1

TRAITEMENT MÉTABOLIQUE SPÉCIFIQUE D’UNE ACIDOSE LACTIQUE

SFEIM, 18/11/2019

K Mention Mulliez

Liaudet L, 2013

Traitement spécifique de l’acidose lactique Fonction

• La Cause : • Glycogénolyse • Tb néoglucogénèse • Intra mitochondriale : Limiter apports glucidiques (si beta oxydation AG éliminée ++ et Aciduries organiques)

• PDH • Carboxylases • Krebs • Chaine respiratoire

• Le contexte: • ATCD • Age • Jeûne • Infection

• La biologie de première intention • pH, Glycémie, cétonémie, Ammoniémie, CPK, TGO/TGP, L/P • Points redox plasma et LCR L/P, 3 OHB/AA, CAOu, CAA p, Acylcarnitine

apports glucidiques continus suffisants 8-10 mg/kg/mn (âge) Hypoglycémie

Traitement spécifique de acidose lactique: suspicion de déficit en PDH

• Acidose lactique dans PDH: • Hyperlactacidémie et hyperpyruvicémie avec L/P normal (LCR)

• B1

• Régime Cétogène

• DCA

• Phenylbutyrate

PDH et B1 Van Dongen S, JIMD 2014 (n= 20 patients)

• B1 : traitement potentiel car cofacteur (TPP) du complexe enzymatique PDHC

• Formes répondeuses à B1 (5/19) (25%) (n=1/22, Barnerias C 2000)

• Age début > 12 mois

• Ataxie récurrente

• Leigh syndrome

• Formes non répondeuses à B1:

• Acidose lactique néonatale

• Anomalies corps calleux, et kystes (atteinte anténatale)

• Dose > 400mg/j pour initier traitement

• Pas de données suffisantes pour determiner dose optimale journalière

• Pas de lien possible entre mutations PDHA1 et réponse a B1, mutations dans domaine de liaison à B1 Thiamine Pyrophosphate (TPP)

• Dans cette cohorte: plus petite dose efficace est 400 mg/j, mais parfois besoin de doses superieures pour obtenir effet Clinique (>1000 mg/j)

• Doses B1 : 500 à 2000 mg (Naito E, Biochim Biophys Acta 2002)

Fille de 16 ans , mutation PDHA1 (site fixation TPP) Dystonies paroxystiques induites par l’exercice (PED) . (ATCD retard PM) B1 : 800 mg/j Serial Brain and Magnetic Resonance Imaging of patient. (a-d) Brain magnetic resonance imaging and spectroscopy (MRS) at age 16ys, (e-h) Brain magnetic resonance imaging and MRS at age 17 years, after 1 year of treatment with thiamine.

Castiglioni C, Eur J Ped Neurol 2015 Pyruvate dehydrogenase deficiency presenting as isolated paroxysmal exercise induced dystonia successfully reversed with thiamine supplementation.

PDH et B1

2

PDH et Régime cétogène Sofou K, J Inherit Metab Dis 2017

• Evoquer depuis Falk RE, 1976

• Objectif: fournir de acétylCoA et relancer le Krebs

• Evaluation Régime cétogène à moyen et long terme chez PDHC déficients

• N=19 patients

• Début prénatal prédominant (15/19)

• Début Traitement : âge médian : 2,9 ans (KD classique ou modifié)

• Effets positifs sur : épilepsie, ataxie, retard langage et développement

• Effets secondaires: 1 arrêt pour pancréatite Aigue

• Concentration médiane de Corps Cétoniques plasmatiques : 3,3 mmol/l

• Effet biologique sur lactates :

• En base : 12/18 (67 %) lactates > 2 mmol/l

• Suivi : 4/19 (21%) : last follow up (p = 0.01)

• Comédications :

• B1(18/19)

• sous B1 (avant KD) : 8-30 mg/kg/j : pas effet positif

• DCA 2/19

2-chloro-acétate (DCA)

Insuline, PDH-phosphatase

ATP, PDH kinase

(-)

(+)

(-)

DCA

Mode action DCA : Inhibiteur des PDKinases PDK inhibe la phase clé de l’homeostasie énergétique mitochondriale du pyruvate dehydrogenase complex (PDHC), par phosphorylation réversible En bloquant PDK, active PDHC et ainsi la chaine respiratoire mitochondriale et synthèse ATP

PDK: cibles pharmocologiques pour nombreuses maladies : cancer, diabète, obésite, et PDHD

Applications thérapeutiques dans: Cancers (PDHC rôle dans régulation cellulaire, PDK up régulées) MHM (acidose lactique)

DCA

• Indication : hyperlactacidémie primitive

• De Stefano, Neurology 1995

• 11 patients cytopathie mitochondriale traités par DCA 25 mg/kg/j :

• en 1 semaine, diminution significative du taux périphérique de lactates mais pas d’efficacité sur la clinique

• Kaufmann , Neurology 2004

• 91 MELAS, 15 MERRF

• Corrélation entre taux élevé de lactates au niveau cérébral et la gravité des symtômes

• Kaufmann, Neurology 2006

• double aveugle randomisée 30 patients adultes MELAS, phase 2 : NCT00068913

• DCA 25 mg/kg/j 2 ans/placebo

• Etude arrétée : neuropathie périphérique liée a la toxicité du DCA (3 à 6 mois après début traitement)

• Pas d’efficacité dans le groupe traité

• Stacpoole W, Pediatrics 2006

• 43 patients traités par DCA (CR ou PDH) 12,5 mg/kg X 2/j pendant 6 mois :

• diminution des lactates sans efficacité sur la clinique ni sur nombre hospitalisations

• Pas effets secondaires sur VCN

• Stacpoole PW, Pediatrics 2008

• DCA : augmente l’activité PDHC et réduit taux Lactate plasmatique, LCR et cérébral Ther was a highly significant inverse association between venous blood lactate concentrations and DCA exposure

Abdelmalek 2013 Etude pharmacologie du DCA

Figure correlates plasma DCA trough (dosing interval) levels and

duration of drug exposure in 7 patients. Overall, no significant change

occurred in DCA concentrations over time, except for a progressive rise

in drug levels in patient 4 ( métaboliseur lent GSTZ1 heterozygote)

DCA

• 1 gène pour la seule enzyme métabolisant le DCA: • GSTZ1-1: (glutathione S-transferase Zeta-1) (EGT carriers ou non): • entrainant des phénotypes de « métaboliseurs » lents ou rapides • après une administration chronique (> 6 mois) de DCA James MO,Stacpoole PW Pharmacogenomics 2016

• Etude des variables pharmacologiques influançant la cinétique et la biotransformation du DCA • Augmentation de ½ vie: âge dépendant si administration prolongée > 6 m (X10 chez adulte, X2,5 chez enfant) • Dose optimale proposée :

• 12,5 mg/kg x2/j chez EGT carriers • 10,6 mg/kg X2/j chez EGT non carriers

• Adapter dose et rythme injection

Mangal N, J Clin Pharmacol 2018

• Toxicité ? • Mécanismes de toxicité du DCA sur la neuropathie periphérique sensitivo-motrice • Cible toxicologique du DCA : cellule Schwann • Mécanisme protection possible : antioxydants (essais sur rongeurs)

Stacpoole PW, International Review of Neurobiology 2019

Essai thérapeutique DCA

• DCA dans PDH essai en cours phase 3, NCT02616484 • a randomized, placebo-controlled, double-blind trial

• of 24 children, aged 6 months through 17 years,

• with confirmed diagnosis of PDC Deficiency.

Estimated Study Start

Date :

October 1, 2019

Estimated Primary

Completion Date :

December 31, 2022

Estimated Study

Completion Date :

March 30, 2023

This group will start on the Dichloroacetate (DCA) which will last for 4 months. After 4 months a 1 month washout period will occur. After the 1 month the group will crossover to the placebo for 4 months. Participants will be genotyped to determine GSTZ1 (glutathione S-transferase Zeta-1) haplotype status, which will stratify this group into 1 of 2 dose regimens

3

PhenylButyrate et PDH (cancers ), Zhang 2017

Etude sur 631 zebrafish model of PDHC deficiency Ferriero R, Sci Transl Med 2013 Phényl Butyrate :

diminue le niveau de phosphorylation E1 alpha de la PDH , augmente l’activite de PDH en inhibant la PDH Kinase 1

Phénylbutyrate et PDH

Phenylbutyrate increases PDHC activity in cells harboring a variety of defects (fibroblasts of patients with PDHC deficiency). R Ferriero, Annals of Clinical and Translational Neurology 2014

• PB : Augmentation de l’activité de PDHC, le plus souvent dans fibroblastes avec missense mutation PDHA1

• Large deletions ou mutations nonsense de PDHA1 entrainant absence de protéine détectable en WB : en général non répondeuse au PB

• PB traitement approuvé pour usage chez homme (In contrast to DCA)

• Cellules avec mutations gene PDHA1 (80–90% cas de PDHC avec mutation connue), Imbard A, Mol Genet Metab 2011 respondent au phenylbutyrate, surtout si:

• missense mutations,

• activity PDHC >10%,

• ou si proteine detectable par Western blott.

• Ces patients sont candidats au traitement par PB

• Cellules de patients porteurs d’anomalies génétiques moins fréquentes semblent répondre aussi au PB

Phenylbutyrate et PDH

• Effet couplé PB et DCA (cellules et souris) Ferriero R, J Inherit metab Dis 2015

• Effet inhibiteur du PB (pas phenylacétate) sur différentes PDK :

• Isoformes 1 à 3

• Isoforme 4 pas inhibée

• Sites de fixation du PB (PDK2 et 3): différents des sites de fixation du DCA

• PB et DCA ensemble: augmentent plus l’activité de PDHC qu’un traitement seul

• Etat des lieux a ce jour: PB et PDH Brunetti-Pierri Nicola

• Essai en cours sur 2 patients PDH Déficient

• Analyses critères biologiques

• A venir essai sur patients avec description clinique

Traitement spécifique de acidose lactique: Vitamine B1 Dean RK, Am J Emergency medicine 2017

• Carence B1: Causes

• Pays en voie développement par malnutrition car B1 apportée par alimentation

• Hospitalisations:

• Malnutrition ou malabsorption 2- 3 semaines surtout en réanimation (augmentation besoins nutritionnels)

• Patients en NPT sans apports B1 (Thiamine) Shah S, Pediatrics 2015

• Recommandations si déficit B1 :

• 100-300 mg/ j B1 iv lente ou im pdt 3 j

• 50 mg/j enfants

• Grade B recommandations , Zastre JA, Cancer Metab 2013

In humans, thiamine half‐life is 9 to 18 days

Shah S Pediatrics 2015

Effect of thiamine administration on lactate level. Patient’s lactate levels dropped after administration of intravenous (IV) thiamine.

Genetic defects of thiamine transport and metabolism: A review of clinical phenotypes, genetics, and functional studies

Marcé-Grau A, J Inherit Metab Dis 2019

Intake of thiamine into the mitochondria occurs by mitochondrial TPP carrier encoded by SLC25A19

Free‐thiamine uptake is done by thiamine transporter 1 (ThTR‐1) and 2 (ThTR‐2), encoded by SLC19A2 (MIM*603941) and SLC19A3 (MIM*606152), respectively

4

Transporteur de B1

• THTR2: SLC19A3 (Ozand PT, Brain 1998)

• Biotin-Thiamine responsive basal ganglia disease, Leigh néonatal Ortizoga Escobar JD, Padiatric Neurol 2016

• Acidose lactique

• Traitement avec doses variables: Alfadhel M, J Cent Nerv Syst Dis, 2017

• B1: 10 à 60 mg/kg/j,

• B8: 5 mg/j a 10 mg/kg/j

• TPP carrier SLC25A19 Escobar, Padiatric Neurol 2016

• Deux Phénotypes cliniques:

• Amish Lethal Microcephaly (MCPHA)

• Dégénérescence striatale bilatérale et polyneuropathie progressive

• Acidose lactique et augmentation lactates CSF (2.9-4.2 mmol/L) pendant accès de décompensation (2 phénotypes)

• 1 patient traité par thiamine 100 mg/day and a high fat diet Siu VM, Am J Med Genet 2010

• Reduction taux de lactate

• 5 patients traités par Thiamine 400-600 mg/j: Amélioration de neuropathie périphérique, Tous en vie

(Ortigoza-Escobar, Ann Neurol 2017)

Vitamine B8: Biotine

• Coenzyme de 4 Carboxylases: PC, MCC, PCC, ACC

• Pyruvate Carboxylase

• B8 : 10 mg/j

• Citrate, aspartate : substrat anaplérotique du cycle de Krebs (Foncitril*)

• Triheptanoine (Breen C, 2014, Mochel F, 2005)

• Déficit Multiple en Carboxylase

• Biologie :

• Acidose lactique et cétose

• CAOU: 3-OH isovaleric acid and methylcrotonylglycine (Wolf, 2011)

• Holocarboxylase Synthétase

• Traitement précoce: résolution complète des convulsions et de tous SC

• Biotine: 10 mg/j à 40 mg/j (J Zempleni, 2008)

• Biotinidase

• Biotine: 5-10 mg/j A Vie , a adapter a sévérite de la forme (peu correlation phenotype/genotype)

Wolf B, 2002, Möslinger D,2001

Acidose lactique et dysfonctionnement de la Chaine respiratoire mitochondriale

• Défaut de Phosphorylation Oxydative OXPHOS

ATP

Consommation

d’o2 ADP

Traitement des cytopathies mitochondriales … Pfeffer G, Chinnery PF, Cochrane Review 2012

Aucun traitement n’a fait la preuve de son efficacité, Pfeffer G, Nat Rev Neurol 2013 Mais….

Management of lactic acidosis in children with mitochondrial disorders Danhauser, JIMD 2015

• “There are no controlled studies on treatment of lactic acidosis in children with mitochondrial diseases.

• hyperlactatemia due to primary mitochondrial dysfunctions is caused by an impaired cellular energy metabolism with usually no causal treatment available

• However, based on the lack of well‐designed controlled studies, the level of evidence is unfortunately low.

• it is essential to keep in mind that therapy specific for the underlying metabolic cause is usually not available.”

Danhauser, JIMD 2015

5

Riboflavine: précurseur de flavin adenine dinucleotide (FAD) and flavin mononucleotide (FMN), cofacteurs du complexe I et 2, de nombreuses dehydrogenases impliquées dans FAO FAD : forme active de la riboflavine Supplémentation en Riboflavine augmente la concentration intra-mitochondriale en FAD Lucas TG 2011 Intérêt dans deficit complexe I, II, Bugiani M,2006

B2 et CR

ACAD 9 code pour protéine d’assemblage du C1 flavo-dependante , B2 SE M Gerards, Brain 2011 Traitement de Déficit oxidation AG (Schiff M, Hum Mol Genet 2015) CMH repond souvent B2, pas 100 % Dose B2: 20 mg/kg/j (max 200 mg/j) Essais Cliniques necessaires A débuter +++

ACAD 9, non répondeur B2 (Kadoya T, 2019) Successful treatment of infantile-onset ACAD9-related cardiomyopathy with a combination of sodium pyruvate, beta-blocker, and coenzyme Q10, without B2

• 1 an 8 mois

• Cardiomyopathie dilatée et insuffisance cardiaque

• Lactates 3-10 mmol/l , L/P élevé

• Oral sodium pyruvate (0.5 g kg/j)

• Et A beta-blocker (carvedilol at 0.1 mg kg/j)

• Et Coenzyme Q10 (10 mg kg/j)

Pyruvate de Sodium

(Kadoya T, 2019)

Mécanismes d’action proposés: (1) the generation of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+), which accompanies the conversion of pyruvate to lactate by the action of lactate dehydrogenase; the generated NAD+ is expected to reduce the NADH/NAD ratio in the cytoplasm to help generate adenosine triphosphate (ATP) by glycolysis, even in the presence of a malfunctioning mitochondrial tricyclic antidepressant (TCA) cycle and oxidative phosphorylation (OXPHOS) pathway; (2) stimulation of the pyruvate dehydrogenase activity to help generate acetyl-CoA in the mitochondria, which will be used for the substrates of the TCA cycle; (3) enhanced generation of oxaloacetate through the action of pyruvate carboxylase to help replenish the TCA cycle intermediates (anaplerotic effect) (Tanaka M, 2016).

As patients with ACAD9 deficiency have partial defects in the complex I assembly of the respiratory chain, the first mechanism might help generate additional ATP without the need for the respiratory chain.

Beneficial effect of pyruvate therapy on Leigh syndrome due to a novel mutation in PDH E1α gene. Koga Y, 2012

The lactate and pyruvate concentrations in cerebral spinal fluid were 8.23 mM, and 1.26 mM under the period of DCA therapy, and 4.61 mM and 0.68 mM under the period of pyruvate therapy

• Pyruvate passe la BHE via transporteurs Monocarboxylate. • Une excellente source énergétique pour neurones et astroglie (astrocytes et des oligodendrocytes) • Efficacité rapportée dans differents

deficits mitochondriaux LS (Komaki H, 2010) ou syndrome depletion DNA mitochondrial (Saito K, 2012)

• An investigator-initiated clinical trial of sodium pyruvate for MELAS/MELA and LS is ongoing in Japan.

Emerging aspects of treatment in mitochondrial disorders

Shamima Rahman, J I MD 2015

6

Novel therapies under evaluation Rahman 2017

1. Antioxidant therapy

• Excessive production of reactive oxygen species occurs when

the respiratory chain is dysfunctional, and

• consequent oxidative stress may play an important role in the pathophysiology of mitochondrial disorders.

• Numerous antioxidants have been used in the treatment of mitochondrial diseases.

• Objectifs : Relancer le fonctionnement de la CR • Limiter

• la crise énergetique • Et le stress oxydant (augmentation ROS toxiques)

• Therapies include: • CoQ10 Duberley 2014 and the related compounds idebenone and EPI-743 Enns GM, 2012 • N-Acetylcysteine: donneur de Cystine: pas de prevue d’efficacité • Vitamin C, E and chemical analogues : en cours d’évaluation.

Murphy MP, 2009

Hirano 2012 Coenzyme Q10 Biosynthese deficiency An essential component of the mitochondrial respiratory chain, coenzyme Q10 (CoQ10) shuttles electrons from complexes I and II and from electron transferring flavoprotein dehydrogenase (ETF-DH) to complex III

Déficits primaires en Coenzyme Q10

• Puissant antioxydant, molécule lipophile

• Confirmer Diagnostic de Deficit Primaire en Coenzyme Q10 • The gold standard test: dosage de ubiquinone par HPLC (high performance liquid chromatography) sur

biopsie musculaire • concentration plasmatique de CoQ10 : pas fiable pour le diagnostic

• Premiere description en 1989 by Ogasahara • 2 soeurs de 12 et 14 ans

• encephalopathy (mental retardation and seizures) and myopathy evident as elevated serum creatine kinase, and recurrent myoglobinuria

• Muscle biopsies showed: • ragged-red fibers, • reduced biochemical activities of complexes I+III and II+III, • and marked CoQ10 deficiencies.

• Both patients improved markedly with CoQ10 supplementation.

Puis …. Autres Déficits Primaires de synthèse

• An infantile multisystemic presentation of CoQ10 deficiency has been associated with mutations in four genes required for ubiquinone biosynthesis.

• The syndrome typically manifests as a combination of : COQ2 (Réponse +) • encephalopathy : nystagmus, optic atrophy, sensorineural hearing loss, ataxia, dystonia, and weakness

• with progressive nephropathy and kidney disease that is usually a steroid resistant nephrotic syndrome. (Rotig, Lancet 2000)

• In an infant who presented with • neonatal hypotonia • and subsequently developed nephrotic syndrome

• and Leigh syndrome : compound heterozygous mutations in PDSS2 (Reponse -) Lopez LC, 2006

• In a consanguineous family, two siblings had CoQ10 deficiency due to a homozygous PDSS1 mutation manifesting as a complex multisystemic disease with

• early onset deafness,

• encephaloneuropathy,

• obesity,

• livedo reticularis

• and cardiac valvulopathy Mollet J, 2007.

Traitement du Déficit primaire

• Supplémentation CoQ10 oral:

• 10–30 mg/kg/day enfants

• 1 200–3 000 mg/day adultes

• Efficace pour patients avec mutations COQ2, pour atteinte neurologique vasculaire et manifestations rénales

• Par contre, mauvaise réponse au CoQ10 chez patients avec mutations PDSS2 and COQ9 (Leigh )

Déficits secondaires en Coenzyme Q10

• Secondary CoQ10 deficiency has also been reported in a number of patients with primary mtDNA mutations (Sacconi S, 2010)

• MELAS (Cotan D, 2011) • Glover EI, 2010 effets benefiques sur fatigue musculaire et niveau de lactates (divisé par 5) • CoQ10 ne passe pas la BHE, effet limité sur atteinte CNS • Idebenone (CoQ10 analogue )passe la BHE . Qq cas d’amelioration neurologique Lekoubou A, 2011 • Clinical trail Idebenone in MELAS NCT 00887562 : pas de résultat significatif

• 1 essai en cours NCT00432744 • To show that oral CoQ10 is a safe and effective treatment • for children with inborn errors of mitochondrial energy metabolism due to defects in specific respiratory chain (RC) complexes or

mitochondrial DNA (mtDNA) mutations StacpooleW, Mitochondrion 2012

• Ataxia oculomotor apraxia 1 (AOA1) (Sykora P, 2011)

• MADD (Lian WC 2009): améliorer par B2 et par le coenzyme Q10

7

Quel traitement Coenzyme Q10 ?

• Coenzyme Q10: (ubiquinone) (Ubiten ®, Iuvacor ®, Decorenone ®)

• Q10 à chaine longue pour les déficits en quinones à longues chaines de carbones, hydrophobe, disponibilité médiocre

• 10 mg/kg/j (5-20), max 1 g/j en 2 prises per os

• Coenzyme Q10 réduit (ubiquinol): 3 a 5 fois mieux absorbé (2-8 mg/kg/j): aucune étude

• Idebenone (Mnesis®)

• Analogue du Coenzyme Q10, Coenzyme Q10 de synthèse

• Q10 a chaine courte , moins hydrophobe, passe la barriere HE

• Rôle antioxydant puissant, neutraliseur de radicaux libres, pénètre mieux les tissus,

• Indication LHON NCT00747487, Klopstock et al. A randomized placebo-controlled trial of idebenone in Leber's hereditary optic neuropathy. Brain. 2011

• Dose 30-300 mg/j en 3 prises

EPI-743 Finsterer 2015

• EPI-743 nouveau para-benzoquinone

• EPI-743, dérivé du coenzyme Q10, passe facilement la BHE

• Multiples essais (ouverts) rapportés : effets bénéfiques quasi complets ….

• Patients avec désordres mitochondriaux. • N=13,Enns GM, Mol Genet Metab 2012 • N=22, Blankenberg FG, 2012

• Patients Syndrome Leigh et LHON Martinelli D, Mol Genet Metab 2012 • 5 patients LHON : 4/5 arrêt de progression de la maladie et recuperation de vision Sadun AA,

Arch neurol 2012

• Mais, toutes ces études ont des biais !!!

• Essai Clinique conduit chez patients avec LS au Japon (medical company)

MNGIE thymine thymidine

desoxyribose-1-P Pi

uracile desoxyuridine TYMP

TMP

ATP ADP+Pi

mt ADN toxicity

Allogeneic haematopoietic stem cell transplantation for mitochondrial neurogastrointestinal Encephalomyopathy (MNGIE) Median lactate decreased from 2.3 mM (range 2.1–3.5) to 1.7 mM (range 1.5–1.9) after transplantation, suggesting improvement of mitochondrial respiratory chain function Halter JP, Brain 2015

Enzyme replacement

Erythrocyte-encapsulated thymidine phosphorylase

Study Protocol for a Multi-Centre, Multiple Dose, Open Label Trial

Bax BE et al, 2019 NCT03866954

Schematic presentation of arginine, citrulline, and NO metabolic pathways

(ASS: argininosuccinate synthase, ASL: argininosuccinate lyase, NOS: nitric oxide synthase, PO: proline oxidase, P5CS: pyrroline 5 carboxylate synthase, OAT: ornithine aminotransferase, OCT: ornithine transcarbamylase).

Low plasma citrulline may result from decreased citrulline synthesis in the mitochondria of enterocytes due to mitochondrial dysfunction. Most of the citrulline flux is directed toward arginine synthesis; therefore, lower citrulline availability can result in decreased de novoarginine synthesis and lower intracellular arginine availability

Arginine est nécessaire pour Synthèse de NO Arginine et citrulline basses pendant acces aigu : vasodysrégulation contribute à la cause du to stroke-like episodes. L’effet thérapeutique de Arginine dans les épisodes de Stroke Like : augmentation de disponibilité du NO permettant d’améliorer la vasodilatation cérebrale et le flux sanguine.

MELAS et Stroke, El Hattab 2012

Arginine/citrulline in MELAS El Hattab ,2015

• Citrulline: • Hypocitrullinémie dans MELAS

• Entraine une augmentation de la production de NO, plus importante que par l’arginine seule (augmente synthèse de novo d’arginine)

• Meilleur effet thérapeutique que Arginine El Hattab 2012.

• Pas etudes cliniques de effets de citrulline dans MELAS

• Arginine : • Pas essais cliniques randomisés pour utilisation Arginine dans MELAS

• Mais perfusion de L-arginine Intraveineux pendant une phase aigue améliore les symptomes du stroke like

• Alors que la supplémentation orale en L-arginine entre les phases aiguës diminue la fréquence et la sévérité des épidoses de stroke Koga Y, 2005, El Hattab 2014, Koga Y, J Neurol 2018

• Safe, Ganetsky RD, 2018

• Recommandations de Traitement des épisodes de Stroke Like MELAS Parikh 2015, Koenig MK 2016 • En acces,

• Dans 3 heures suivant debut accès (si possible avec IRM, qui ne doit pas retarder le debut du TT, et EEG si encéphalopathie)

• L-arginine IV dose is 0.5 g/kg enfants ou 10 g/m2 body surface area adultes

• Puis 0,5 g/kg en perfusion continue pendant 3-5 jours

• Puis relai L Arginine per os dose pour dose

• En prevention après un premier accès de stroke, pour réduire risque de récidive : 0,15 à 0,30 g/kg en 3 prises per os

MELAS: Monitoring treatment with magnetic resonance spectroscopy

Hovsepian DA, Acta Neurol Scand, 2019,

Pic Lactate et diminution NAA/cho avant Arginine (A)

Diminution pic L et augmentation NAA/Cho pendant et 8 j apres Arginine IV (B et C)

https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/argininehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/citrullinehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/metabolic-pathwayshttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/metabolic-pathwayshttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/metabolic-pathwayshttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/synthasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/argininosuccinate-lyasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/argininosuccinate-lyasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/argininosuccinate-lyasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/proline-oxidasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/proline-oxidasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/ornithine-aminotransferasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/ornithine-aminotransferasehttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/ornithine-aminotransferase

8

2. Stimulating mitochondrial biogenesis • Augmenter la biogénèse mitochondriale (et upregulation de

l’expression des genes mitochondriaux) Kanabus 2014

• Par 2 approches :

• Diététique : Régime cétogène

• Pharmacologique : • Bezafibrate (PPARα activator)

• Resveratrol (SIRT1 sirtuin activator)

Nutrition therapy Murayama, 2019

• Etat nutritionnel des patients doit etre optimisé (carence énergétique entraine une dysfunction mitochondriale secondaire)

• Excès de Glucose entraine une augmentation de NADH , altérant la balance redox (Nutrition al Interventions in Primary Mitochondrial Disorders: Developing an Evidence Base, Kathryn M. Campa, Molec metab genet 2016)

• Un régime cétogène permet :Dimauro S, 2008 Rak M, 2016 • D’augmenter le métabolisme énergetique cerebral • En stimulant la biogénese mitochondriale • Qui augmente la concentration Cellulaire en ATP • Peut eventuellement modifier le niveau d’hétéroplasmie.

• Alimentation riche en lipides peut permettre de transférer electrons et protons au complexe II en favorisant la production de FADH2

• complexe I (Panetta J, 2004) • Cétogène dans PDH • Complexe III, Bcsl1, Purhonen J, Sci Rep. 2017

• Besoin d’ etudes supplémentaires dans maladies mitochondriales pour objectiver une efficacité , en dehors de PDH

Bezafibrate: pan- PPARα agoniste stimule PGC1a Djouadi F, Cells 2019

• Cofacteur responsable de l'induction de la biogénèse mitochondriale par interaction avec nombreux

facteurs de transcription

• Exposition de fibroblastes humains controles au BZ induit:

• une up régulation de gènes nucléaires codants pour SU RC CI, III ou IV

• Une augmentation en parallèle des activités enzymatiques des complexes correspondants

• Nombreux essais CI, II, III, IV ou multiples

• Résultats hétérogènes, contradictoires selon études (Casarin A, Orphanet J Rare Dis. 2012,Viscomi C, Cell Metab. 2011; Repp BM, 2018)

• Effets positifs obtenus sur cellules: si il existe une fonction de CR (pas de protéine trop instable ou absente)

• A poursuivre…..

Resveratrol: a SIRT1 sirtuin activator

• Plante contenant du polyphenol

• Effet du vin rouge et « french paradox »

• Effets RSV: augmentation de la densité mitochondriale dans muscle squelettique, consommation d’O2 and fibres oxydatives (Bastin J, 2016)

• Sur fibroblastes de patients C1 et CIV forme mild et severe

• Forme mild : • RSV augmente niveaux de protéine et activité enzymatique residuelle

• Corrige déficit CR et améliore ratio L/P sur cellules traitées (Lopes Costa A, Hum Molec Genet 2014)

• Pas effet dans déficit sévère

Resveratrol De Paepe B, 2017

• Activités antioxydants, mitogénétiques, antiapoptotiques

• Efficacité sur cellules dépend de: • Sévérité • Dose • Besoin d’un seuil d’activité résiduelle OXPHOS

• “Therapeutic success appears, however, to be variable and dependent on many factors, which include the severity of the underlying defect and the administered dose. Importantly, a threshold of residual OXPHOS activity seems necessary for enabling RSV to generate a response. Therefore, the life-saving potential of RSV in mitochondrial disease seems extremely limited”

• Efficacité en Traitement de soutien à 500 mg/j chez sujets agés Always SE,2017

• Clinical trial NCT 03728777 • Loekken N, Copenhagen SSIEM 2019 • Myopathies métaboliques de adulte • Pas effet 1000 mg/j in vivo

Deoxyribonucléotides , TK2 Dominguez Gonzalez C, 2019, Saada A, 2019

• Myopathie mitochondriale

• 3 formes cliniques

• CPK augmentées

• Gene de maintenance de ADN mito

• Effets cliniques positifs dans forme précoce

• Prometteur : donneur de substrats dans déplétion ADN mito …

• A suivre…..

9

Autres traitements ….

• Folates:

• Déficit cérébral en Folates: relativement fréquent dans déficits mitochondriaux, KSS Ramaeckers, VT, 2007; Serrano M, 2010

• Intérêt d’une supplémentation en acide folinique chez patients (KSS) Quijada-Fraile P, 2014

• Acide folinique : 1 mg/kg / j (up to 8 mg/kg/j)

• Carnitine:

• Déficits secondaires en Carnitine rapportés dans myopathies mitochondriales et MELAS

• Supplémentation en Carnitine peut relancer la β-oxidation et restaurer le pool intracellulaire de Coenzyme A,

• Dose: Danhauser 2015

• 3 g/ j en 3 prises chez l’adulte

• 100 mg/kg/day en 3 prises chez enfant

• Toxicité chronique (trimethylamine-n-oxide) Vallance HD, 2018

• Vitamine B12: OHCbl im dans SQOR (Van Hove JLK, Colorado, SSIEM 0-044)

• Défaillance multiviscérale, coma et acidose lactique, Syndrome Leigh

• Accumulation de Sulfide Hydrogen, inhibant complexe IV (niveau de proteine N)

Traitements spécifiques de acidose lactique métabolique Conclusion (Hirano M, 2018)

• Acidose lactique : reflet dysfonctionnement de causes multiples

• Peu de maladies traitables par traitement spécifique • Identifier et traiter en urgence ++++

• Traitements à débuter • B1 : 30 mg/kg/j chez enfant , 100-1000 mg/j chez adulte PDH et SLC19A3 (aug)

• B2 : 10-20 mg/kg/j (max 200 mg/j) ACAD9, MADD, FADS, CR

• B8 : 10 mg/j, Biotinidase, HCS, SLC19A3(aug)

• Coenzyme Q10 : 10-30 mg/kg/j, 1200-3000 mg/j adultes déficit primaire de Synthèse , CR

• Arginine : 500 mg/kg/j en IV EN Accès de Stroke MELAS, Stroke CR

• Acide folinique: 10 mg/j KSS

• Carnitine : 100 mg/kg/j CR

MERCI Créatine

• Métabolisée en Phospho-Créatine: donneur de Phosphate essential pour la synthèse d’ATP dans le muscle et le cerveau

• Pas effet de créatine phosphate dans 2 essais randomisés:

• 15 patients with CPEO or KSS,

• 7 patients avec atteinte mitochondriale non syndromique

• randomized, double-blind, placebo-controlled study:

• combination therapy including creatine monohydrate 3g/j, CoQ10 (120 mg/j), and lipoic acid (300 mg/j)

• Amélioration de force musculaire

• Diminution du taux de lactate plasmatique chez patients MELAS et

autres cytopathies mitochondriales Rodriguez MC 2007

• Doses Recommandées, à discuter :

• 100 mg/kg/day for children

• 2–5 g/day for adults

2. Bypassing respiratory chain components Drugs which have the ability to bypass defective respiratory chain compounds

include succinate, vitamin-C, and vitamin-K.

• Succinate

• Intermédiaire du Cycle de Krebs, donneurs d’electrons directement au complexe I et II, by passant le Complexe I. Pfeffer 2013

• Effet benefique dans quelques cas

• Dose : 6 mg/day.

C 10 augmente la biogenese mitochonndriale, via l’activation recepteur PPARγ et des genes cibles impliqués dans la biogenese mitochondriale C10 peut en soi moduler le nombre de mitochondries: possibilité de simplifier et alleger des regimes a base de C10 .

Acide décanoique, produit en réponse a un régime cétogène, stimule la biogénèse mitochondriale in vitro et pourrait avoir une effiacité dans cytopathies mitochondriales Kanabus M, 2016

C10

Hughes SD, 2014

https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/chronic-progressive-external-ophthalmoplegiahttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/lipoic-acidhttps://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/succinic-acid

10

Carnitine

• Déficits secondaires en Carnitine rapportés dans myopathies mitochondriales et MELAS

• Supplémentation en Carnitine peut relancer la β-oxidation et restaurer le pool intracellulaire de Coenzyme A,

• Dose: Danhauser 2015

• 3 g/ j en 3 prises chez l’adulte

• 100 mg/kg/day en 3 prises chez enfant

• Aucune étude

Puis ..

Duncan and colleagues reported mutations in COQ9 in a newborn with: (réponse-)

generalized limb hypertonia, reduced truncal tone,

lactic acidosis,

renal tubulopathy

and cardiomyopathy Duncan AJ 2009

In 2011, mutations in COQ6 have been identified in 11 patients,

phenotype similar to COQ2 or PDSS 2 Heeringa SF, 2011

All had

nephrotic syndrome with onset in the first years of life,

associated with sensorineural hearing loss in most cases,

and some CNS involvement with seizures or ataxia.

(Alice Veauville-Merllié, C Acqua viva, C Vianey Saban)

FAD synthetase = ATP:FMN adenylyl transferase

Transport and intracellular metabolism of riboflavin (from C. Vianey-Saban)

B2 et Mutation FLAD1(FAD Synthetase deficiency)

MADD et/ou multiple-respiratory-chain deficiency Et mutations in FLAD1, codant l’enzyme FADS Olsen RKJ, Am J Hum Genet 2016 Phénotype Clinique: Hypotonie Troubles de deglutition et retard de langage Cardiomyopathie, tachycardie ou sudden cardiac arrest Acidose lactique Profil de MADD (sans glycine dans urines et acylcarnitine parfois incomplete) Début le plus souvent précoce Evolution vers le décès avant 1 an (ou plus tard dans enfance) Traitement urgent par B2 +++

Transporteur de B1 • TPP carrier SLC25A19 Escobar, Padiatric Neurol 2016

• Deux Phénotypes cliniques:

• Amish Lethal Microcephaly (MCPHA)

• Dégénérescence striatale bilatérale et polyneuropathie progressive

• Acidose lactique et augmentation lactates CSF (2.9-4.2 mmol/L) pendant accès de décompensation (2 phénotypes)

• Par diminution des 3 enzymes mitochondriales dépendantes de TPP (cofacteur):

• PDH,

• 2-oxoglutarate déhydrogenase,

• and branched-chain alpha-ketoacid dehydrogenase

• 1 patient traité par thiamine 100 mg/day and a high fat diet Siu VM, Am J Med Genet 2010

• Reduction taux de lactate

• 5 patients traités par Thiamine 400-600 mg/j:

• Amélioration de neuropathie périphérique

• B1 évite la progression de la maladie

• Tous en vie (Ortigoza-Escobar, Ann Neurol 2017)

Acide folinique

• Association entre Taux bas de folate cérébral et instabilité de ADNm

• Déficit cérébral en Folates: relativement fréquent dans déficits mitochondriaux, KSS (Ramaeckers, VT, 2007)(Serrano M, 2010)

• Intérêt d’une supplémentation en acide folinique chez patients (KSS) Quijada-Fraile P, 2014

• Besoin études supplémentaires

• Acide folinique : 1 mg/kg / j (up to 8 mg/kg/j)