introduction au métabolisme des xénobiotitques implications en toxicologie

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troduction au métabolisme des Xénobiotitqu Implications en Toxicologie M2s Toxicologie THERV, TES Ph. Beaune Université Paris Descartes, INSERM U775, APHP (HUPO, HEGP)

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M2s Toxicologie THERV, TES. Introduction au métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie. Ph. Beaune Université Paris Descartes, INSERM U775, APHP (HUPO, HEGP). 1. Xénobiotiques Substances étrangères à l'organisme de faible poids moléculaire. Médicaments polluants - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Introduction au métabolisme des Xénobiotitques

Implications en Toxicologie

M2s ToxicologieTHERV, TES

Ph. Beaune

Université Paris Descartes, INSERM U775, APHP (HUPO, HEGP)

Page 2: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Xénobiotiques

Substances étrangères à l'organisme

de faible poids moléculaire

Exposition inévitable

Médicaments

polluants

aliments

1

Page 3: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Cellule (hépatocyte)

Ex: PGP

X X XORROH

Phase II

XOR

Phase III

Elimination

XOH

Ph

ase

IV

: expulsion du xénobiotique inchangé ou conjugué

Phase I: fonctionnalisation

Phase II: conjugaison (+ hydrophile)

Phase III: expulsion de conjugués ou du produit parent (ex: mdr, MRP)

XOH

Phase IO2

Monooxygénases

P450Ex: GST Ex: MRP

Métabolisme des xénobiotiques2

Page 4: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

From Wienkers and Heath 2008

2

Page 5: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

FAD / FMN

Reductase

NADPH/H+ + RH + O2 ROH + NADP+ + H2O

Monooxygenase

MembraneRE

Microsomes

O2

Cys

S

Fe

P450RH

ROH

2

Page 6: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Nomenclature des Cytochromes P450

CYPs impliqués dans le métabolisme des xénobiotiques

Familles (+de 40% de similitudes)

1 2 3Sous-familles (+ de 55% de similitudes)

A B A B C D E J… A

1A1, 1B1 2A6 2B6 2C8, 2C9 2D 6 2E1 2J2 3A4 1A2 2A7 2B7 2C18, 2C19 2J4 3A5

2A13 3A7 3A43

CYPs soulignés: polymorphisme génétique en rouge: principaux CYPs hépatiques humains

une nomenclature détaillée et mise à jour peut être consultée sur le site internet: http://drnelson.utmem.edu

CYPs humains

2

Page 7: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

CYP2E1CYP2D6

CYP2C18

CYP2C19

CYP3ACYP1A2

other CYPsCYP2C9

CYP2C8

CYP2B6

2

Page 8: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie
Page 9: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Les enzymes de phase II

* Transférases, T

X-OH + R-OH ---> XOR, très hydrophile ou moins réactif

R Enzyme donneur

Ac. Glucuronique Glucosyl T (UGT) UDPGAGlutathion Glutathion-S-T (GST) GSHAcétyl= N-acétyl T (NAT) Acétyl CoAMéthyl Methyl T (MT) SAMSulfate Sulfo T (ST) PAPS

Nombreuses isoformes, superfamilles d’enzymes

2

Page 10: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

INTESTIN(enterocyte)

FECESEXPOSITION ORALE SecretionAbsorption

FOIE(hepatocyte)

BILE

Efflux

Captation

Excretion

BHE(Barrière hémato-

encéphalique),

BBB: Blood-Brain Barrier

Efflux Captation

CERVEAU

REIN

(tubule proximal)

URINE

Secretion

Ré-absorption

Filtration

Sang

D’après JM Scherrmann

Page 11: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

MRP3-6

OATP1B1

OATP1B3

OATP2B1

MDR3

MDR1

MRP2

BCRP

BSEP

MRP1OAT2-4NTCP1

OATP1A2

OCT1-3

Canalicule

biliaire

MRP4Sang

2

D’après JM Scherrmann

Page 12: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

ABC (ATP Binding Cassette) SUPERFAMILY48 human genes; 9 drug transporters

SUPERFAMILIES and FAMILIES of DRUG TRANSPORTERS

http://nutrigene.4t.com/human abc.htm

• SLC (SoLute Carrier) SUPERFAMILY362 mammalian genes; ≈ 30 drug

transportershttp://www.gene.ulc.ac.uk/nomenclature

2

Page 13: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Les enzymes du métabolisme et du transport des médicaments (EMTM)

Propriétés communes:

- nombreuses isoformesspécificité relative et chevauchanteredondantes

- peu efficace- variabilité d’expression extrême- substrats exogènes et endogènes

importance dans réponse aux médicaments

Page 14: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Absorption orale

Espacevasculaire

Intestin

I.V.

Excrétion fécale

Excrétion urinaire

Le transporteur mdr (P-gp, ABCB1) affecte la distribution des médicaments dans l ’organisme

Espace intersticiel

2

Page 15: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Variations d ’expression des EMX d’origine physiopathologiques

* Sexe: peu de variations en fonction du sexe chez l ’homme mais variations importantes chez le rat.

* Pathologies: foie: insuffisance hépatique ( ), inflammation cytokines( ), diabète ( ), cancers (variations dans la tumeur), traitements.

* Age: fœtus ( moins de CYP, autre isoformes, CYP3A7), vieillard ( Induction)

* Tissus: variations qualitatives et quantitatives (Foie organe majeur)

Page 16: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Elimination

Page 17: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Importance du métabolisme « extrahépatique » des xénobiotiques

- Effet de premier passage ex: intestin

- Devenir in situ des métabolites

X X + XOC

X + XOC

Foie

X et/ou Métabolites terminaux

Elimination

X + XOC.

- Toxicité- Effets- Interaction endo- Elimination

Transport

Page 18: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

....

0

20

40

60

80

100

120

10

rapidesmetaboliseurs

ultra-rapidesmetaboliseurs

lentsmetaboliseurs

Log Debrisoquine / 4OH debrisoquine: RM0.1 1 100

Bertilsson and Dahl 1996

12.6No

mb

re d

 ’in

div

idu

s

( )n

3

Page 19: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Déficits génétiques en enzymes du métabolisme des médicaments

CYP 1A1(induction ~ 10%)CYP1B1 (%)CYP 2A6* (5%)CYP 2C9 (3%)CYP 2C18 (?) CYP 2C19 (5-20%)CYP 2D6* (5-7%)CYP 2E1(>1%)CYP3A5 (15%)

GSTM1* (50%)GSTT1 (10-20%)GSTP1 (10%)UGT1A1 (5-10%)UGT1A7NAT1 NAT2 (50%)EH (<5%)TPMT(<1%)Mdr1 (20-25%)

* : gènes pour lesquels une duplication est connue

3

Page 20: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Phénotype:

- activité réelle- quantifiable- mise en oeuvre plus difficile- variations (xénobiotiques,

pathologies)- pas permanent

Génotype:

- facile- permanent- pas quantifiable- pas activité réelle

3

Page 21: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Certaines substances peuvent faire varier l’expression

des EMTM et en particulier des CYPs.

- Modification de l’activité:

quantité d’enzyme constante, activité variable

activation, inhibition

- Modification de l’enzyme

Quantitative: induction, répression

Qualitative: modification post-traductionnelle

3

Page 22: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie
Page 23: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

3

Page 24: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Plusieurs récepteurs médient l’induction des EMTX

Inducteur Récepteur Enzyme induit

HAP, TCDD AhR CYP1A1, 1A2, 1B1, UGT1A6, GST, NQO1

Barbituriques CAR CYP2B6, CYP3A4, CYP2C9

GST, UGT

Stéroïdes, rifampicine

PXR CYP3A4

Proliférateurs

péroxisomes

PPAR CYP4A

3

Page 25: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Inhibition des EMX

* Inhibition réversible (cimétidine) et irreversible (TAO, Gestodène)

* Médicaments /substrats => interactions médicamenteuses, aliments

* Constantes d’affinité: Km / Ki à manipuler avec précautions

* Exemples:

CYP 3A4: Ketoconazole, ritonavir, jus de pamplemousseCYP1A2: fluvoxamine, furafyllineCYP 2C9: sulfaphenazoleCYP2C19: omeprazoleCYP2D6: quinidine, paroxétineCYP2E1 disulfiram

3

Page 26: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

CYP3A4

Med1(S) Met 1

Med2 (I) Met 2

Km

Ki

v = Vm S Km + S (1+ I/Ki)

Page 27: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie
Page 28: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Conséquences de l’induction ou de l’inhibition

* Modification de la production de métabolites:

* Toxicité: production métabolite toxique

* Effets exagérés: accumulation du produit

* inéfficacité: élimination trop rapide, pas de production de métabolite actif

* ! Absorption aussi entre en ligne de compte (MDR)

3

Page 29: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

IDENTIFICATION of SUB-POPULATIONS

Effectiveness / Toxicity

Page 30: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Tumeur

Xenobiotiques Médicament

Métabolites Métabolites

Cellule normaleadduits ADN,

signal mitogénique … Cellule normale

Exposition

RéponseXenogénétique Pharmacogénétique

EMTX

MétabolismeTransportActivation

4

Page 31: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Xénobiotique

Métabolite réactif

Adduit ADN

Mutation

Elimination

Réparation

Echappement

Exposition

Activation/détoxication

DNA

Signature moléculaire

EMTX

Cancer

Exposition + métabolisme

4

Page 32: Introduction  au  métabolisme des Xénobiotitques Implications en Toxicologie

Conclusions

- Expositions aux xénobiotiques inévitable- Métabolisme et transport important dans réponse aux xénobiotiques (Efficacité et Toxicité)- Métabolisme complexe- Métabolisme variable (physiopath, génétique, environnement…)- EMTX propriétés communes- Substrats endogènes- Connaissance métabolisme et transport permet comprendre, prédire, prévenir toxicité (efficacité)