Rétinoïdes et hernie diaphragmatique

Cours DES pédiatrie 2009Cours DES pédiatrie 2009

Dr Karen Coste

Rétinoïdes et hernie diaphragmatique

De la science à la médecineDe la science à la médecine

Contexte scientifique:ce que l’on sait…

A) les rétinoïdes

� Les rétinoïdes sont des molécules dérivées de la vitamine A qui est essentielle pour la croissance, le développement et la maturation.

� La vitamine A est issue de deux précurseurs : les caroténoïdes chez les végétaux et les � La vitamine A est issue de deux précurseurs : les caroténoïdes chez les végétaux et les esters de rétinol (rétinyl esters) dans la viande animale.

� Après ingestion, ils sont absorbés par les entérocytes, transportés au niveau hépatique via les chylomicrons.

� Ils sont ensuite transformés en rétinol et soit utilisés soit stockés sous forme de rétinyl esters grâce à des enzymes de stockage (LRAT, DGAT).

� Le rétinol est transporté aux cellules cibles via une protéine porteuse= la RBP qui s’associe à la transthyrétine.

� Ce complexe va pénétrer dans la cellule cible grâce à un récepteur membranaire= STRA6

� Dans la cellule le rétinol peut être soit:

- stocké sous forme de rétinyl-esters via la lécitin retinol acyltransferase (LRAT)

- transformé en rétinal puis en acide rétinoïque qui est la forme active de la vitamine A, via des rétinal deshydrogénases (RALDHs). vitamine A, via des rétinal deshydrogénases (RALDHs).

� L’acide rétinoïque va ensuite migrer vers le noyau et se lier à des récepteurs nucléaires spécifiques RAR, RXR qui vont s’hétérodimériser et se lier à des éléments de réponse spécifiques (RARE) modulant ainsi la transcription de gènes cibles.

- l’acide rétinoïque est ensuite dégradé par l’action de la CYP26 qui appartient à la famille des cytochromes P450.

Voie des rétinoïdesRétinyl ester = STOCKAGE

LRATDGAT

Deshydrogénases Microsomales =RODH4DHRS

Béta-carotène

BCDO

NoyauMembrane nucléaire

RARE

CES2

RetinalRetinal

9 cis rétinoic acid

Contexte scientifique: ce que l’on sait…

B) Découverte de l’importance de la vitamine A B) Découverte de l’importance de la vitamine A pour le développement pulmonaire.

� Développement pulmonaire: rappels

� Dans l’espèce humaine, le développement pulmonaire débute dès la 4ème semaine de gestation avec la mise en place des deux bourgeons pulmonaires.

� 5 stades se succèdent chronologiquement :

- embryonnaire, - pseudoglandulaire, - canaliculaire, - canaliculaire, - sacculaire - alvéolaire qui se poursuit jusqu’à environ 2 ans.

Différents modèles expérimentaux ont

B) Découverte de l’importance de la vitamine A pour le développement pulmonaire. Suite

� Différents modèles expérimentaux ont permis de démontrer que les acides rétinoïques jouent un rôle important dans la différenciation cellulaire et les interactions mésenchyme-épithélium

Modèles expérimentaux1) Lors du développement précoce:� Rates carencées en vitamine A pendant la gestation: agénésie des

bourgeons pulmonaires. (Maden M (2004) Retinoids in lung development and regeneration. Curr Top Dev Biol 61:153–189)

� Synthèse d’acide rétinoïque et expression de RALDH2 ou la trachée et les poumons primitifs se mettent en place.(Malpel S, Mendelsohn C, Cardoso WV (2000) Regulation of retinoic acid signaling during lung morphogenesis. Development (2000) Regulation of retinoic acid signaling during lung morphogenesis. Development 127(14):3057–3067 )

� CRPBs et récepteurs nucléaires RAR β, RXR β et α sont exprimés dans les phases précoces du développement pulmonaire. (Dolle P, Fraulob V, Kastner P, Chambon P (1994) Developmental expression of murine retinoid X receptor (RXR) genes. Mech Dev 45(2):91–104.Dolle P, Ruberte E, Leroy P, Morriss-Kay G, Chambon P (1990) Retinoic acid receptors and cellular retinoid binding proteins. I. A systematic study of their differential pattern of transcription during mouse organogenesis. Development 110(4):1133–1151

� Embryons en culture traités par des antagonistes des RAR ne développent pas de bourgeons pulmonaires.(Mollard R, Ghyselinck NB, Wendling O, Chambon P, Mark M (2000) Stage-dependent responses of the developing lung to retinoic acid signaling. Int J Dev Biol 44(5):457–462 )

� Les souris mutantes « RAR alpha / RAR béta » ou « RAR alpha/RXRalpha » présentent de graves anomalies pulmonaires: hypoplasie à agénésie pulmonaire.

� Il a été démontré que le principal rôle de l’acide rétinoïque dans le développement pulmonaire précoce est de maintenir la prolifération du mésoderme et induire l’expression de fgf10 dans l’intestin primitif antérieur là ou va se développer les bourgeons pulmonaires.( Desai TJ, Malpel S, FlentkeGR, Smith SM, Cardoso WV (2004) Retinoic acid selectively regulates Fgf10 expression and maintains cell identity in the prospective lung field of the developing foregut. Dev Biol 273(2):402–415 )

2) Lors du stade pseudoglandulaire2) Lors du stade pseudoglandulaire

� Rappels: 7ème – 16ème SG, mise en place des VA = « branching », à la 16ème SG toutes les VAI sont en place.

� Présence de RARα, RARγ, RXRα,RXRβ, RXRγ au niveau de l’épithélium et du mésenchyme au niveau proximal et distal. Alors que RARβ est absent au niveau de l’épithélium.

� RALDH2 est « downrégulée » là ou le branching à lieu et élevé au niveau proximal des lobes coïncidant avec un gradient proximodistal de CYP26. ( Maden M (2004) Retinoids in lung development and regeneration. Curr Top Dev Biol 61:153–189)

� Donc l’AR inhibe le branching distal

3) Lors de stade canaliculaire

Rappels: 16ème-26ème SG. MEP acini, apparition des pneumocytes. Surface d’échange présente vers 26 SG.

Les récepteurs RARβ, RXRα, RXRβ sont associés avec les différenciations cellulaires et les changement structuraux du poumon.

4) Lors du stade sacculaire4) Lors du stade sacculaire

Rappels: Diminution du tissus interstitiel, amincissement du mur alvéolaire.MEP unité d’échange alvéolo-capillaire

- L’AR stimule la prolifération des pneumocytes de type 2. (Nabeyrat E, Besnard V, Corroyer S, Cazals V, Clement A (1998) Retinoic acid-induced proliferation of lung alveolar epithelial cells: relation with the IGF system. Am J Physiol 275(1 Pt 1):L71–L79 )

- Uprégulation de RALDH1 au niveau épithélium bronchique et alvéolaire et RALDH2 au niveau bronchique et pleural.

3 ) Lors de l’alvéologénèse

� Rappels: 36émeSG-2 ans. Débute par la mise en place de septa à partir des murs sacculaires qui vont diviser les saccules en des unités plus petites les alvéoles.

� Au stade alvéolaire, l’administration d’acide rétinoïque chez le rat nouveau-né accélère la septation alvéolaire donc le nombre d’alvéoles. (Massaro GD, Massaro D (1996) Postnatal treatment with retinoic acid increases the number of pulmonary alveoli in rats. Am J Physiol 270(2 Pt 1):L305–L310).

� A ce stade diminution de la forme de stockage de la vitamine A et augmentation de la forme active.augmentation de la forme active.

� Mais tous les récepteurs aux rétinoïdes n’ont pas la même fonction… L’alvéologénèse semble dépendre d’un subtil équilibre entre l’action stimulante de RAR gamma et l’effet inhibiteur de RAR béta. Quant à RAR alpha son action est plus lente mais persiste jusqu’à l’âge adulte ( Maden M (2004) Retinoids in lung development and regeneration. Curr Top Dev Biol 61:153–189)

Apparitionbourgeonspulmonaires

Excès ou carence de RA:Anomalies divisionsbronchiques

RARα, RXRα/β réduit laProlifération cellulaire et favorise la différenciation

Prolifération cellulesépithélialesInduction alvéologénèse

Favorisealvéologénèse

Vitamine A

4) Au niveau du diaphragmeA) Mise en place: rappels

- développement du septum transversum qui va séparer la cavité abdominale de la cavité thoracique

- Persistance en arrière de 2 canaux pleuropéritonéaux

À partir de la 7ème semaine de gestation apparition des plis- À partir de la 7ème semaine de gestation apparition des plispleuropéritonéaux (dérivés de cellules mésenchymateuses venant du mésoderme somatique) à partir des parois latérales qui vont progresser et fusionner avec le septum transversum et peu à peu venir combler les canaux pleuropéritonéaux.

B) Vitamine A et diaphragme

- RALDH2 et RBP sont fortement exprimés dans les plis pleuropéritonéaux chez le rat (Bavik C, Ward SJ, Ong DE (1997) Identification of a mechanism to localize generation of retinoic acid in rat embryos. Mech Dev 69(1–2):155–167).

- Présence de RAR β

Contexte scientifique: ce que l’on sait…

C) Implication de la vitamine A lors des C) Implication de la vitamine A lors des hernies diaphragmatiques

� Hernie diaphragmatique: rappels

Veine caveinférieure

Ouverture oesophagienne

Tendon central

HiatusaortiqueAbsence de la

membrane pleuro-péritonéale

estomac

Poumongauche

Diaphragme

colon

1/3000 naissancesEn Auvergne, 51 cas de 1992 à 2003 ( Gallot D. et al.. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol. 2006) Physiopath: défaut mise en placeplis pleuro-péritonéauxDéfect précoce au niveau du Défect précoce au niveau du diaphragme du foetus = hernie des viscères dans le thorax

Conséquences pulmonaires: compression pulmonaire anténatale= ~ hypoplasie pulmonaire ~ anomalies de la maturation pulmonaire détresse respiratoire sévère

Mortalité 50%

Vitamine A et CDH

~ Genèse d’une HCD chez la souris :

- Fœtus de mères déplétées en vitamine A durant la gestation (Wilson JG, Roth CB, Warkany J (1953) An analysis of the syndrome of malformations induced by maternal vitamin A deficiency. Effects of restoration of vitamin A at various times during gestation. Am J Anat 92(2):189–217.Andersen DH (1941) Incidence of congenital diaphragmatic hernia in the young of rats bred on a diet deficient in Vitamin A. Am J Dis Child 62:888–889 ).

- Embryons/fœtus déficientes (-/-) pour les récepteurs RAR alpha et béta - Embryons/fœtus déficientes (-/-) pour les récepteurs RAR alpha et béta (Mendelsohn C, Lohnes D, Decimo D, Lufkin T, LeMeur M, Chambon P, et al (1994) Function of the retinoic acid receptors (RARs) during development (II). Multiple abnormalities at various stages of organogenesis in RAR double mutants. Development 120(10):2749–2771).

- Modèle tératogène de CDH connu depuis 1970: HCD si nitrofène donné entre le 8ème et le 10ème jour post-conceptionnel: mécanismes moléculaires inconnus.

A) Inhibition de la synthèse d’acide rétinoïque par nitrofène in vivo et in vitro (Chen MH, MacGowan A, Ward S, Bavik C, Greer JJ (2003) The activation of the retinoic acid response element is inhibited in an animal model of congenital diaphragmatic hernia. Biol Neonate 83(3):157–161).

B) Inhibition activité de la RalDH2 (Mey J, Babiuk RP, Clugston R, Zhang W, Greer JJ (2003) Retinal dehydrogenase-2 is inhibited by compounds that induce congenital diaphragmatic hernias in rodents. Am J Pathol 162(2):673–679)

Réduction de l’incidence des HCD importante avec traitement par acide rétinoïque : 54 à 8% (Babiuk RP, Thebaud B, Greer JJ (2004) Reductions in the incidence of nitrofen-induced diaphragmatic hernia by vitamin A and retinoic acid. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 286(5):L970–L973) et par vitamine A.

Nitrofène =

retinoic acid. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 286(5):L970–L973) et par vitamine A.

C) Signes indirects du déficit en AR- Diminution Cyp 26 et LRAT (donc diminution des voies de

catabolisme et de stockage de l’AR). Nakazawa N, Takayasu H, Montedonico S, Puri P (2007) Altered regulation of retinoic acid synthesis in nitrofen-induced hypoplastic lung. Pediatr Surg Int 23(5):391–396

Hernie diaphragmatique et vitamine A= animal

Carence d’apport pendant la grossesse

Souris mutantesRARalpha/béta

(Mendelshon et al. 1994)

(Anderson et al. 1941,1949, Wilson et al. 1953)

Hernie diaphragmatique

RALDH2 Nitrofène (Mey et al. 2003)Récepteursnucléaires

Vitamine A et CDH

~ Cadre des HCD chez l ’homme:

- diminution de 50% du taux plasmatique de rétinol, RBP (sang de cordon);cordon);

- chez 11 nouveaux-nés porteurs de HCD versus 11 témoins (Major D, Cadenas M, Fournier L, Leclerc S, Lefebvre M, Cloutier R (1998) Retinol status of newborn infants with congenital diaphragmatic hernia. Pediatr Surg Int 13(8):547–549).

Ce que l’on sait pas = ce que l’on cherche

A) Vitamine A: Aspects physiopathologiques?

� Hypothèse: Chez l’homme, des anomalies du métabolisme de la vitamine A sont-elles impliquées dans la genèse des hernies de coupole dans la genèse des hernies de coupole diaphragmatique?

� Substratum:- prouvé chez l’animal- chez l’homme, un seul argument: diminution de 5O% du

rétinol et de la RBP chez des enfants porteurs dans une CDH (Major et al., 1998)

B) Vitamine A: aspects thérapeutiques

- Propriétés vitamine A:

� Essentielle au développement pulmonaire� Effet + sur la maturation pulmonaire� Action + sur la régénération alvéolaire:régénération du nombre d’alvéoles après traitement par

déxaméthasone (Maden M et Hind Dev dyn 2003); régénération du nombre d’alvéoles après traitement par

déxaméthasone (Maden M et Hind Dev dyn 2003);

déxaméthasone= modèle d’échec du développement alvéolaire mimant la dysplasie broncho-pulmonaire et l’emphysème= alvéoles peu nombreuses de diamètre augmenté donc diminution de la surface d’échange alvéolo-capillaire due à un défaut de mise en place des septa alvéolaires

DONC…

- Tt adjuvant lors de CDH??

� On sait qu’il existe un défaut de synthèse d’acide rétinoïque en présence d’une CDH.

Mais est-ce une cause ou une conséquence?

Intérêt du modèle chirurgical! Dans ce modèle on ne perturbe pas la voie des rétinoïdes donc si celle-ci est

anormale c’est que c’est la compression des poumons par les viscères qui la dérégule!!! Dans ce cas là, on aurait intérêt a tester une traitement adjuvant par vitamine A.

� Quel est l’effet possible des occlusions de trachée sur la vitamine A?

Actuellement on peut proposer dans les cas sévère une thérapie in utero qui consiste à occlure la trachée des fœtus permettant d’augmenter la croissance pulmonaire mais aggravant les anomalies de maturation.

Or vitamine A: action + sur la maturation pulmonaire.

Donc l’étude des rétinoïdes lors des OT permettra de savoir si ces anomalies de maturation peuvent être en rapport avec une anomalie sur la voie de la vitamine A et dans ce cas peut-être proposer un traitement adjuvant par vitamine A intra-trachéal lors des occlusions de trachée.

Vitamine A

Conclusion

? ?Physiopathologie

Thérapeutique