Déterminants de la réponse à l'Hydroxyurée au cours du traitement de la drépanocytose

par Marie Georgine Rakotoson

Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire

Sous la direction de Pablo Bartolucci, Frédéric Galacteros et de Anne Hulin.

Le président du jury était Philippe Connes.

Le jury était composé de Olivier Hermine, Jean Cros.

Les rapporteurs étaient Luc Samison.


  • Résumé

    Actuellement, l’Hydroxyurée est le seul traitement médicamenteux qui permet d’améliorer la qualité de vie et l’espérance de vie des patients drépanocytaires. Ses effets sont essentiellement liés à l’augmentation de l’HbF par l’inhibition de la polymérisation de l’hémoglobine S qui constitue la base physiopathologique de la drépanocytose. Cependant d’autres paramètres de réponse contribuent à l’amélioration clinique, principalement les atteintes chroniques, et ce indépendamment de l’augmentation du %HbF. Le phénotype hémolytique est associé aux globules rouges denses (DRBC) qui constituent une sous population de globules rouges présentant une densité supérieure à 1,11. L’amélioration des manifestations chroniques est associée à une diminution du %DRBC qui semble être une cible thérapeutique de l’Hydroxyurée. Par son efficacité de plus en plus démontrée, l’Hydroxyurée pourrait être le traitement de recours dans le traitement de fond de la drépanocytose, cependant son mode d’action reste encore partiellement élucidé.Ce travail a été réalisé dans le but de mieux comprendre le mode d’action de l’Hydroxyurée.La première étude consiste à déterminer les facteurs prédictifs de la diminution des DRBC sous Hydroxyurée. Après 6 mois de traitement, une diminution significative du %DRBC associée à une amélioration des paramètres d’hémolyses a été observée. Cet effet est indépendant de l’augmentation du %HbF. La diminution du %DRBC semble être plus constante que l’augmentation du %HbF sous Hydroxyurée.La deuxième étude a pour but de mettre au point une nouvelle approche de mesure de la teneur en HbF par globule rouge. L’outil de quantification actuellement utilisé donne une mesure du pourcentage moyen de l’HbF. Or la teneur en HbF par globule rouge peut varier pour un même %HbF conduisant à une variabilité de réponse clinique et biologique. Dans l’hypothèse d’un seuil d’HbF inhibant la polymérisation de l’hémoglobine S, une méthode précise de mesure de la teneur en HbF par globule rouge a été développée. Dans le cadre d’une preuve de concept, une étude de la distribution de l’HbF a été effectuée au cours du traitement par Hydroxyurée. Le suivi longitudinal montre une distribution hétérogène de l’HbF avant le début du traitement par Hydroxyurée. La distribution de l’HbF devient homogène après 6 mois sur l’ensemble des globules rouges avec une diminution rapide du nombre de globules rouges ne contenant pas d’HbF au profit des autres populations globulaires.La troisième étude a pour but d’optimiser le traitement par Hydroxyurée. En effet les atteintes rénales associées à la drépanocytose sont de plus en plus fréquentes et constituent un facteur de mortalité. Elles peuvent influencer la pharmacocinétique de l’Hydroxyurée car l’excrétion rénale constitue une voie d’élimination de l’Hydroxyurée. Nous avons d’abord développé unetechnique de mesure simple et fiable de dosage de l’Hydroxyurée. La pharmacocinétique de l’Hydroxyurée a été comparée entre les patients drépanocytaires présentant une fonction rénale normale avec ceux présentant une insuffisance rénale modérée et une hyper filtration glomérulaire. Une diminution de l’élimination de l’Hydroxyurée associée à une augmentation des concentrations plasmatiques ont été observées chez les insuffisants rénaux. La pharmacocinétique de l’Hydroxyurée semble être similaire chez les patients normo-rénaux et hyperfiltrants.Ce travail a apporté des éléments de réponse que nous jugeons important quant à l’action de l’Hydroxyurée sur les DRBC impliqués dans la vasculopathie chronique et sur la distribution de l’HbF. Nous avons également apporté une nouvelle technique de mesure de l’Hydroxyurée et montré qu’une adaptation de dose est nécessaire chez les patients ayant une insuffisance rénale.

  • Titre traduit

    Hydroxyurea response determinant in Sickle cell disease


  • Résumé

    Hydroxyurea, the only sickle-cell–disease approved drug, has proven its efficacy in ameliorating patient quality of life and life expectancy. The classical biological response of Hydroxyurea therapy is increased fetal hemoglobin (HbF) which inhibits deoxy hemoglobin S polymerization. However, other parameters also support clinical benefits of Hydroxyurea especially for chronic organ failures which are related to hemolysis. Sickle-cell–disease hemolytic phenotype is associated with dense red blood cells (DRBC) defined as having a density >1,11. Improvement of chronic clinical complications is associated with a marked decrease in %DRBC emphasizing its role as a therapeutic target for Hydroxyurea treatment. Despite the known benefits in both acute and chronic sickle-cell–disease manifestations, the mechanism action of Hydroxyurea has not been fully elucidated.This thesis was undertaken in order to investigate the mechanism of action of Hydroxyurea in sickle-cell–disease treatment.The first aim is to determine biological parameters predictive of %DRBC decrease under Hydroxyurea. A significant decrease in %DRBC after 6 months of Hydroxyurea therapy was observed. This biological response was associated with a decrease in hemolysis. However no correlation with %HbF increase was detected; the decrease in %DRBC under Hydroxyurea was more constant than the increase in %HbF.The second aim of this study was to develop a new approach for HbF determination in individual red blood cells. Indeed, routine HbF quantification only provides a mean value. However clinical amelioration is not exclusively dependent on the average %HbF, since a wide distribution of HbF content per cell could indicate a HbF content threshold for inhibition of deoxy hemoglobin S polymerization. In this context, a simple and precise method was developed in order to assay HbF content per cell. The distribution of HbF during Hydroxyurea therapy was analyzed as proof of concept. The longitudinal monitoring showed an uneven distribution of HbF before Hydroxyurea and a normal distribution in the whole red blood cells after 6 months of therapy. A rapid decrease in red blood cells not containing HbF in favor of cells expressing a high quantity of HbF was observed.The third objective consisted of Hydroxyurea therapy optimization. Chronic kidney disease is a frequent complication during sickle-cell–disease. Since Hydroxyurea is cleared from plasma partially by renal excretion, impaired renal function could potentially affect Hydroxyurea pharmacokinetics. A new simple Hydroxyurea dosage method was performed in this context.Hydroxyurea pharmacokinetic parameters were compared among sickle-cell–disease patients with normal renal function, moderate renal insufficiency and renal hyper filtration. A decrease in Hydroxyurea elimination associated with a marked plasma concentration was observed inrenally impaired patients. No significant difference was observed between renal hyper filtration and normal patients.These results provide answers about Hydroxyurea effect on DRBC which are involved in chronic vasculopathy and on HbF distribution. Hydroxyurea dosage method underpins the need for dose adjustment in renally impaired patients.

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