivre après biosynthèse et sécrétion des enzymes ne restaure pas l’activité.

TyrosinaseLa tyrosinase est une enzyme à cuivre exprimée dans les mélanocytes. Elle catalyse plusieurs étapes de la biosynthèse de la mélanine, pigment impliqué dans les défenses de ces cellules et la protection cutanée contre les rayonnements solaires. Il a été montré que l’ATP7A est nécessaire à l’activation de cette enzyme.

Dopamine b-hydroxylase (DBH)La DBH est une enzyme clé de la biosynthèse des catécholamines, convertissant la dopamine en noradrénaline puis en adrénaline. Un déficit en activité DBH contribue à une dégénération du système nerveux central et à des symptômes tels qu’ataxie, hypotension, hypothermie et diarrhée. Cette enzyme à cuivre nécessite aussi l’ascorbate comme cofacteur. La DBH est localisée dans les vésicules de sécrétion des terminaisons nerveuses et dans la médullaire adrénalienne. La localisation vésiculaire de cette enzyme laisse supposer qu’elle suit la voie de sécrétion, le cuivre étant probablement introduit à ce niveau. Cependant, sa biosynthèse n’est pas cuivre-dépendante et une activité réduite de cette enzyme due à un taux abaissé de cuivre dans le cerveau peut être corrigée par l’apport de cuivre.

Peptidyl a-amidating mono-oxygénase (PAM)La PAM est impliquée dans la maturation de nombreux facteurs de croissance et d’hormones peptidiques du système nerveux impliqués dans la régulation hypothalamopituitaire et dans les fonctions intestinales. Un dysfonctionnement de cette enzyme est susceptible de conduire à de nombreuses perturbations neurologiques. Par exemple, un déficit en une hormone peptidique, la vasopressine, peut entraîner une hypotension. La PAM est structuralement similaire à la DBH et nécessite aussi du cuivre et de l’ascorbate comme cofacteurs. La PAM est ubiquitaire et existe sous forme extracellulaire et membranaire. Le cuivre est probablement ajouté lors de la voie de sécrétion, il peut être facilement éliminé et réintroduit dans la protéine.

Amine oxydase à cuivre (AOC)L’AOC correspond à un groupe hétérogène d’amines oxydases tissuspécifiques impliquées dans la cicatrisation, la régulation de la croissance et de la différenciation et probablement l’apoptose [64]. Ces enzymes, retrouvées dans de nombreux tissus, sont soit sécrétées, soit ancrées dans la membrane cytoplasmique. Leurs substrats préférentiels sont les diamines et les polyamines. Dans le cerveau, l’AOC intervient dans la désamination de la putrescine et la formation du neurotransmetteur GABA (acide c-aminobutyrique). Un déficit en AOC peut donc contribuer à une 

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neurodégénérescence. L’AOC possède un cofacteur quinonique formé par la transformation, catalysée par le cuivre, d’un acide aminé dans la protéine. Comme pour la LOX, cela se produit probablement au cours de la voie de sécrétion. En revanche, l’activité enzymatique peut, dans ce cas-là, être restaurée par addition de cuivre après synthèse et sécrétion de l’enzyme [86].

AUTRES PROTÉINES

AlbumineL’albumine est une protéine sérique soluble, qui contient un site spécifique de fixation du CuII du côté aminoterminal. Ce site est retrouvé aussi dans l’alphafoetoprotéine. Elle est synthétisée dans le foie et quantitativement, c’est la protéine la plus abondante du sérum : elle représente la moitié des protéines totales. L’albumine a essentiellement un rôle de vecteur pour les métaux, les stéroïdes, les acides gras, les hormones thyroïdiennes, la bilirubine et de nombreux médicaments. Elle intervient aussi dans la stabilisation du volume sanguin et de la pression osmotique. Elle est probablement le transporteur principal du cuivre dans le sang (5 %) ; cependant, l’analbuminémie n’a aucune répercussion sur le métabolisme du cuivre car les acides aminés circulants et surtout l’histidine sont probablement capables d’assurer seuls son transport et sa délivrance aux tissus et de prévenir une éventuelle toxicité.

Transporteur membranaire CTR1Le CTR1 est un homomultimère localisé dans la membrane cytoplasmique des cellules de mammifères dont le gène a été identifié et caractérisé Le CTR1 a un rôle crucial dans l’acquisition de cuivre (CuI) par les cellules au niveau du développement embryonnaire et au niveau de l’homéostasie du cuivre au stade mature. Il a été démontré très récemment que le CTR1 humain a une forte affinité et une forte spécificité pour le cuivre. Le transport se fait sans apport d’énergie et est stimulé par un pH extracellulaire acide et une forte concentration en ions K+. Les ARNm de CTR1 chez les mammifères semblent retrouvés dans tous les tissus avec un fort taux dans le foie et les reins et un faible taux dans le cerveau et la rate [97, 183]. La prise en charge du cuivre au niveau intracellulaire, après le transport membranaire par CTR1, n’a pas été élucidée pour l’instant.

Métallothionéines (MT)Les MT sont de petites protéines (6-7 kDa) intracellulaires riches en cystéine et très pauvres en acides aminés aromatiques. Il s’agit d’une famille de protéines dans laquelle on distingue MT-I et MT-II qui sont ubiquitaires, MT-III trouvée dans le cerveau, MT-IV dans la peau. Ces protéines ont un rôle essentiel dans le stockage et/ou la détoxification des métaux et en particulier dans le métabolisme du zinc et du cuivre ainsi que dans la protection cellulaire vis-à-vis d’un stress oxydant. Dans de nombreux types cellulaires, dont les fibroblastes, ces protéines sont présentes à des taux extrêmement faibles mais peuvent être induites par différents stimuli, principalement les métaux lourds et le stress oxydant, apparemment par des mécanismes moléculaires différents.

L’affinité des MT est très nettement supérieure pour le cuivre par rapport au zinc ; le zinc est, en revanche, un bon inducteur, ce qui n’est pas le cas pour le cuivre.

Protéine du prion - Forme normale (PrPc)La PrPc correspond à une glycoprotéine membranaire de surface exprimée surtout par les neurones. Bien que les rôles physiologiques de cette protéine demeurent mal connus, il a été montré qu’elle est capable de fixer du cuivre  et probablement du zinc. La PrPc aurait un rôle dans le métabolisme 

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normal du cuivre au niveau du cerveau. Le cuivre se lie à des résidus histidine au niveau d’une séquence octamérique répétée quatre fois présente du côté N-terminal de la protéine. La PrPc est considérée comme un chélateur du cuivre et bien que la constante d’affinité semble faible, elle pourrait avoir un rôle dans la prévention de la toxicité du cuivre et dans sa redistribution (incorporation par la cellule ou redistribution dans l’environnement cellulaire). Dans des homogénats de cerveau, les concentrations les plus élevées en PrPc sont trouvées dans les fractions synaptosomales où la protéine est supposée jouer un rôle de tampon par rapport au cuivre et pourrait intervenir dans la recaptation présynaptique du cuivre. De plus, la présence de cuivre pourrait être nécessaire à la protéine pour assurer certaines fonctions, par exemple une activité SOD-like à la surface de la cellule [14]. Il est possible que la PrPc remplace la SOD3 extracellulaire (libre ou fixée à la membrane) très peu exprimée au niveau du cerveau. Enfin, le cuivre pourrait avoir un rôle structural et permettre des interactions entre la partie N-terminale de la PrPc et d’autres protéines.

Précurseur de la protéine amyloïde (PPA)Le PPA est une protéine de surface exprimée par un grand nombre de cellules et dont la fonction physiologique normale est inconnue. L’épissage alternatif des transcrits du gène conduit à environ dix isoformes. Des mutations du PPA sont impliquées dans la maladie d’Alzheimer. 

Le PPA possède un domaine de fixation du cuivre  et pourrait avoir un rôle dans son transport au niveau de différents compartiments cellulaires. Il a été montré que le PPA réduit CuII en CuI, ce dernier pouvant être ensuite responsable de la formation du radical hydroxyle, l’une des espèces réactives de l’oxygène les plus nocives qui pourrait contribuer à la neurodégénération observée dans la maladie d’Alzheimer.

Pathologies liées au cuivre D’origine génétique

SYNDROME DE MENKESLa maladie ou syndrome de Menkes est une anomalie du métabolisme du cuivre, létale héréditaire et récessive liée à l’X. Le syndrome de Menkes est dû à une mutation du gène ATP7A et codant pour la protéine Menkes ou protéine ATP7A. Le syndrome de Menkes est plus connu sous le nom de « maladie des cheveux crépus » (kinky hair disease) du fait de l’aspect caractéristique des cheveux des enfants affectés. Seuls les garçons sont atteints. Les femmes conductrices (hétérozygotes) sont souvent phénotypiquement normales. De rares cas de filles malades ont été décrits et peuvent s’expliquer par le phénomène d’inactivation aléatoire du chromosome X ou lyonisation. Une neurodégénération progressive et des altérations du tissu conjonctif sont les principales caractéristiques. La plupart des symptômes s’expliquent par un dysfonctionnement d’une ou plusieurs enzymes à cuivre. Les syndromes anciennement nommés « syndrome de la corne occipitale » ou « cutis-laxa lié à l’X » ou « syndrome d’Ehlers-Danlos de type IX » caractérisés principalement par des anomalies du tissu conjonctif, sont maintenant bien reconnus comme une variante allélique plus bénigne de la maladie.

Il s’agit d’une maladie rare mais un certain nombre de cas sont susceptibles de ne pas être diagnostiqués en raison de la méconnaissance de ce syndrome, qui montre une certaine variabilité phénotypique, et de l’espérance de vie très réduite des enfants atteints.

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Le tableau clinique se caractérise par une encéphalopathie convulsivante qui est constante et débute vers l’âge de 3 mois, associée à un retard physique et mental sévère, une hypothermie, des altérations cutanées, vasculaires et osseuses, des cheveux très particuliers (vrillés et cassants avec pili torti et trichorrhexis nodosa, peu pigmentés), une paleur générale et une évolution rapidement mortelle avant l’âge de 6 ans pour les formes sévères. Il existe une importante anomalie de répartition du cuivre dans l’organisme : si certains tissus sont déficitaires en cuivre (foie et cerveau), en revanche la majorité en est surchargée.

Le diagnostic biochimique différentiel du syndrome de Menkes est basé sur l’effondrement du taux plasmatique de céruloplasmine et de cuivre et l’accumulation intracellulaire de cuivre par les cellules en culture (fibroblastes ou amniocytes) qui correspond à une perturbation de l’efflux.

En l’absence de traitement réellement efficace, on conçoit l’importance du conseil génétique pour cette pathologie. Le diagnostic anténatal sur villosités choriales ou cellules amniotiques est actuellement le seul moyen d’intervention.

Il existe un très grand nombre de mutations différentes du gène ATP7A et chaque famille semble avoir sa propre mutation ; toutefois, il est actuellement possible d’envisager le dépistage par biologie moléculaire des femmes conductrices susceptibles de transmettre un allèle pathologique du gène à leurs enfants et le dépistage prénatal des fœtus atteints dans les familles dont la mutation a été identifiée à partir du cas index .

MALADIE DE WILSONLa maladie de Wilson est une anomalie autosomale récessive du métabolisme du cuivre. Elle correspond à un trouble den l’excrétion du cuivre dû à une mutation du gène ATP7B codant pour la protéine Wilson ou protéine ATP7B. Ce gène s’exprime essentiellement dans les cellules hépatiques. Dans ces conditions, le cuivre s’accumule dans les cellules et a un effet toxique. Les organes touchés sont le foie et le cerveau. Les manifestations cliniques sont de trois types ; des formes intermédiaires existent mais globalement, chaque type de tableau clinique prédomine dans un tiers des cas :

– forme hépatique : des manifestations hépatiques surviennent à l’adolescence ; elles peuvent correspondre à une hépatite, une cirrhose chronique ou une insuffisance hépatique. L’évolution est souvent assez lente mais dans certaines formes extrêmement sévères, une hépatite fulminante peut se développer ; il existe également des cas d’évolution de la cirrhose en cancer hépatique;

– forme neurologique : avec des troubles des mouvements qui proviennent de l’atteinte de la région cérébrale contrôlant les mouvements coordonnés. On note des troubles pyramidaux (avec signe de Babinski uni- ou bilatéral) et extrapyramidaux et des signes cérébelleux. Un des symptômes les plus précoces est un trouble de la parole. On note aussi une hypertonie ou une dystonie, des tremblements et des mouvements anormaux ;

– forme psychiatrique : elle se manifeste par des troubles du comportement avec perte du contrôle émotionnel, difficultés de concentration, dépression et insomnies.

Le diagnostic n’est pas toujours très facile, selon les symptômes qui prédominent. Dans le cas où les troubles neurologiques sont tangibles, la maladie de Wilson fait en général partie des pathologies 

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prises en compte pour un diagnostic différentiel. Plusieurs paramètres biologiques sont significativement modifiés au niveau :

– urinaire : la cupriurie est augmentée systématiquement ;

– sanguin : la cuprémie et la céruloplasminémie sont basses dans 90 % des cas ;

– intestinal : l’élimination fécale du cuivre est diminuée ;

– tissulaire : surcharge en cuivre au niveau hépatique, cérébral et parfois rénal.

Enfin, chez les patients présentant des signes neurologiques et psychiatriques, l’examen des yeux permet généralement de mettre en évidence un dépôt verdâtre de cuivre dans la cornée, connu sous le nom d’anneau de Kayser-Fleischer. En revanche, ce signe est absent dans environ 50 % des cas de forme hépatique.

Il existe un très grand nombre de mutations au niveau du gène ATP7B, rendant difficile la mise au point d’un test de génétique moléculaire simple pour le dépistage. Cependant, la fréquence de certaines mutations dans certains types de populations (observée en Europe et au Japon) permet quand même d’envisager dans certains cas un test moléculaire.

Le traitement initial le plus efficace est l’administration d’un chélateur du cuivre, associé à un régime alimentaire pauvre en cuivre. Le premier chélateur utilisé a été la pénicillamine qui a montré une toxicité gênante; actuellement, la trientine et le tétrathiomolybdate sont les plus employés. Par ailleurs, le zinc est très utilisé pour le traitement de maintenance. Il agit en induisant les MT dans les cellules intestinales, celles-ci ayant une affinité très importante pour le cuivre vont le piéger jusqu’à leur élimination naturelle au cours du turnover des cellules épithéliales intestinales. Enfin, dans les cas graves d’hépatite fulminante, le seul traitement est la transplantation hépatique.

DÉFICITS EN COX (CARDIOENCÉPHALOMYOPATHIE INFANTILE)Au minimum dix gènes nucléaires et trois gènes mitochondriaux sont directement impliqués dans la biogenèse du complexe COX. 

De plus, les gènes d’un certain nombre de protéines, nommées facteurs d’assemblage de la COX, peuvent aussi être des candidats pour certains types de déficit en COX. Il existe donc une très grande hétérogénéité dans l’origine génétique et dans le tableau clinique et biochimique accompagnant les déficits en COX bien que pour l’instant, aucune mutation n’ait été identifiée au niveau des dix gènes structuraux nucléaires. Ces déficits sont impliqués dans de nombreuses myopathies et maladies neurodégénératives.

L’activité de la chaîne respiratoire mitochondriale est altérée au moins au niveau musculaire et cérébral. Certaines anomalies touchent plus particulièrement les facteurs d’assemblage impliqués dans la délivrance du cuivre à la COX. Ainsi, des mutations de SCO1 sont responsables de déficits en COX entraînant des problèmes hépatiques et une encéphalopathie ; des mutations de SCO2 ont été identifiées dans d’autres cas de déficit en COX  provoquant des cardio-encéphalo-myopathies infantiles. Le gène SCO2 semble plus fréquemment impliqué, tandis que des mutations de SCO1 et COX17 sont considérées comme des causes rares de déficit en COX 

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DYSTONIE IDIOPATHIQUE PRIMAIRE DE L’ADULTE (DYSTONIE CERVICALE)La dystonie est un syndrome caractérisé par des contractions musculaires involontaires causant des contorsions et des mouvements répétitifs. La forme la plus fréquente est le torticolis spasmodique. Sur le plan génétique, les dystonies sont le plus souvent transmises suivant un mode mendélien. Elles ont été assignées à différents loci suivant la forme. Il est intéressant de noter que pour une forme récessive liée à l’X, le locus semble être en Xq13.1 donc très proche du Menkes.

La pathogenèse de la dystonie idiopathique primaire de l’adulte demeure inconnue à ce jour. Les études neuropathologiques réalisées n’ont pas mis en évidence d’anomalies structurales constantes. Il a été suggéré que des anomalies fonctionnelles ou métaboliques des neurones du ganglion basal pourraient être à l’origine des mouvements dystoniques. Une perturbation du métabolisme du cuivre a été récemment mise en évidence. Une augmentation de la teneur en cuivre et en manganèse ainsi qu’une diminution du taux de protéine MNK et une augmentation des protéines WND et Cp ont été observées dans les noyaux lenticulaires du cerveau de trois patients. De plus, le taux d’ARNm de la protéine MNK et la teneur en cuivre sont diminués dans les leucocytes des patients qui présentent aussi des taux sériques significativement abaissés de Cp et de cuivre. Toutes ces observations sont en faveur de l’implication d’anomalies du métabolisme du cuivre dans cette pathologie. Le plus probable semble être la déficience d’une protéine chaperonne ou d’une protéine régulant le taux de protéine MNK, mais cela reste à démontrer.

Intoxications et carences d’origine nutritionnelle

INTOXICATIONSL’incidence des intoxications par le cuivre sur la population générale est très faible et les études dans ce domaine sont souvent relativement anciennes.

Une intoxication aiguë par le cuivre est rare mais peut survenir en cas d’absorption très importante (dose supérieure à 15 mg) accidentelle ou volontaire (des cas de suicide au sulfate de cuivre ont été signalés, notamment en Inde). Cela conduit à des crises de vomissements spontanées et d’autres symptômes tels que : goût métallique, ulcération de la muqueuse intestinale, nécrose hépatique, ictère, hémoglobinurie, hématurie, oligurie, diarrhée. L’intoxication chronique résultant d’une absorption excessive de cuivre est généralement attribuée à l’utilisation d’ustensiles de cuisine en cuivre ou à une eau contaminée. Elle se caractérise par une accumulation graduelle hépatique avec essentiellement des manifestations hépatotoxiques, néphrotoxiques et une hémoglobinurie dues à des lésions oxydatives endommageant les membranes et les macromolécules cellulaires et peut évoluer vers la mort. Deux exemples de ces intoxications chroniques touchant les jeunes enfants ont été bien décrits : la cirrhose infantile indienne  et la toxicose cuprique idiopathique dont de nombreux cas ont été répertoriés en Autriche (Tyrol). Les nouveau-nés et les jeunes enfants sont les plus sensibles à une intoxication par le cuivre en raison d’un taux d’absorption supérieur et de l’immaturité des mécanismes d’excrétion biliaire. Toutefois, s’il est indéniable que ces deux pathologies sont dues à un apport nutritionnel excessif en cuivre, l’implication d’autres facteurs étiologiques et en particulier une prédisposition génétique (anomalie autosomale récessive) est très probable bien que non démontrée pour l’instant. Le gène candidat pourrait être un gène de régulation du métabolisme du cuivre ou un gène du métabolisme des acides biliaires. Il est finalement très incertain qu’il existe vraiment des cas d’intoxication chronique au cuivre d’origine 

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exclusivement nutritionnelle, car l’organisme possède normalement des systèmes efficaces de régulation de l’absorption et de l’excrétion du cuivre en excès.

Il semble cependant qu’un excès de cuivre puisse entraîner une augmentation du risque de mortalité par cancer et maladies cardiovasculaires.

CARENCESLes carences profondes sont assez rares chez l’homme ; elles ont été décrites par plusieurs auteurs.

Les carences en cuivre les plus fréquentes et les plus graves sont celles survenant chez les prématurés, en particulier ceux qui ont un poids très faible à la naissance. En effet, durant les premiers mois de la vie, la balance cuprique est négative car les besoins sont importants et l’alimentation lactée (surtout le lait de vache et les laits enrichis du commerce) est pauvre en cuivre, qui de plus y est peu absorbable. Le nouveau-né est donc dépendant de ses réserves hépatiques. Or, le foie d’un prématuré est plus petit que celui d’un enfant mature et contient, à poids égal, moins de cuivre car celui-ci y est surtout stocké durant les derniers mois de la gestation.

Sur un plan plus général, des carences en cuivre peuvent survenir chez des individus dont l’alimentation contient des quantités élevées de zinc et de fer qui vont diminuer l’absorption gastro-intestinale du cuivre. Les sujets présentant un syndrome de malabsorption (maladie coeliaque, mucoviscidose...)  et les patients sous nutrition parentérale totale sont aussi susceptibles d’être carencés en cuivre. 

Les manifestations cliniques d’une carence en cuivre sont peu spécifiques ; il s’agit principalement d’anémie, neutropénie et anomalies des os avec tendance aux fractures ; ces dernières étant surtout observées dans les carences du jeune enfant. Le déficit en cuivre entraîne aussi une hypercholestérolémie et une diminution de l’immunité cellulaire. Un risque athérogène (augmentation du rapport low density lipoprotein [LDL]/high density lipoprotein [HDL]), une diminution de la tolérance au glucose et un électrocardiogramme présentant des irrégularités ont également été décrits, toutes ces manifestations constituant des facteurs de risque pour les maladies cardiovasculaires.

Conduite à tenir devant des anomalies du bilan biologique du métabolisme du cuivre chez l’adulteLe bilan du cuivre doit comprendre un dosage sanguin de cuivre, une ceruloplasminemie, et un dosage urinaire du cuivre sur 24 heures. Le cuivre sanguin et l’acéruloplasminémie évoluent le plus souvent dans le même sens puisqu’ils circulent sous forme liée dans le sang. L’interprétation de ce bilan doit tenir compte du contexte clinique.

La première étape consiste à éliminer une cause d’augmentation du taux de ceruloplasminemie (grossesse, prise d’œstrogène, syndrome inflammatoire, hepatopathie) ou d’une hypoceruloplasminemie (syndrome néphrotique, malnutrition).

Trois situations sont possibles :

Diminution de la ceruloplasminemie et de la cuprémie, et augmentation du cuivre urinaire: le diagnostic de maladie de Wilson est probable. La cupriurie des 24 heures est le plus souvent très 

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élevée. Le bilan sera complet par la recherche d’un anneau de Kayser Fleischer, un bilan hépatique, une IRM cérébrale et une analyse génétique,

une diminution modérée de la ceruloplasminemie et de la cuprémie est parfois observée lors d’un portage hétérozygote d’une mutation pathogène. Ces portages hétérozygotes n’entrainent pas la maladie de Wilson et ne nécessitent pas de traitement ;

augmentation de la ceruloplasminemie, du cuivre sanguin et du cuivre urinaire. De rares cas d’intoxication chronique ou aigue sont rapportes. Il faut en particulier rechercher une intoxication par le cuivre contenu dans la vaisselle, les canalisations et les moyens de conditionnements des aliments ;

diminution du cuivre sanguin et de la ceruloplasminemie et faible concentration du cuivre urinaire. Il faut évoquer : une carence en cuivre acquise. La diminution de la cuprémie et de la ceruloplasminemie est le plus souvent modérée avec un cuivre urinaire faible. Il faut compléter le bilan par un interrogatoire recherchant un mode d’alimentation particulier, une prise médicamenteuse, un antécédent de chirurgie digestive.

Le bilan biologique doit comprendre un dosage de la zincemie, zincurie et la recherche d’une malabsorption (électrophorèse des protéines, profil protéique, dosages sanguins de folates, vitamine B12, vitamines A, D, E et K). En cas de symptômes neurologiques, une IRM médullaire permet parfois de visualiser un hypersignal médullaire postérieur cervical ou dorsal en séquence T2,

 l’acéruloplasminémie :

Le taux de ceruloplasminemie est effondre. La ferritinemie est augmentée. Une diminution modérée de la ceruloplasminemie peut également faire discuter un portage hétérozygote d’une mutation de l’acéruloplasminémie, en fonction du contexte clinique. Il faut rechercher un diabète et une rétinopathie. S’il existe des signes neurologiques, une IRM cérébrale avec séquence T2* doit être réalisée pour rechercher les dépôts de cuivre dans les noyaux gris centraux,  une maladie de Menkès. La forme classique de maladie de Menkès concerne l’enfant. 

L’espérance de vie dépasse rarement trois ans en l’absence de traitement efficace. Le syndrome des cornes occipitales ou syndrome d’Ehler Danlos de type IX :

Il faut rechercher par des radiographies standard des calcifications occipitales, des anomalies du tissu conjonctif. En cas d’arguments en faveur de cette hypothèse, l’analyse moléculaire permettra de confirmer le diagnostic,

 la maladie de Wilson ne peut être éliminée formellement car dans de rares formes hépatiques le dosage du cuivre urinaire peut être normal. C’est dans ces cas qu’il peut être intéressant de réaliser un test de provocation à la D-penicillamine et une biopsie hépatique. La biologie moléculaire peut apporter une certitude diagnostique si les mutations pathogènes sont mises en évidence.

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Exploration du bilan cuprique :

Dosage de la ceruloplasmine

A. Test immunoturbidimétriquePrincipe : La céruloplasmine humaine forme un précipité en présence d’un antisérum spécifique ; ce précipité peut être dosé par turbidimétrie à 340 nm

Réactifs - composition et concentrationsR1 Accélérateur Polyéthylèneglycol (PEG) 50 g/l dans un tampon phosphate stabilisé par de l’azide de sodium (0,09%), flacon A (liquide)

R2 = SR Antisérum T (de lapin) anti-céruléoplasmine spécifique de la céruléoplasmine humaine > 0,42 g/l, dans un tampon phosphate stabilisé par de l’azide de sodium (0,09%)

Prélèvement et préparation des échantillonsPour le prélèvement et la préparation des échantillons, utiliser uniquement des tubes ou récipients de recueil appropriés. Seuls les échantillons suivants ont été testés et peuvent être utilisés.

Sérum : séparer immédiatement le sérum du caillot et l’analyser rapidement. Plasma : recueilli sur héparinate de lithium.

Les différents types d’échantillons indiqués ci-dessus ont été testés à l’aide d’une sélection de tubes de prélèvement disponibles dans le commerce au moment du test : les tubes de prélèvement des différents fabricants n’ont pas tous été testés. Les systèmes de prélèvement du sang de divers fabricants peuvent contenir différents matériaux pouvant, dans certains cas, influencer le résultat du test. En cas d’utilisation de tubes primaires (systèmes de prélèvement du sang), suivre les instructions données par le fabricant.

Les échantillons et les contrôles sont automatiquement pré dilués au 1/21 à  l’aide de solution de Nacl.

Limites d’utilisation - interférencesCritère d’acceptabilité : recouvrement ± 10% par rapport à la valeur initiale.

Sérum, plasma

Hémolyse: Pas d’interférence significative.

Ictère : Pas d’interférence significative.

Lipémie : Pas d’interférence significative. 

Facteurs rhumatoïdes: Pas d’interférence significative par le facteur rhumatoïde jusqu’à 400 UI/ml.

Autres: Dans de très rares cas, la gammapathie, en particulier de type IgM (macroglobulinémie de Waldenström), peut conduire à des résultats erronés.

Pour le diagnostic, les résultats doivent toujours être confrontés aux données de l’anamnèse du patient, au tableau clinique et aux résultats d’autres examens.

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B. Méthode manuelle

Réactifs à préparer pour le dosage de la ceruloplasmine

A / Tampan acétate: 402 mM Qsp 1000 ml.

1. Acide acétique glacial : 1.34 ml 2. Acétate de Na, 3 H2O : 22.44 g 3. Acétate de Na anhydre : 15,94 g 

B / Substrat : Paraphénylènediamine : 

• Pur : 14.4 mg pour 10 ml tampon acétate • di-HCl : 8.4 mg pour 10 ml tampon acétate Tampon acétate : 10 ml 

C / Azide de Na : 406 mM 3g d’Azide de Na……………………Qsp 100 ml 

Conserver à +4°C

                                                                     Dosage  Blanc Substrat  1 ml  1 ml 

Azide de Na  /  200 μl Sérum  20 μl  20 μl 

Mélanger et incuber 15 minutes à 37°C Azide de Na  200 μl  / 

Mélanger et laisser reposer 15 minutes à température ambiante. Lecture à λ = 546 nm contre l’eau distillée. [ Céruléoplasmine ] = ( EDosage – EBlanc ) Х 237 mg / 100 ml NB : Pour les valeurs usuelles : Se référer aux valeurs fournies avec le lot du réactif utilisé.

Dosage du cuivre

A. Méthode manuelle Principe : 

Sang, Urines, Contrôles

Blanc Standard

HCl 0.5 ml 0.25 ml 0.25 ml Echantillon 1 ml 0.5 ml 0.5 ml Mélanger et laisser reposer 20 minutes à 25°C CCl3COOH 0.5 ml 0.25 ml Mélanger et centrifuger pendant 10 minutes Surnageant 1 ml

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Chromogène 0.5 ml 0.5 ml

Lecture à λ = 436 nm.

[Cu ]=DO (échantillon )DO (étalon )

X2mg / l

Valeurs usuelles :Femmes g/l Hommes g/l

Cuprémie mg /l 0.60 – 1.52 0.70 – 1.40 Cuprurie mg/l 0.00 – 1.46 0.00 – 1.46

Technique recommandée pour le dosage du cuivre (technique de référence) Le dosage du cuivre s’effectue par une technique de spectrophotométrie d’absorption atomique utilisant une flamme à la longueur d’onde de 324,8 nm (technique de référence). Il peut être réalisé aussi par spectrométrie d’émission en plasma induit ou par spectrométrie d’émission en plasma induit couplée à la spectrométrie de masse.Les valeurs urinaires usuelles sont inférieures à 100 μ/j.

Dosage du cuivre par spectrométrie d’absorption atomique

1. PrincipeL'absorption des radiations électromagnétiques des régions visibles et UV du spectre par les atomes libres résulte d'un changement dans la structure électronique. On l'observe lorsque la radiation caractéristique (de résonance en général) d'un élément passe dans un nuage de vapeur atomique de l'échantillon. L'échantillon est vaporisé par aspiration de la solution dans une flamme ou par évaporation d'une surface chauffée électriquement.

2. La loi d'absorption en absorption atomiqueL'intensité de l'absorption dépend directement du nombre de particules absorbant la lumière selon la loi de Beer Lambert selon laquelle l'absorbance est proportionnelle au coefficient d'absorption spécifique a, au trajet optique b et à la concentration c.

A = abc

Où A = log Io/I. I = intensité après absorption par les atomesIo = intensité initiale de la source lumineuse.

Cependant en pratique, cette relation n'est pas toujours vérifiée. On n'obtient pas toujours une droite d'étalonnage. C'est le cas si la concentration devient trop élevée. La gamme de dosage est le 

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domaine dans lequel la droite d'étalonnage est pratiquement une droite. Il est limité pour les faibles concentrations par la limite de détection et pour les fortes concentrations par l'erreur sur la fidélité : à une très forte variation de la concentration correspond une faible variation de l'absorbance.        

 La gamme de dosage est généralement donnée par le constructeur. Elle dépend de la raie de dosage utilisée.

3. PerturbationsUn certain nombre de phénomènes peuvent entacher d'erreurs les résultats obtenus. On leur a donné le nom général de perturbations (ou interférences ou interactions).On peut les classer en perturbations spectrales, physiques, chimiques, d'absorption non spécifique :

les perturbations spectrales : une raie d'absorption d'un composant de la matrice coïncide avec la raie d'émission de résonance de la source.

les perturbations physiques : il s'agit essentiellement des phénomènes de viscosité et de tension superficielle. Une faible viscosité et une faible tension superficielle conduiront pour une même concentration à des valeurs de l'absorbance plus élevées.

les perturbations chimiques : les atomes présents dans la flamme n'absorbent que s'ils sont à l'état fondamental. S'ils sont excités ou ionisés ils n'absorberont pas. Par ailleurs s'ils forment avec les atomes et radicaux présents dans la flamme des oxydes, hydroxydes, des hydrures, ils ne contribueront pas à l'absorption.

les perturbations d'absorption non spécifiques : elles sont dues à la présence dans la flamme de molécules qui absorbent l'énergie de la lampe à cathode creuse. Cette absorption moléculaire s'ajoute à l'absorption atomique et donne une réponse par excès

4. AppareillageLe dispositif expérimental utilisé en absorption atomique se compose d'une source, la lampe à cathode creuse  , d'un brûleur et un nébuliseur  , d'un monochromateur  et d'un détecteur relié à un amplificateur et un dispositif d'acquisition.

La lampe à cathode creuseLa lampe à cathode creuse est constituée par une enveloppe de verre scellée et pourvue d'une fenêtre en verre ou en quartz contenant une cathode creuse cylindrique et une anode. La cathode est constituée de l'élément que l'on veut doser. Un vide poussé est réalisé à l'intérieur de l'ampoule qui est ensuite remplie d'un gaz rare (argon ou néon) sous une pression de quelques mm de Hg.Lorsqu'on applique une différence de potentiel de quelques centaines de volts entre les deux électrodes, une décharge s'établit. Le gaz rare est alors ionisé et ces ions bombardent alors la cathode, arrachant des atomes à celle ci. Ces atomes sont donc libres et sont excités par chocs : il y a émission atomique de l'élément constituant la cathode creuse.La particularité du rayonnement ainsi émis est qu'il est constitué de raies très intenses et très fines.

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Le nébuliseurL'échantillon à analyser est en solution. Celle-ci est aspirée au moyen d'un capillaire par le nébuliseur. A l'orifice du nébuliseur, du fait de l'éjection d'un gaz à grande vitesse, il se crée une dépression (effet Venturi). La solution d'analyse est alors aspirée dans le capillaire et à la sortie, elle est pulvérisée en un aérosol constitué de fines gouttelettes. Cet aérosol pénètre alors dans la chambre de nébulisation dont le rôle est de faire éclater les gouttelettes et d'éliminer les plus grosses. Ce brouillard homogène pénètre alors dans le brûleur.

La flamme - atomisationL'aérosol pénètre dans le brûleur puis dans la flamme. Au bout d'un certain parcours au seuil de la flamme, le solvant de la gouttelette est éliminé, il reste les sels ou particules solides qui sont alors fondus, vaporisés puis atomisés.La flamme air acétylène est la plus répandue et permet de réaliser le dosage de nombreux éléments. Sa température est de 2500°C environ.La flamme N2O/acétylène (protoxyde d'azote) est utilisée pour certains éléments qui forment des oxydes réfractaires particulièrement solides et ne sont pas atomisés par la flamme air/acétylène.A la place d'une flamme, on peut également utiliser un four cylindrique en graphite pour atomiser l'échantillon.

Paramètres biologiques d’évaluation de l’homéostasie du cuivreLes principaux moyens d’évaluation de l’homéostasie du cuivre chez un individu sont :

– le dosage du cuivre plasmatique : la valeur normale moyenne de la cuprémie est de 1 200 ± 300 mg/L (18,7 ± 4,6 mmol/L) ;

– le dosage de la céruloplasmine : ses valeurs normales moyennes sont de 270 à 630 mg/L (1,7 à 3,9 mmol/L).

Les valeurs normales de ces deux paramètres peuvent varier suivant les auteurs et la méthode de dosage.

Certaines hormones ont un effet hypercuprémiant : les catécholamines, les oestrogènes, les androgènes, les hormones thyroïdiennes. Une hypercuprémie peut être associée à des troubles hormonaux, hépatiques, inflammatoires ou hématologiques. 

Une hypocuprémie peut être associée à une hypothyroïdie, une collagénose, une anémie ferriprive, une brûlure grave ou une néphrose.

ConclusionLes connaissances sur le métabolisme du cuivre ont fait des progrès énormes ces dernières années, aussi bien dans les aspects mécanistiques détaillés au niveau de la cellule et dans ses nombreux rôles au niveau d l’organisme que dans les pathologies où il est impliqué. Toutefois, ces nouvelles connaissances ont en même temps soulevé d’autres questions et il est probable que dans les années à venir, les recherches vont surtout se focaliser sur les implications du cuivre dans la pathogenèse des maladies neurodégénératives qui est encore un domaine mal connu.

 

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