tssibg – hématies: aspects structuraux · 2014. 7. 1. · tssibg – hématies: aspects...

TSSIBG – Hématies: aspects structuraux

07/10/2013LOVATO Jean Baptiste L2TSSIBGDr Fromonot12 pages

Hématies : aspects structuraux et fonctionnels (métabolisme de l'hème, métabolisme du fer)

Introduction

Les globules rouges (GR) sont des cellules anuclées à durée de vie limitée à 120 jours. Leur fonction est de transporter l'O2 et le CO2Ils ont une forme de disque biconcave avec un rapport surface/volume élevé pour permettre l'échange avec O2. Ils ont une déformabilité de 7 à 8 microns qui permet le passage dans les capillaires sanguins. Ils ne possèdent pas de mitochondrie.Lors d'un frottis sanguin, grâce a une coloration au MGG, on observe une structure ronde rosée (acidophile) car il y a la présence d'hémoglobine, la zone est claire au centre.Valeur normale de GR : leur nombre est constant. (Homme =4,0 – 6,0 T/L et Femme =4,1 – 5,1 T/L) (terra=1012)

Lors du vieillissement du GR, il y a une diminution de l'activité des enzymes érythrocytaires avec :• augmentation de la fragilité membranaire, perte de la membrane• diminution de la déformabilité du GR• vieux GR bloqués dans les capillaires, cordons de Billroth (rate)

Lors d'une érythrophagocytose par un macrophage (moelle osseuse, rate, foie)→ il y a dégradation et recyclage des acides aminés (AA) de la globine et du fer héminiqueCela est équilibré par l’érythropoïèse dans la moelle osseuse des os plats (sternum, os iliaque, côtes...)La formation du GR à partir de cellules souches dure 6 jours.On a donc un pool de GR circulant constant.

1/12

Plan

A. Structure et Métabolisme de l'hématie I. Structure: membrane érythrocytaire II. Métabolisme: systèmes enzymatiques érythrocytaires

B. Érythropoïèse I. Généralités II. Étapes III. Régulation

C. Hémoglobine I. Structure II. Rôle


A. Structure et Métabolisme de l'hématie

I. Structure : membrane érythrocytaire

1. Les protéines membranaires

La membrane plasmique est constituée d'une bicouche lipidique et de protéines (groupe sanguins ABO, Rhésus, Khel...) avec pour la composition de la bicouche lipidique :

• Phospholipides membranaires (70 à 80%) avec une répartition asymétrique:◦ feuillet externe: phosphatidyl-choline + sphingomyéline◦ feuillet interne: phosphatidyl-sérine + phosphatidyl-inositol

• Cholestérol libre (20 à 25%) qui joue un rôle dans la déformabilité. Il y a des échanges avec le cholestérol plasmatique.

Le cytosquelette membranaire forme un maillage protéique qui a un rôle très important dans la déformabilité, cela permet le maintien de la forme biconcave.

Les protéines sont définies par électrophorèse avec la lecture de bandes correspondant à différentes protéines comme :

• protéine bande 3 avec un ancrage protéique 4.1 et 4.2 Lors d'un déficit en bande 3, on a comme pathologie une sphérocytose héréditaire (20%)

• La glycophorine A (GPA) qui porte les antigènes (Ag) des groupes sanguins M et N. On la trouve dans les récepteurs pour plasmodium qui sont des récepteurs d'entrée.

• La glycophorine B (GPB) porte les Ag du groupe sanguin N et S• La glycophorine C (GPC) permet la liaison avec la protéine 4.1• protéines échangeuses de cation :

◦ La pompe Na/K ATPase permet l'échange de potassium (K) et de sodium (Na) contre le gradient. L'énergie nécessaire est fournie par l'ATP.

◦ co-transport Na/K/2 Cl◦ canal cationique non sélectif (Na/K)

Échangeur de cations liés à la glycolyse anaérobie (voie Embden Meyerof)• protéines échangeuse d'anions : antiport HCO3/Cl• protéines échangeuses de sucres : GLUT 1 permettant l'entrée de sucre.

2/12


2. Les protéines du cytosquelette

Les principales sont:• spectrine• protéine 4.1• ankyrine• adducine• actine (micro-filament permettant l’interaction entre glycophorines entre autre)

Elles développent de nombreuses interactions entre elles et maintiennent la forme biconcave. Il y a 2 complexes importants:

• «complexe vertical» avec les protéines β-spectrine/ankyrine/protéine 4.2/bande 3→ Un déficit au niveau de ce complexe entraîne la sphérocytose héréditaire

• «complexe horizontal» avec les protéines α-spectrine/protéine 4.1/actine→ Ce complexe est responsable d'elliptocytose héréditaire en cas de déficit.

II. Métabolisme: systèmes enzymatiques érythrocytaires

1. Généralités: les grandes fonctions

• Le maintien hémoglobine fonctionnelle: transport O2

Maintien de Hb-Fe2+ (ions ferreux) qui est la seule forme fixant l'O2→ avec l'intervention de la méthemoglobine réductase (NADH dépendant)→et du NADH produit par glycolyse anaérobie (voie d'Embden-Meyerhof)

• Maintien de l'intégrité des protéines: lutte contre oxydation

Cela se fait par la protection des thiols (-SH) des protéines par un anti-oxydant, le Glutathion réduit→ Glutathion réductase (NADPH dépendante) permettant la régénération du Glutathion (G-SH)→ Le NADPH est produit par la voie des pentoses phosphates

3/12


• Maintien de la forme biconcave

Cela se fait en maintenant la concentration des ions intraglobulaires avec :→ la pompe Na/K ATPase (ATP dépendante)→ l'ATP produit par Glycolyse anaérobie (voie d'Embden-Meyerhof)

2. Voie EMBEN-MEYERHOF (EMP: Embden Meyerhof Pathway) : glycolyse anaérobie

3. Voie des pentoses phosphates

4/12


4. Shunt LUEBERING-RAPOPORT (= shunt de EMP)

5. Application en pathologie: le favisme

• Dans cette pathologie, il y a un déficit en glucose-6-phosphate déshydrogénase.• Cette maladie héréditaire est liée au chromosome X, elle atteint donc l'homme en très grande majorité

(9 fois sur 10)• Elle touche principalement le bassin méditerranéen et le Moyen-Orient• En France, 450 000 patients sont déficitaires• La maladie est généralement asymptomatique, mais s'il y a un stress oxydant très important (oxydants

alimentaires comme les fèves, ou médicamenteux avec les infections ou d'autres stress), on a une lyse des GR qui amène une anémie hémolytique.

Le favisme est reconnu par l'observation de: corps de Heinz (Hb dénaturés), hémighost (seule la moitié de la cellule est remplie), ou d'hématies mordues qui ont perdu une partie de leur membrane.

5/12


B. Érythropoïèse

I. Généralités : localisation et durée de production

◦ Localisation: chez l'embryon, l'érythropoïèse est hépato-splénique. Chez l'enfant et l'adulte, elle continue dans la moelle osseuse des os plats.

◦ Production: 2 millions de GR sont produits par jour 6 à 8g d'Hb en compensation de l'hémolyse physiologique correspondant à 1/120 de la masse par jour. 10% de l'érythropoïèse est inefficace.

◦ Durée: 5 à 6 jours. Il y a un arrêt des mitoses lors de la saturation en Hb.

II. Étapes de l'érythropoïèse

mitose 1 mitose 2 mitose 3Pro-érythroblaste → Érythroblaste basophile (bleu) I → Érythroblaste basophile II → Érythroblaste

mitose 4polychromatophile (cytoplasme entre basophile et acidophile) → Érythroblaste acidophile (avec toujours la

arrêt de la mitose avec concentration en Hb correcte présence du noyau) → expulsion du noyau → Réticulocyte (contenant encore quelques matériaux nucléaires et

passage dans le sang (ex : après une anémie érythropoïétique) des mitochondries) qui mûrit durant 24 à 48h avec la perte des reliquats nucléaires → GR mature

• La durée de l'érythropoïèse médullaire dure 6 jours.• Les réticulocytes terminent leur maturation durant 24 à 48h dans le sang• Le pro-érythroblaste subit 4 mitoses et donne théoriquement 16 GR.• Dans la moëlle osseuse, l'érythropoïèse se fait dans les îlots érythroblastiques comprenant des

macrophages et des érythroblastes.

1. Modifications morphologiques au cours de la maturation

• Diminution du volume cellulaire, du noyau et du rapport noyau/cytoplasme (N/C).• La condensation de la chromatine est associée à une synthèse protéique jusqu'à l'expulsion du noyau.• Lors de la synthèse progressive d'Hb se produit un changement de coloration du cytoplasme avec :

◦ la perte de la basophilie existant aux stades très immatures◦ l'apparition progressive de l'acidophilie

2. Régulation de la mitose

Si la quantité d'ADN est insuffisante, la concentration en Hb sera correcte (CMH= 32%) et les Hb fonctionnelles avant la fin des 4 mitoses normales. Il en résulte un arrêt plus précoce des mitoses pour une augmentation plus rapide de la concentration en Hb : la cellule sera plus grosse, on parlera de macrocytose (on aura moins de GR, mais plus gros).

6/12


Si la quantité d'ADN est correcte mais la concentration en Hb (32% minimum) est atteinte plus lentement, une mitose supplémentaire se fera: on parlera de microcytose (on aura d'avantage de GR, mais plus petits).

On parle d'asynchronisme de maturation.

III. Régulation

Il existe de nombreux régulateurs, dont l'EPO synthétisée par les reins (une insuffisance rénale peut donc entraîner une anémie..).Ils permettent la mise en cycle mitotique BFU-E (avant même le précurseur des érythroblastes), l'activation du métabolisme, la synthèse de l'Hb, et l'expulsion du noyau.

1. L'EPO

C'est une hormone glycoprotéique, codée par le chromosome 7, possèdant 166 acides aminés, pesant 35 kDa, et contienant 15% d'acide sialique.Elles est produite par les cellules endothéliales péritubulaires du rein, à 90%, et à 10% par le foie.Sa concentration sanguine est de 10 à 20 mU/ml (avec 1U = 12,5 ng).Il y a un contrôle de la sécrétion lors de la diminution de la PaO2. En effet, lors d'une diminution de la PaO2, il y a une hypoxie et les reins se mettent donc à produire plus d'EPO, permettant la synthèse d'Hb dans la moëlle osseuse.

Les effets médullaires sont :• la prolifération et la différenciation desCFU-2• la stimulation de la synthèse d'Hb• l'accélération de la sortie médullaire des réticulocytes

2. Facteurs exogènes: Le Fer

On en trouve entre 35 et 50mg par kilogramme (3 à 4g au total chez l'adulte). Pour le fer fonctionnel : on le retrouve sous forme d’hémoglobine à 66%, mais de myoglobine à 3% (et de cytochrome C, de peroxydase, de catalasa, de flavoprotéine à 0,2%.On retrouve du fer de transport avec la transferrine (0.2%) et de réserve sous forme de ferritine (30%) dans le foie ou d'hémosidérine. L'homme a environ 1200 mg de fer de réserve tandis que la femme en a 600.

• Cycle du fer:

GR (Hb)

Erythroblastes (MO) Ferritine (foie) Macrophage (moelle, foie, rein..)

Transferrine (plasma)

Apport exogène (10 a 25 mg/j) → Absorption digestive (1à 4 mg/j) excrétion (1 à 3mg/j)

Le fer est stocké ou utilisé dans érythropoïèse de manière très importante.

7/12


• La coloration de Perls permet d'identifier (en bleu) les grains de fer des érythroblastes sur les myélogramme. On voit des sidéroblastes en couronne en cas de surcharge de fer..

• Les pathologies liées au métabolisme du fer sont :◦ anémie par carence en fer: carence martiale (anomalie de quantité)◦ anémie inflammatoire avec séquestration du fer (par les macrophages) (anomalie de disponibilité)◦ surcharge en fer: hémochromatoses → organes saturés (foie, rate..)

3. Facteurs exogènes: vitamines B12 et folates (B9)

Ils sont indispensables dans la synthèse de l'ADN, si on a une carence, les conséquences sont :• un ralentissement de la maturation nucléaire par rapport au cytoplasme (asynchronisme de maturation

nucléo-cytoplasmique)• un gigantisme cellulaire (croissance cellulaire mais mitoses difficiles)• toutes les lignées cellulaires sont touchées (mais les GR sont les premiers observables)

a) Les Cobalamines ou vitamine B12

C'est un coenzyme de 2 réactions majeures : acide propionique → acide succinique homocystéine → méthionineUn apport équilibré de 10 à 50 μg/jour (foie, viande, poisson, laitage) couvre largement les besoinsLes réserves sont dans le foie et elles sont abondantes pour 2 à 4ans. Le dosage sérique (RIA) pour la méthylcobalamine est de 150 à 800 mg/l.L'absorption de la vitamine B12 nécessite un complexe vitamine B12-facteur intrinsèque-récepteur intrinsèque:

◦ le facteur intrinsèque (FI) est secrété par les cellules de la paroi de l'estomac◦ liaison gastrique FI-B12◦ absorption iléale B12 grâce au récepteur au FI◦ transport plasmatique par la protéine transcobalamine

b) Les Folates ou vitamine B9

Ce sont des transporteurs d'unités monocarbonées et ont un rôle dans la synthèse des bases puriques, du TMP, de la méthionine, dans la conversion sérine-glycine, dans la dégradation des histidines.Un apport équilibré (légumes verts, fruits secs, chocolat) couvre les besoins.Les réserves de folate sont dans le foie, elles sont faibles et épuisables en 3-4 mois.L'absorption se fait au niveau du jéjunum et le transport plasmatique se fait par l'albumine.Le taux sérique (RIA) de méthyl-THF est de 5 à 15 μg/l et le taux érythrocitaire est de 150 à 400 μg/l.

c) Pathologies liées au métabolisme:

Anémie macrocytaire et mégaloblastique:• par carence• par troubles de l'absorption• maladie auto-immune de Biermer: auto-anticorps anti FI

8/12


C. Hémoglobine

I. Structure

• C'est un tétramère (4 chaînes de globines): HbA α2/β2 a 2 chaînes α (141 acides aminés) et 2 chaînes β (146 acides aminés)Le gène de l'Hb se trouve sur le chromosome16 pour la chaîne α et sur le chromosome 11 pour la chaîne β.1 chaîne correspond à une hélice alpha + un hème. L'hème (qui est la molécule contenant le fer) correspond à de la protoporphyrine IX avec un atome de fer.La structure primaire de chaque chaîne de globine est composée de 8 hélices α notées de A à H.Les acides aminés sont chargés en surface et la crypte apolaire correspond à l'hème et au site de liaison à l'O2Les histidines E7 et F8 lient l'hème.

• Structure de l'hème→ Protoporphyrine IX noté Pp IX (4 noyaux pyroliques) + un ion ferreux Fe2+

◦ La liaison entre le fer et Pp IX est une liaison covalente par des atomes d'azote.◦ Le complexe Hème – Globine forme des liaisons avec l'histidine F8 et Fe2+

◦ Le complexe O2 – Hb se fait par le Fe2+ de l'hème

Le fer ferreux (Fe2+) est un élément indispensable.

• Relation structure hème/oxygènation

◦ L'hème réduit correspond au fer décalé du plan de Pp IX.La forme T de l'hème (tensed) est associé à l'Hb désoxygénée (déOxyHb).L'oxygénation entraîne des modifications électroniques de l'hème, modifiant la structure de l'Hb

◦ L'hème oxydé, correspond au fer dans le plan de Pp IXLa forme R (relaxed) est associé à l'Hb oxygéné (OxyHb). Il y a un déplacement des hélices H et F avec la rotation du dimère de 15°.

L'impact de la structure sur la fonction de l'Hb équivaut à une molécule allostérique.• action de O2 sur une chaîne :

la fixation de l'O2 sur une chaîne entraîne un changement de conformation de T en R. Ce changement se répercute sur les autres chaînes et favorise la fixation de l'O2 qui a un effet allostérique positif sur l'Hb.

• action du récepteur sur l'O2 : l'état R du récepteur a une plus grande affinité pour l'O2En effet, plus l'Hb fixe l'O2, plus l'Hb est capable d'en fixer d'autres. On dit qu'il y a un effet coopératif positif entre l'Hb et l'O2.

9/12


II. Rôle

1. Transport de l'O 2 et saturation

L'équation de HILL permet de déterminer la saturation en O2(PO2/P50)n = SO2/(100-SO2)

avec n=coefficient de HILL variant avec PCO2, PO2, pH et la températureSO2 saturation, fraction de sites occupés par O2 sur GRP50: correspond à la pression partielle en O 2 pour laquelle 50% des sites sont occupés. La P50 de la myoglobine est inférieure à celle de l’Hb, ce qui fait que la myoglobine a une plus grande affinité pour l’O2 par rapport à l’Hb.

• Au niveau des poumons:Il y a une diffusion libre par le gradient de pressionair alvéolaire: PO2=100mmHgartère pulmonaire: PO2=40mmHgLe GR se charge en O2 (PO2=100mmHg)O2 a un effet allostérique positif sur Hb, effet coopératif positif (entre Hb et O2)

• Au niveau des tissus: Diffusion libre par gradient de pression PO2 des tissus= 40mmHg permettant le relargage de l'O2L'Effet Bohr correspond à la production de CO2 et à l'augmentation de H+

provoquant une diminution de l'affinité pour l'O2 d'où le relargage de l'O2

10/12


1. Transport de l'O2: effet Bohr

2. Transport d'autres molécules: CO, CO 2, NO

• Le monoxyde de carbone (CO) forme le complexe carboxy-hémoglobine (Hb-CO) :Le CO a une forte affinité pour l'hème: 200-300 fois supérieure à l'O2 déplaçant la courbe d'affinité de l'Hb pour l'O2

• Le dioxyde de carbone (CO2) forme avec l'Hb le complexe carbamino-hémoglobine (Hb-CO2) :L'Hb ayant lié du CO2 sur un acide α-aminé N-terminal d'une chaîne β, cela favorise la forme T de l'Hb et donc une moindre affinité pour O2

• Le monoxyde d'azote (NO) est une molécule vasodilatatrice à très forte affinité pour l'Hb (8000 fois supérieure par rapport à l'O2

3. Hémoglobine chez l'adulte

Les différentes chaînes de globine de l'Hb adulte:• Chromosome 16: 2 gènes α (α1, α2) → Globine α• Chromosome 11: 2 gènes γ (γG, γA) → Globine γ

Gène β → Globine β Gène δ → Globine δ

Hb A (α2β2) = 98%HB A2 (α2δ2) = < 2%Hb F (α2γ2) = traces (le prof a insisté sur ces repères)

11/12


4. Hémoglobine au cours de l'embryogenèse

• Vie embryonnaire : Hb Gower 1 (ζ2ε2), Gower 2 (α2ε2), Portland (ζ2γ2) • Vie fœtale: Hb F (α2γ2) (Gène ζ sur chromosome 16)

• Après 6 mois: hémoglobine identique à l'adulte.

5. Mutations : Hémoglobinopathie

a) Défaut d'une chaîne

• α-thalassémie: délétion sur le chromosome 16 entraînant un défaut de chaîne α. ◦ La délétion de 4 gènes α provoque une anasarque fœtale donc une mort in utero.◦ La délétion de 3 gènes α entraîne une hémoglobinase H donc une anémie hémolytique chronique.◦ La délétion de 2 gènes α est à l'origine d'une thalassémie mineure et il n'y a pas de signes cliniques.◦ La délétion d'1 gène α entraîne une thalassémie silencieuse et donc pas de signes cliniques.

• β-thalassémie: mutation sur le chromosome 11 donnant lieu à un défaut de chaîne β.◦ Un homozygote aura une β-thalassémie majeure (Cooley) donc une anémie.◦ Un hétérozygote aura β-thalassémie mineure donc pas de signes.

b) Synthèse d'une chaîne anormale

Drépanocytose (Hb-S) (α2β2 6Glu→ Val)• Il y a une mutation de la chaîne β en position 6 avec l'acide glutamique qui remplace la Valine.• Les protéines anormales sont détectées par électrophorèse. Voici des pourcentages de différentes Hb

chez une personne atteinte de la drépanocytose :◦ Hb A (α2β2) : 0 % (pour un patient normal : 98%)◦ HbA2 : 2 à 4 % (chez un patient normal : 2%)◦ HbF : 1 à 15 % (normalement, c'est à l'état de traces)◦ HbS : 75 à 95 %

• Elle est importante en Afrique.• On aura une désoxygénation prolongée → polymérisation de Hb désoxygénés d'où la falciformation • Les conséquences sont une anémie hémolytique et une crise vaso-occlusive (surtout au niveau de la

rate).

12/12

tssibg – hématies: aspects structuraux · 2014. 7. 1. · tssibg – hématies: aspects...

Documents