Identification et caractérisation du polymorphisme génétique des cytochromes P450 4A11 et 4A22 (CYP4A11 et CYP4A22) et de la glycine N-acyltransférase (GLYAT)

Abstract

Through evolution, in order to adapt to its chemical environment, the human organism has developed enzymatic systems that can transform exogenous molecules or xenobiotic (drugs, toxins, carcinogens…), generally of hydrophobic nature, in metabolites more easily excretable via urinary or biliary tract. Some of these enzymes are also involved in catabolic processes or in the biosynthesis of endogenous compounds (fatty acids, retinoids, steroids, prostaglandins…). These enzymes thus play a major role in the protective response of the body toward chemicals and in essential physiological processes. The existence of anomalies in the sequence or structure of the genes encoding these enzymes can expose carriers of these anomalies to particular susceptibility toward xenobiotics or to impairment of essential biological reactions. In a first step, we investigated the nature and extent of the sequence variability of three genes coding for the enzymes CYP4A11, CYP4A22 and Glycine N-acyltransferase (GLYAT). In a second step, functional analyses of sequence variations were carried out, by in silico and in vitro experiments. The CYP4A11 and CYP4A22 genes are the only members of the human CYP4A subfamily. The activity of the recently identified CYP4A22 isoform is still unknown, but the CYP4A11 isoform is know as a ω-hydroxylase of the arachidonic acid, which converted into 20-hydroxyeicosatetraenoic acid (20-HETE). Several studies have shown that genetic anomalies of CYP4A are likely to contribute for susceptibility to hypertension in humans. We analyzed the sequence variations of the CYP4A11 and CYP4A22 genes in genomic DNA samples of healthy volunteers. A total of 26 polymorphisms were identified and 5 novel CYP4A* alleles were characterized for each CYP4A gene. The CYP4A 3D models were built and validated to analyse the potential impact of sequence variations identified. This work represents the first description and characterisation of genetic polymorphism of the human CYP4A genes in a French population. The glycine N-acyltranferase or GLYAT plays an important role in the detoxification of xenobiotics containing a carboxylic group via conjugation with a glycine residue. Seven sequence variations of the GLYAT gene were identified and four novel GLYAT* alleles were characterized. Localisation of missense mutations in predicted secondary structures suggest that these variants might have a potential role on the GLYAT protein activity. These results could be helpful in investigating the potential association of GLYAT variants with an incidence of reduced efficiency in xenobiotic carboxylic acids detoxification in humans, such as acetylsalicylic acid, pesticides, and solvents (Toluene).Afin de s'adapter à son environnement chimique, l'organisme a développé au cours de l'évolution des systèmes enzymatiques capables de transformer de nombreuses molécules étrangères ou xénobiotiques (médicaments, composés toxiques, carcinogènes...), le plus souvent de nature hydrophobe, en métabolites suffisamment hydrophiles pour être plus facilement excrétés par voie urinaire et/ou biliaire. Certaines de ces enzymes sont également impliquées dans des processus cataboliques ou de biosynthèses de composés endogènes (acides gras, rétinoïdes, stéroïdes, prostaglandines…). Ces enzymes jouent ainsi un rôle fondamental à la fois dans la défense de l'organisme face à son environnement chimique et dans des processus physiologiques essentiels. On comprend dès lors que s'il existe, chez certains individus, des anomalies de séquence ou de structure des gènes codant pour ces enzymes, une partie de la population présentera une susceptibilité particulière à certaines molécules de l'environnement, voire des dysfonctionnements de certaines réactions biologiques indispensables. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans cette démarche. Dans un premier temps, ils ont consisté à évaluer la nature et l'étendue de la variabilité de la séquence nucléotidique de trois gènes codants pour les enzymes CYP4A11, CYP4A22 et la Glycine N-acyltransférase (GLYAT). Dans un deuxième temps, les analyses fonctionnelles des variations de séquence identifiées ont été abordées par des approches in silico et in vitro. Les cytochromes P450 CYP4A11 et CYP4A22, participent à la biotransformation de composés endogènes et sont impliqués plus particulièrement dans la voie d’activation de l’acide arachidonique. Des travaux récents suggèrent que des anomalies génétiques de ces enzymes constituent des facteurs de susceptibilité à l’hypertension artérielle chez l’homme. Nous avons ainsi analysé les variations de séquence du gène CYP4A11 et CYP4A22 dans des échantillons d'ADN provenant de volontaires sains. Au total, 26 polymorphismes ont été identifiés et 5 nouveaux CYP4A* allèles ont été caractérisés pour chaque isoforme CYP4A. Les structures 3D des protéines CYP4A ont été construites et validées pour l’analyse de l’impact des mutations identifiées. Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour confirmer le lien entre le polymorphisme génétique du CYP4A11 et du CYP4A22 et l’hypertension artérielle, ce travail représente la première description et caractérisation du polymorphisme génétique des isoformes CYP4A dans une population Française. De plus, nous avons mise en évidence une variabilité interethnique de ce polymorphisme génétique dans différentes populations testées. La glycine N-acyltransférase ou GLYAT est une enzyme impliquée dans la détoxication de xénobiotiques contenant un groupement carboxylique par conjugaison d’un résidu de glycine. Sept variations de séquence de la GLYAT ont été identifiées et quatre nouveaux GLYAT* allèles ont été caractérisés. La localisation des certaines mutations dans des structures secondaires très conservées de la protéine suggère un impact sur l’activité catalytique de cette enzyme. Bien que les conséquences cliniques potentielles de ces variations restent encore à étudier, ces résultats seront utiles pour de futures études d’association de ce polymorphisme génétique de la GLYAT avec les altérations de détoxications de xénobiotiques contenant un groupement carboxylique comme l’aspirine, certains pesticides ou le toluène