Le document traite du métabolisme phosphocalcique, mettant en avant le rôle essentiel du calcium et des phosphates dans la structure osseuse et les processus biologiques. Il explique la régulation de la calcémie par trois hormones principales : la parathormone, la vitamine D et la calcitonine, ainsi que l'importance de maintenir des concentrations précises de calcium et de phosphore dans l'organisme. La vitamine D, en particulier, est décrite comme cruciale pour l'absorption intestinale de calcium et joue divers rôles physiologiques au-delà de la régulation calcique.

1. Université Hassan II-Mohammedia-Casablanca FACULTE DES SCIENCES BEN M’SIK METABOLISME PHOSPHOCALCIQUE : REGULATION ET DESORDRES Module : Physiopathologie Humaine II Master : BIOLOGIE ET SANTE 2009-2010 Pr. El Hassane TAHRI

2. METABOLISME PHOSPHOCALCIQUE ET REGULATION DE LA CALCEMIE Le calcium et les phosphates forment ensemble les cristaux d’hydroxyapatite : (Ca3(PO4)2).3Ca(OH)2,qui déposés sur la matrice du collagène, assurent la texture du tissu osseux des vertébrés. Le calcium (Ca++) de son côté joue un rôle capital dans le fonctionnement de nombreuses activités cellulaires. Le phosphate (indépendamment du calcium) est le principal tampon intracellulaire et urinaire. Il participe aussi à la structure des acides nucléiques, des membranes, ATP, GTP ….

3. IMPORTANCE DU CALCIUM Sous forme de sels : le calcium et les phosphates forment le minéral du squelette : les cristaux d’hydroxyapatite [(Ca3(PO4)2)3.Ca(OH)2], qui déposés sur la matrice du collagène, assurent la texture du tissus osseux (morphogénie et modelage des vertébrés)

4. IMPORTANCE DU CALCIUM Sous forme ionisée (Ca++), il joue un rôle dans plusieurs processus biologiques : l’excitabilité nerveuse et la transmission des influx nerveux; Les changements de perméabilité des membranes; la contraction musculaire ; la régulation des processus de sécrétion (hormones); médiateur cellulaire de l’action de nombreuses hormones; Participe à des réactions en chaînes (ex : coagulation du sang et activité musculaires); Régulation de l’activité de certaines enzymes (ex : protéines kinases dépendantes du calcium et de la calmoduline).

5. IMPORTANCE DU CALCIUM L’importance biochimique de l’ion calcium nécessite le maintien dans des limites très étroites de ces concentrations extracellulaires et intracellulaires. la régulation phosphocalcique s’effectue par l’action de 3 principales hormones : - la parathormone (PTH), - la vitamine D (vitD) - la calcitonine (CT)

6. Concentrations en Calcium et en phosphates de : l’eau de mer, l’eau douce, certaines vertébrés et un invertébré Calcium total (mg/l) Calcium ionisé (mg/l) Phos-phates (mg/l) Eau de mer Eau douce 400 36 400 36 0.1 Invertébré marin : Nephrops 478 Vertébrés : Lamproie ( Petromyzon marinus) Requin (carcharhinus) Téléostéen marin (Paralabrax) Mammifères (Homo sapiens) 104 180 128 95 70 124 80 50 39 60 60 30

7. L’importance biochimique de l’ion calcium nécessite le maintien dans des limites très étroites de ces concentrations extracellulaires et intracellulaires. la régulation phosphocalcique s’effectue par l’action de 3 hormones : la parathormone, la 1,25(OH)2 vitamine D3 la calcitonine Ces hormones ont pour organes cibles : l’intestin l’os le rein les glandes parathyroïdes

8. Phylogénie des hormones du métabolisme phosphocalcique (1) Le C.U.B (corps ultimobranchial) est la première glande endocrine contrôlant le métabolisme phosphocalcique. Le C.U.B apparaît chez les chondrichthyens. Le C.U.B synthétise et sécrète la calcitonine (hypocalcémiante). Le C.U.B est retrouvé chez tout les vertébrés à mâchoires, à l’exception des mammifères où il fusionne avec l’ébauche thyroïdienne pour former les cellules C ou cellules parafolliculaires.

9. Phylogénie des hormones du métabolisme phosphocalcique (2) Le corpuscule de stannius (glandes au voisinage du rein), chez certains poissons téléostéens et holostéens participe à la régulation de la calcémie. L’ablation du corpuscule de stannius provoque une hypercalcémie. Les glandes parathyroïdes apparaissent à partir des tetrapodes (amphibiens) Le métabolisme de la vit D est mal connu chez les vertébrés inférieurs malgré la présence des métabolites de la vit D. C’est chez les oiseaux et les mammifères, que le rôle de la vit D est bien déterminé.

10. Niveaux d’organisation du calcium de l’organisme chez les vertébrés Niveau d’organisation Renouvellement calcique Demie vie Moléculaire Liaison Ca et : 1. Molécules organiques (Prot., Phospholipi.) 2. Membranes (bioexcitabilité) < milliseconde 2. Infracellulaire Echanges Intracell. entre le cytoplasme: Réticulum endoplasmique Mitochondrie noyau Seconde 3.Cellulaire Echanges transmembranaires entre le cytoplasme et les liquides extracell. : Influx passif Efflux actif minute 4.Tissulaire Echanges transépithéliaux : Intestin Os Rein < heure 5.Organisme Bilans calciques : Bilans positifs et négatifs Croissance Sénescence Jours, mois Années années

11. Dans cette partie du cours , on va s’intéresser au : Contrôle et à la régulation de l’homéostasie calcique systémique

12. Les principaux compartiments du calcium et leur taux d’échanges

13. Contenu total de l’organisme humain en Ca, Mg et phosphates

14. La calcémie Besoins en calcium : 1 g/jour . Chez les mammifères, la valeur de la calcémie (calcium total) est de l'ordre de : 100 mg/l = 2,5 mM/l = 5 mEq/l . Chez l'homme = 97 ± 5 mg/l ; Chez la femme = 95 ± 6 mg/l .

15. Le calcium plasmatique se présente sous 3 formes : Calcium ionisé : 50 mg/l = 1.25 mM/l = 2.5 mEq/l Calcium lié au acides organiques (sels de phosphates, citrates, carbonates …etc) : 5 mg/l Calcium non diffusible (lié aux protéines plasmatiques : 45 mg/l 80% lié aux albumines 20% lié aux globulines ultrafiltrable

16. Le calcium ionisé La forme physiologiquement active est le calcium ionisé (Ca ++ ). L'importance de la partie du calcium lié aux protéines explique que la calcémie totale soit influencée par la concentration en protéines du plasma. Le degré de liaison aux protéines et de l’ionisation dépend du pH du milieu et des autres électrolytes (bicarbonates, phosphates et magnésium). Ce sont les déviations de la normale du calcium ionisé qui entraînent les manifestations cardiaques et neuromusculaires de l'hyper et de l'hypocalcémie .

17. Calcium intracellulaire Le squelette comprend les 99% des 1100g du calcium total. Le squelette est en état de renouvellement constant. Environ 18% de la masse osseuse est renouvelée par an . Elle diminue d'un tiers chez la personne âgée. Cet échange continuel entre le plasma et l'os se fait à partir des 2 pools de calcium osseux : l'un rapidement échangeable représentant 1 à 4% du total et l'autre plus stable parce que lentement échangeable. L'autre pool de calcium intracellulaire se trouve dans les mitochondries et le réticulum endoplasmique.

18. Remarques : Plus de 99% du calcium de l'organisme se trouve dans l'os (et les dents), le reste dans les cellules et le liquide extracellulaire. La masse qui est soumise à la régulation ne représente que le1/1000 du calcium total. Au niveau de l'os, il n'est pas facile de distinguer entre les processus de l'homéostasie calcique et les phénomènes osseux qui ont la priorité sur les besoins immédiats. La PTH, la CT et les métabolites de la vitamine D jouent certainement un rôle dans ces régulations. De même que l'hormone somatotrope, les hormones thyroïdiennes et les hormones sexuelles.

19. Métabolisme du phosphore La phosphatémie : C’est une grandeur très variable chez les mammifères : - homme : 30 à 40 mg/l - rat : 60 mg/l Distribution : dans le plasma et à pH = 7.4: Sous forme ionisée HPO4 -- = 80% H 2 PO4 - = 20% PO4 --- = traces sous forme de phospholipides et de phosphoprotéines : 90 mg/l Dans le squelette : cristaux d’hydroxyapatite (85 % du phosphore de l’organisme) La phosphatémie est fonction de l’âge : - Nourrissons = 50-75 mg/l - 1-10 ans = 45-56 mg/l - Adultes = 30-40 mg/l

20. Importances du métabolisme des phosphates Besoins : 800 à 1200 mg/jour . Le phosphore forme avec le calcium des cristaux d’hydroxyapatite ( 80-85 % du phosphore de l’organisme). Indépendamment du calcium le phosphore à un rôle: dans la structure des acides nucléiques; dans la structure des membranes; dans les composés énergétiques (ATP, GTP, …); dans l’activation de nombreuses protéines (Protéines kinases); de tampon intracellulaire et urinaire.

21. Remarques : La concentration des phosphates présente des variations liées à l'apport alimentaire et à l'excrétion rénale ainsi qu'à un rythme nycthéméral : les valeurs les plus basses étant observées le matin et étant suivies d'une élévation au cours de la journée avec un maximum vers 20 H. L'excrétion urinaire suit fidèlement ces fluctuations qui sont indépendantes de l'action de la parathormone mais dépendent probablement du cortisol.

22. Les vitamines D Le terme « vitamine D » regroupe toute une famille de composés chimiques ayant des propriétés antirachitiques. Ce sont des sécostéroïdes (un des noyaux des stéroïdes est ouvert): c’est le noyau B qui est ouvert entre C9 et C10. Les deux principaux membres sont : L’ergocalciférol ou vitamine D2 : obtenue par irradiation UV de l’ergostérol (plantes); Le cholécalciférol ou vitamine D3 : obtenue par irradiation UV du 7-déhydrocholestérol dans le derme (présent dans huile de foie de poisson)

23. Structure de la vitamine D Vitamine D2 ou Ergocalciférol Vitamine D3 ou Cholécalciférol

24. La vitamine D3 et ses métabolites L'effet le plus connu des métabolites de la vitamine D est l'augmentation de l'absorption intestinale de calcium. C'est la vitamine antirachitique . Le rachitisme est une maladie qui existe depuis des millénaires. Des lésions de type rachitique ont été observées sur des squelettes du néolithique. Des descriptions d'une affection rappelant le rachitisme ont été trouvées dans des vestiges provenant de l'Egypte, la Grèce et la Rome antique. La vitamine D, ou plutôt sa forme active la 1,25-dihydroxyvitamine D , contrôle le métabolisme phosphocalcique en agissant à la fois sur l'intestin, le rein, le squelette et les glandes parathyroïdes. Effets noncalcémiques du 1,25(OH)2D3 : Stimule la production d’insuline par le pancréas; Diminution de la production de rénine par le rein; Participe à une prolifération et une différentiation cellulaires normales de nombreux tissus (Prostate, Colon, Sein…) et donc joue un rôle anticancéreux.

25. Quelques dates dans l'histoire de la vitamine D (1) Au cours du 19 ème siècle, R. Darbey (Angleterre) a mis en évidence le rôle curatif de l'huile de foie de morue dans le rachitisme. 1880 : traitement des déformations de l'os par le soleil. 1917 : Hess montre que l'huile de foie de morue contient un facteur qui guérit le rachitisme. 1919 : Mellanby démontre qu'une vitamine présente dans l'huile de foie de morue permet de guérir les altérations squelettiques du rachitisme. 1919 : Huldschinsky et Hess (chacun de son côté) montrent que l'irradiation de la peau par les rayons ultra-violet guérit le rachitisme. 1920 : Mc Colum utilise le terme vitamine D , qui correspond au facteur antirachitique. 1932 : Askew réalise la première synthèse chimique de la vitamine D2 ou ergocalciférol par irradiation d'un stérol végétal.

26. Quelques dates dans l'histoire de la vitamine D (2) 1936 : Synthèse chimique de la vitamine D3 ou cholécalciférol par le groupe de Winduas. 1963 : Synthèse d'une vitamine D3 radioactive avec une haute activité spécifique dans les laboratoires de H. F. DeLuca, ce qui a permet l'étude du devenir de cette vitamine in vivo. 1969 : De Luca a montré qu'à l'état normal le liquide extracellulaire est sursaturé en calcium par rapport au minéral osseux , mais dans le cas du rachitisme, le liquide extracellulaire est sous saturé par rapport au minéral osseux et il n'y a pas de calcification. Un des rôles physiologiques de la vitamine D consiste à augmenter la concentration plasmatique du calcium ( par augmentation de la réabsorption intestinale et mobilisation de l’os profond) de manière à assurer une calcification de l'os.

27. Les voies de procurer la vitamine D Deux manières chez les mammifères : Absorbée à partir de certains aliments : vitamine D2 obtenue par irradiation de l’ergostérol (provitamine D2) d’origine végétale. Cet apport est faible, car c’est l’une des vitamines la moins répandue dans la nature; Biosynthèse au niveau de la peau : seulement vitamine D3.

28. Sources les plus riches de vitamine D (en UI pour 100g - 1 UI = 0,025 µg ) Huile de foie de morue Hareng cru Saumon Sardines en boîte Thon en boîte Céréales Oeufs de poule Beurre Foie de boeuf Foie de veau Lait 3 400 900 500 300 230 50 40 30 19 14 4 - 8

29. Apports quotidiens conseillés en vitamine D (1 UI = 0,025 µg) Prématurés Nourrissons < 6 mois Enfant de 6 à 12 mois Enfant de 1 à 3 ans Enfant de 4 à 9 ans Enfant de 10 à 12 ans Adolescents Adolescentes Homme adulte Femme adulte Femme enceinte Femme allaitantes Personnes âgées 600 UI 400 UI 400-600 UI 400-600 UI 400 UI 400 UI 400 UI 400 UI 400 UI 400 UI 600 UI 800 UI 480 UI

30. Les aliments les plus riches en vitamine D: les œufs, le beurre , le foie, le poisson gras et surtout les huiles extraites du foie de certains poissons (morue …).

31. Biosynthèse de la vitamine D 1 2 5 6 8 9 3 4 10 11 12 19 14 13 16 17 15 18 20 21 22 25 27 26 7-dehydrocholestérol 23 24 7 A B C D

32. Copyright ©2004 The American Society for Nutrition DeLuca, H. F Am J Clin Nutr 2004;80:1689S-1696S Structure of vitamin D3, or cholecalciferol, and its numbering system

33. Biochimie de la vitamine D

36. Production rénale et extrarénale et effets endocrines, autocrines et paracrines du 1,25(OH)2VitD

37. Copyright ©2005 American Physiological Society Dusso, A. S. et al. Am J Physiol Renal Physiol 289: F8-F28 2005; doi:10.1152/ajprenal.00336.2004 Role of 1,25(OH)2D3 in calcium homeostasis

38. Biosynthèse Vit D 1.Formation cutanée Formation cutanée Chez l’homme la vit D est une hormone UV dépendante. Elle est synthétisée dans la peau sous la couche pigmentée. 7-déhydrocholestérol PrévitD3 VitD3 Longueurs d’ondes UV actives = 290-310 nm. La vitD circule dans le sang liée à la DBP. Quels sont les facteurs limitant la biosynthèse? Région de l’épiderme;  (290-310 nm); Température de la peau : max à 36.5-37.5°C. Chez les amphibiens, les reptiles et les oiseaux … : existence de zones réceptrices aux UV : Le lapin : oreille Oiseaux : pattes Homme : peau

39. Biosynthèse de la Vitamine D 25OHD3 et 1,25(OH)2D3 C25 C25 C1

40. Biosynthèse Vit D 2. Formation hépatique du 25OHvitD3 Hépatectomie pas de 25OHD3 ; 25hydroxylase hépatique : dans les microsomes et elle est à cytochrome P450 ; Cette réaction se fait essentiellement dans le foie, mais la peau, l’intestin et le rein peuvent y participer (contribution très relative). La 25 hydroxylation de la vitD est faiblement régulée : le taux de 25OHD3 augmente en fonction de la prise de vitD3 ; Le dosage de 25OHD3 est le meilleur indicateur du statut en vitD.

41. Biosynthèse Vit D 3. Formation rénale du 1,25(OH)2vitD3 Néphrectomie bilatérale empêche la formation de la 1,25(OH)2D3 ; 25OHD3 est hydroxylé en 1,25(OH)2D3 dans le rein ; Présence d’une 1  hydroxylase rénale dans la membrane mitochondriale surtout au niveau des cellules du tubule contourné proximal ; Il existe aussi une 24hydroxylase et on peut avoir du 24,25(OH)2D3; D’autres tissus expriment la 1  hydroxylase : macrophages, prostate, colon, Sein, placenta …. Dans l’IRC et d’autres pathologies (sarcoïdose, tuberculose, granulomatose, arthrites rhumatoïde), la participation de la production extrarénale au taux circulant de 1,25 VitD est significative.

42. Catabolisme de la vitD L’effet puissant du 1,25(OH)2D3 à augmenter la calcémie implique une régulation précise et efficace des taux circulants de cette hormone ; Ce contrôle dépend de la biosynthèse et de la dégradation du 1,25(OH)2D3 Dégradation? Transformation en métabolites trihydroxylés : 1,24,25(OH)3D3, 1,25,26(OH)3D3 1,25(OH)2D3-23,26 lactone ; Captation par les tissus cibles et inactivation par clivage la chaine latérale : perte de C24 à C27 et la présence d’un groupement acide en C23 acide calcitroïque (produit non liposoluble) ; Mise en évidence d’un cycle entérohépatique ; Autres voies ….

43. Contrôle de la production des métabolites de la vitD Le calcium plasmatique La PTH Le phosphate Insuline et IGF-1 L’acidose 1,25(OH)2D3 Les hormones sexuelles

44. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 1. Le calcium Boyle (1971) chez le rat : taux de 1,25(OH)2D3 et du 24,25(OH)2D3 en fonction : (figure) régime pauvre en calcium Régime riche en calcium

45. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 2. La parathormone (PTH) : Production de 1,25(OH)2D3 en fonction de PTH et AMPc - Sur des tubes rénaux de poulet rachitique : (tableau) - Rat rachitique carencé en vitD : (figure) La PTH agit sur la transcription du gène codant pour la 1 α hydroxylase et sur le niveau de son ARNm

46. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 3. Le phosphate : - Baisse de la phosphatémie stimule l’activité de la 1 α hydroxylase indépendamment de la PTH. (Phosphate puissant stimulateur de production de PTH) L’action de l’hypophosphatémie est observée même en l’absence de glandes parathyroïdes. [PO4] diminue : 1,25(OH)2D3 augmente et du 24,25(OH)2D3 diminue [PO4] augmente : 1,25(OH)2D3 diminue et du 24,25(OH)2D3 augmente - L’action du PO4 sur 1 α hydroxylase et 24 α hydroxylase se fait au niveau des ARNm.

47. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 4. Insuline et IGF-1 Somatomédine (IGF-1) : action via la phosphatémie l’hypophysectomie bloque l’action stimulatrice de l’hypophosphatémie sur la 1 α hydroxylase ; L’injection de l’hormone de croissance à des rats hypophysectomisés rétablit cette réponse à l’hypophosphatémie ; GH IGF-1 (foie) : action de la phosphatémie L’insuline : rats diabétiques (streptozotocine) et déprimés en PO4 incapablent de stimuler la 1 α hydroxylase.

48. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 5. L’acidose : l’acidose métabolique affecte le métabolisme de la vitD de 2 façons : Bloque l’action de la PTH sur 1 α hydroxylase au niveau du TCP (couplage RPTH-AMPc); Augmente l’activité 24 α hydroxylase ( augmente la dégradation de 1,25(OH)2D3).

49. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 6. 1,25(OH)2D3 : rétrocontrôle - Chez l’animal déficient en vitD : l’activité 1 α hydroxylase est maximale et celle de la 24 α hydroxylase est faible ou indétectable; - le traitement par 1,25(OH)2D inverse l’expression de ces deux enzymes. - 1,25(OH)2D : module le taux des ARNms des deux enzymes. - Certains des effets du 1,25(OH)2D se font par des changements de Ca++,PO4 et PTH.

50. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 7. Les hormones sexuelles : - les œstrogènes stimulent la production de 1,25(OH)2D3 ; - le traitement par des anti-oestrogènes (Tamoxifine) : diminution de la production de 1,25(OH)2D3 (Probablement effet indirect ( via prolactine?).

51. Contrôle de la production des métabolites de la vitD 1. Facteurs agissant directement sur la cellule rénale Activateurs : Hormone parathyroïdienne Calcitonine Prostaglandines (PGE2 et PGF2a) AMPc Prolactine Inhibiteurs : 25OHD3 24,25 (OH)2D3 1,25(OH)2D3 Calcium Phosphore 2. Facteurs agissant de façon vraisemblablement indirecte Activateurs : Insuline Hormone de croissance, IGF-1 Oestradiol Hypocalcémie Hypophosphatémie Inhibiteurs : Thyroxine Strontium Diphosphonates (forte dose) Acide maléique Acidose chronique Ethanol ……

52. Transport des métabolites DBP : 25OHD3 = 24,25(OH)2D3 > 1,25(OH)2D3 > vitD3 La constante de dissociation pour 25OHD3 et 1,25(OH)2D3 diffère de 10 fois; La DBP est synthétisée dans le foie et circule dans le plasma à des taux 20 fois plus élevés que le total des métabolites de la vitD; Dans les conditions physiologiques normales presque tous les composants de vitD circulants (99%) sont liés à des protéines plasmatiques; La DBP et la DBP-métabolites vitD3 sont filtrées par le glomérule et réabsorbées par endocytose au niveau du cellules du tube proximal par son récepteur : la mégaline

53. Rôle de la mégaline et de la IDBP-3 ( Intracellular Vitamin D Binding Protein 3 ) dans la 1 α - hydroxylation du 25(OH)D3

54. Régulation de la DBP? La concentration plasmatique de DBP n’est pas régulée par la 1,25(OH)2D3, mais les taux de mégaline le sont. Les taux plasmatiques de DBP : diminuent dans des conditions pathologiques (exemple): Maladies hépatiques, Syndrome néphrotique, Malnutrition ; Augmentent pendant : la grossesse ; Thérapie aux oestrogènes. Cependant, les taux de 1,25(OH)2D3 libre restent inchangés quand les taux de DBP changent.

55. Le récepteur de la 1,25(OH)2D3 La plupart des effets biologiques de la 1,25(OH)2D3 passant par son récepteur VDR nucléaire qui la lie avec une grande affinité. Le VDR appartient à la super famille des récepteurs nucléaires (voir cours récepteurs hormonaux). Le complexe 1,25(OH)2D3 –VDR agit comme un facteur de transcription. La comparaison des structures des récepteurs nucléaires a permis de délimiter six régions de similarité notées de A à F. A l’exception de la région F, ces régions ont été retrouvées dans tous les récepteurs nucléaires.

56. Structure générale des récepteurs de la superfamille des récepteurs nucléaires

57. Les domaines fonctionnels du récepteur de la Vitamine D (VDR)

58. Copyright ©2005 American Physiological Society Dusso, A. S. et al. Am J Physiol Renal Physiol 289: F8-F28 2005; doi:10.1152/ajprenal.00336.2004 Current model for the control of vitamin D receptor (VDR)-mediated actions of 1,25(OH)2D3

59. Copyright ©2004 The American Society for Nutrition DeLuca, H. F Am J Clin Nutr 2004;80:1689S-1696S Diagrammatic representation of the known molecular events in the regulation of gene expression by the vitamin D hormone, 1,25(OH)2D3, acting through its receptor, VDR

60. Les différentes familles de récepteurs nucléaires et leurs éléments de réponse (HRE)

61. Eléments de réponses (VDRE) de quelques gènes cibles

62. Distribution tissulaire et cellulaire du récepteur du 1,25(OH)2D3 Fonction Tissus Types cellulaires Métab. Phosphocalcique Intestin Cellules Epithéliales Os Cartilage Rein Ostéoblastes Chondrocyte Epithélium (TCD) Endocrine Parathyroïdes Pancréas Hypophyse Thyroïde Cellules principales Cellules B Cellules somatotrophes Cellules C Reproduction Testicules Glandes mammaires Placenta Utérus Sertoli/tube séminifère Epithélium ? ? Autres Peau Muscle Parotides Cerveau Thymus Moelle osseuse Cellules cancéreuses Epiderme Myocyte , myoblaste embryonnaire Cellules acinales Hippocampe, neurones Lymphocytes T Monocytes, lymphocytes T activés Carcinome : Vessie, Glande mammaire, Thyroïde médullaire); Fibrosarcome, Adénsarcome pancréatique, adénome pituitaire

63. RAPID NONGENOMIC ACTIONS OF 1,25(OH)2D3 (Dusso, A. S. et al. Am J Physiol Renal Physiol 289: F8-F28 2005) Vitamin D compounds, like other steroid hormones, can also elicit responses that are too rapid to involve changes in gene expression and appear to be mediated by cell surface receptors. The role of the nongenomic actions in most cells remains uncertain. In the chick duodenum, 1,25(OH)2D3 stimulates vesicular calcium movement from the lumen to the basolateral surface within minutes ( 180 ), but the overall contribution of this pathway is not clear. 1,25(OH)2D3 can rapidly stimulate phosphoinositide metabolism ( 32 , 153 , 170 ), cytosolic calcium levels ( 116 , 152 , 159 , 170 , 228 ), cGMP levels ( 98 , 245 ), PKC ( 230 ), MAP kinases ( 21 , 222 ), and the opening of chloride channels ( 260 ). In chondrocytes, nongenomic actions of both 1,25(OH)2D3 and 24,25(OH)2D3 alter membrane lipid turnover, prostaglandin production, and protease activity that leads to modification of bone matrix and calcification ( 33 ). The nature of the receptor that mediates the rapid actions remains controversial. At least two distinct receptors have been identified. The better characterized is the membrane-associated, rapid-response steroid-binding protein (1,25D3-MARRS) isolated from chick intestinal basolateral membranes on the basis of 1,25(OH)2D3 binding ( 177 ). Antibodies to the NH2-terminal domain of 1,25D3-MARRS blocked the nongenomic actions of 1,25(OH)2D3 ( 179 ). 1,25D3-MARRS has now been found to be identical to the protein thiol-dependent oxidoreductase ERp57 ( 178 ), which plays a role in glycoprotein folding through the formation of disulfide bonds and acts as part of a chaperone complex with calreticulin and calnexin ( 78 ). ERp57 ribozyme knockdown reduced membrane binding of 1,25(OH)2D3 and rapid responses ( 178 ), but how this enzyme mediates the rapid actions of 1,25(OH)2D3 remains to be determined. Another 1,25(OH)2D3-binding protein, annexin II, was identified in the plasma membranes of ROS 24/1 rat osteosarcoma cells that do not express the VDR ( 14 ). Polyclonal antibodies to annexin II decreased binding of 1,25(OH)2-[14C]D3 and blocked the increase in cytosolic calcium by 1,25(OH)2D3 ( 16 ). However, a recent report could not reproduce the 1,25(OH)2D3 binding to annexin II ( 168 ). The rapid actions of 24,25(OH)2D3 in chondrocytes appear to be mediated by a receptor distinct from those for 1,25(OH)2D3, although its identity is not known. Several studies have indicated that the rapid actions of 1,25(OH)2D3 require the presence of the VDR. The apparent nongenomic actions of 1,25(OH)2D3 are absent in cells isolated from VDR-null mice ( 81 , 261 ), and it has been proposed that the VDR mediates these rapid effects. Furthermore, the VDR was recently found to be present in caveolae-enriched plasma membrane fractions ( 121 ). However, the ligand specificities of the VDR and the rapid action receptor are very different ( 29 , 182 , 263 ), and 1,25(OH)2D3 cannot stimulate transcaltachia in vitamin D-deficient chick duodenum. This would suggest that the VDR is required for the expression of gene products involved in the rapid, nongenomic response. The exact role of the VDR in the rapid actions remains to be clarified. Nongenomic events have been proposed to modulate the genomic actions of 1,25(OH)2D3 ( 15 , 17 , 85 ), but this remains controversial. Numerous studies have presented evidence that the nongenomic actions may not be critical for 1,25(OH)2D3-mediated gene activation ( 84 , 127 , 134 , 135 , 181 , 264 ) or inhibition of cell proliferation ( 105 , 181 ). However, nongenomic stimulation of protein kinases could potentially influence the VDR-mediated effects of 1,25(OH)2D3.

64. La Parathormone (PTH) : Biosynthèse et contrôle de la Sécrétion La PTH est sécrétée par les glandes parathyroïdes (4 chez l’Homme et 2 chez le rat) La glande est formée de 2 types cellulaires : Cellules principales (cellules claires : inactives; cellules foncées : production PTH) ; Cellules oxyphiles. PTH : 84AA ; PM=9600. [PTH]p = 10-60 pg/ml.

65. Biosynthèse et contrôle de la Sécrétion de la PTH 1. Biosynthèse Biosynthèse sous forme de : PréProPTH (115 AA) Le gène de la PTH est localisé sur le bras court du chromosome 11.

66. Contrôle de la biosynthèse 1. Le Calcium 2 régimes chez le rat, Régime riche en Ca (2%) Régime pauvre en Ca (0.02%) La PTH a doublée chez les rats qui ont suivi un régime pauvre en Ca Diminution Ca plasmatique

67. Contrôle de la biosynthèse 2. Le cholécalciférol 1.25(OH)2D3 : 1.25(OH)2D3 : diminution de la transcription du gène PTH

68. Contrôle de la sécrétion de PTH Il existe 2 pools intracellulaire de PTH : PTH sécrétée par des vésicules de stockages, PTH sécrétée directement sans stockage (= PTH nouvellement synthétisée). Quelles sont les molécules sécrétées par les cellules parathyroïdiennes ? la chaine 1-84 Fragments de la chaine 1-84 Fragment C-terminal 37-84; 53-83; 53-84; 24-84 Fragments N-terminal 1-34; 1-36; Autres fragments : 19- 84; 53-83; 53-84; 24-84 Est-ce que tous ces fragments sont actifs ?

69. PTH : Précurseurs et produits de clivages

70. Contrôle de la sécrétion de PTH 1. Le Calcium Blum, Mayer et Potts (1974), chez le veau (figure) La réponse sécrétoire de PTH à l’hypocalcémie est très rapide, elle intervienne dans les secondes qui suivent l’hypocalcémie. Le calcium agit directement sur la membrane des cellules parathyroïdiennes par l’intermédiaire de son récepteur CaSR (Calcium Sensing Receptor). De petits changements dans la concentration extracellulaire de calcium produisent de larges changements dans la sécrétion de PTH. L’hypocalcémie augmente : la sécrétion de PTH à court terme ; Les taux ARNm PTH à long terme ; Nombre de cellules parathyroïdiennes très long terme.

71. Contrôle de la sécrétion 2. le Phosphate (Kilav et al. 1995) : Le phosphate, indépendamment du calcium et du 1.25VitD, contrôle l’expression du gène de la PTH. Une augmentation prolongée de la phosphatémie : augmente les taux de PTH plasmatiques.

72. Contrôle de la sécrétion 3. le Magnésium Le Mg joue un rôle dans la sécrétion de PTH (1/3 activité du calcium). Hypomagnésémie profonde : pas de sécrétion de PTH. Traitement avec du sulfate de Mg : rétablissement de la sécrétion dans les minutes qui suivent. Mg indispensable à la sécrétion de PTH par les vésicules de sécrétions (exocytose).

73. Contrôle de la sécrétion 3. 1.25VitD3 Le système endocrine VitD est un puissant modulateur de la fonction parathyroïdienne. Un déficit en VitD induit une hyperplasie des parathyroïdes et augmente la synthèse et la sécrétion de PTH. L’administration de 1.25VitD inhibe la synthèse et croissance des cellules parathyroïdiennes. le 1.25VitD augmente le nombre de VDR dans les parathyroïdes le 1.25VitD augmente le nombre de CaSR

74. Métabolisme périphérique de la PTH La demie vie de la PTH est de 10 min en moyenne et dépend du fragment étudié (80 min à qlqs heures) Le foie, le rein et l’os inactivent la PTH par dégradation enzymatique et production de fragments inactifs. Foie (60%) ; Rein (30%) ; L’os ( ≈ 9% ).

75. Le peptide apparenté à l’hormone parathyroïdienne (PTHrp) C’est une substance ayant une activité PTH. Stimule, comme la PTH, L’AMPc et la phosphate déshydrogénase rénale et osseuse. Le PTHrp a été isolé à partir de tumeurs humaines et animales. Il est a l’origine de l’hypercalcémie humorale maligne. Au niveau osseux et rénal, il exerce des effets comparables à ceux de la PTH.

76. Le gène PTHrp Le gène du PTHrp est localisé sur le bras court du chromosome 12 humain (PTH : chr.11). Les deux gènes ont une même origine ancestrale. Il existe plusieurs isoformes de PTHrp : PTHrp 1-139; 1-141; 1-137. La séquence 1-139 est identique dans les trois isoformes.

77. Métabolisme périphérique de la PTH Le foie, le rein et l’os inactivent la PTH par dégradation enzymatique et production de fragments inactifs. Foie (60%) ; Rein (30%) ; L’os ( ≈ 9% ).

78. Les récepteurs PTH et PTHrp L’effet classique de la PTH se fait par activation de son récepteur PTH-1. Le RPTH-1 lie aussi le PTHrp et produit les mêmes réponses que la PTH (hypercalcémie, ici tumorale). Il existe d’autres récepteurs PTH : PTH-2 : identifié au niveau du cerveau (lie PTH et PTHrp avec grande affinité) ; PTH-3 : identifié uniquement chez le « poisson zebre », lie PTH et PTHrp avec grande affinité) ; PTH-C : identifié chez les hémodialysés : lie les fragments C-terminal de la PTH : 7-84 ; 19-84 et 1-84 ( Ne lie pas 1-34 ). Ce récepteur PTH-C parait moduler ou réduire les effets de PTH 1-84.

79. Biosynthèse et sécrétion de calcitonine (CT) Découverte en 1962 par COOP. Peptide de 32 AA et PM=3200, avec un pont disulfure 1-7. Synthétisée par les cellules C de la thyroïde chez les mammifères et CUB chez les vertébrés inférieures. C’est hormone hypocalcémiante et hypophosphatémiante. Principaux tissus cibles : l’Os; le Rein et le Tube digestif.

80. Biosynthèse La CT est synthétisée sous forme d’un précurseur : la PréProCT (137 AA, PM= 15 000). Le gène de la CT est localisé sur le chr. 11. Le transcrit primaire de ce gène subit un épissage alternatif : ARNm codant la CT et la Katacalcine ; ARNm codant le CGRP. Les cellules C expriment surtout l’ARNm-CT (98-99%) et ARNm-CGRP (<1%). Les cellules nerveuses et certaines lignées tumorales expriment bcp plus le messager CGRP que celui CT.

81. Contrôle de la sécrétion de CT 1. Le Calcium Kare (1968) chez le porc : (figure) On obtient une forte stimulation de sécrétion de CT après perfusion d’une thyroïde par du sang hypercalcémiant. Cette sécrétion passe par une augmentation AMPc .

82. Contrôle de la sécrétion de CT 2. Autres stimuli La sécrétion de CT pouvait être stimulée indépendamment de toute variation de la calcémie, notamment par les hormones gastro-intestinales particulièrement : La gastrine ; Le glucagon ; CCK-Pz. Ces hormones augmentent l’AMPc au niveau des cellules C.

83. Contrôle de la sécrétion de CT 3. 1.25(OH)2D3 L’injection de 1.25VitD à dose physiologique augmente la sécrétion de CT sans variation de la calcémie. 1.25VitD agit directement sur le gène CT.

84. Métabolisme périphérique de la CT La demie vie de la CT humaine est de 15 min. Le rein est le siège principal de la dégradation de CT.