Caractérisation du déficit en vitamine E et caroténoïdes chez les patients atteints d’hypobêtalipoprotéinémies familiales

Characterization of vitamin E and carotenoid deficiency in patients with familial hypobetalipoproteinemias

• Auteur / Autrice : Claire Bordat
• Direction : Noël Peretti, Emmanuelle Reboul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cardio-Vasculaire, Métabolisme Diabétologie et Nutrition (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Caroline Michalski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Creuzot-Garcher, Régis Hankard, Emmanuel Mas, Laurent Kodjikian, Florence Lacaille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Creuzot-Garcher, Régis Hankard, Emmanuel Mas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Caroténoïdes

Vitamine E

Hypobêtalipoprotéinémies

Mots clés libres

Caroténoïdes

Vitamine E

Tocophérol

Chylomicron

Hypobêtalipoprotéinémie familiale

Nutrition

Carotenoids

Vitamin E

Α-Tocopherol

Chylomicron

Familial Hypobetalipoproteinemia

Nutrition

Résumé

Les hypobêtalipoprotéinémies familiales sont un groupe hétérogène de pathologies héréditaires du métabolisme caractérisées par une hypocholestérolémie sévère, dues à un défaut d’assemblage et de sécrétion des lipoprotéines et un syndrome de malabsorption des lipides. Ces maladies nécessitent une prise en charge précoce associant un régime hypolipidique, et une vitaminothérapie substitutive à fortes doses, pour prévenir l'apparition des complications neuro-ophtalmiques. Or, malgré ce traitement, deux problématiques subsistent : les taux sériques de vitamine E ne sont jamais restaurés et la supplémentation en vitamine A ne permet pas de prévenir l’apparition d’une rétinite pigmentaire conduisant à une perte de la vision. La compréhension des mécanismes d’absorption des nutriments liposolubles dans ces pathologies est essentielle afin de justifier un ajustement de la prise en charge des patients avec des formes galéniques plus efficaces et/ou des supplémentations complémentaires en caroténoïdes. Pour cela l’étude de la biodisponibilité des formes galéniques de vitamine E selon la pathologie est un élément important pour pouvoir adapter au mieux le choix thérapeutique. De plus l’absence de modèle cellulaire d’entérocyte mimant la maladie est un obstacle majeur à cette meilleure compréhension mécanistique de l’absorption et donc à l’adaptation thérapeutique. Pour ces raisons, notre première étude fondamentale avait pour but de comparer la biodisponibilité des différentes formes de vitamine E dans un modèle entérocytaire classiques (Caco-2). Dans un deuxième temps, nous avons développé un nouveau modèle cellulaire par invalidation des gènes responsables des FHBL, afin de tester in vitro l’absorption de ces différentes formes galéniques ainsi que l’absorption d’autres composés lipidiques d’intérêt : les caroténoïdes. Cette étude fondamentale est complétée par une étude clinique de corrélation entre le statut des patients en caroténoïdes et leur fonction ophtalmique. Nos travaux montrent que l’absorption-sécrétion de vitamine E dans un modèle entérocytaire classiques (Caco-2) est plus importante avec le tocophérol sous forme libre, intermédiaire avec la forme acétate de tocophérol (TAC) et significativement plus faible sous la forme pégylée (TPGS) (p<0,0001). De plus, nous avons démontré pour la première fois que les cellules Caco-2 sécrètent au pôle basolatéral plusieurs formes de vitamine E lorsque le traitement est donné sous forme estérifiée (Cuerq et al. 2021). Deuxièmement, nous avons créé de nouveaux modèles cellulaires d’entérocytes par invalidation CRISPR-Cas9 des gènes responsables de l’abêtalipoproténémie ou FHBL-SD1 (MTTP) et de la maladie de rétention des chylomicrons ou FHBL-SD2 (SAR1B). Ces clones invalidés présentent une sécrétion réduite de cholestérol et de triglycérides, ainsi que de vitamine E sous ses différentes formes galéniques (article en révision). L’étude sur l’absorption des caroténoïdes dans ces clones montre une sécrétion basolatérale fortement altérée pour les quatre caroténoïdes étudiés (article en préparation). Enfin l’étude clinique est en cours et les résultats préliminaires confirment le statut déficitaire en caroténoïdes des patients FHBL. En conclusion, notre travail apporte de nouvelles données fondamentales et cliniques permettant de mieux comprendre la physiopathologie de ces maladies génétiques rares, de développer de nouvelles hypothèses physiopathologiques et d’envisager de nouvelles perspectives thérapeutiques, et notamment des supplémentations en caroténoïdes.

Familial hypocholesterolemia, namely abetalipoproteinemia, hypobetalipoproteinemia and chylomicron retention disease, are rare genetic metabolic disorders characterized by defect in lipoprotein assembly and secretion and lipid malabsorption syndrome causing severe hypocholesterolemia. These diseases require early management with a low-fat diet and high dose vitamin replacement therapy to prevent the onset of neuro-ophthalmic complications. However, despite this treatment, two main issues remain: serum levels of vitamin E are never restored and vitamin A supplementation does not prevent the development of retinitis pigmentosa resulting in vision loss. Understanding the mechanisms underlying fat-soluble nutrients absorption in these diseases is essential to justify adjusting patient management with more effective galenic forms and/or complementary carotenoid supplements. Consequently, studying vitamin E galenic forms bioavailability in the pathologic context is a crucial aspect to best adapt the therapeutic choice. Furthermore, the lack of an enterocyte cell model mimicking the disease is a major obstacle to a better understanding of absorption and thus to therapeutic adaptation. In this regard, our first fundamental study aimed to comparing different forms of vitamin E bioavailability in a common enterocyte model (Caco-2). In a second phase, we developed a new cellular model by invalidating the genes responsible for FHBL, in order to study the absorption of these different galenic forms and the hypothesis of a role of carotenoid deficiency in these diseases. This fundamental study is completed by a clinical study of the correlation between the patients plasma carotenoid levels and their eye health. Our work shows that absorption-secretion of vitamin E in a classic model of enterocytes (Caco-2) is higher with free tocopherol, intermediate with tocopherol acetate (TAC) and significantly lower with pegylated form (TPGS) (p < 0.0001). In addition, we demonstrated for the first time that Caco-2 cells secrete multiple forms of vitamin E at the basolateral pole when given the pegylated form (Cuerq et al. 2021). Secondly, we have created a novel enterocyte cell model of abetalipoprotenemia or FHBL-SD1 (MTTP) and chylomicron retention disease or FHBL-SD2 (SAR1B) by CRISPR-Cas9 genes invalidation. These cells displayed a reduced cholesterol and triglycerides secretion as well as vitamin E in its different galenic forms (submitted paper). The study on the carotenoids absorption in these original models also indicates a strongly altered basolateral secretion regarding the four carotenoids studied (article in preparation). Finally, the clinical study, still in progress, confirms, with the preliminary results, the carotenoid deficiency status of FHBL patients. In conclusion, our work brings new fundamental and clinical data to better understand the pathophysiology of these rare genetic diseases, to develop new pathophysiological hypotheses and to consider new therapeutic perspectives by considering the hypothesis of a carotenoid deficiency.