Érythropoïétine : Effets pléiotropes Nouvelles indications

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1 Érythropoïétine : Effets pléiotropes Nouvelles indications
Bernard Canaud Néphrologie, Dialyse et Soins Intensifs & Institut de Recherche et Formation en Dialyse CHU Lapeyronie - Montpellier Faculté de Médecine Montpellier

2 Actions hématopoïétiques de l’EPO
Committed Stem Cells Erythropoietin Erythrocyte Colony Stimulating Factors (GM-CSF, IL-3, G-CSF) Inflammatory Mediators Thrombopoietin Monoblast Monocyte Macrophage Granulocyte Myeloblast Platelets T-Lymphocyte B-Lymphocyte Lymphocyte Megakaryocyte Thrombocyte Pluripotent Stem Cell Granulocyte/ Monocyte Precursor Differentiating Mitotic Compartment Post-Mitotic Compartment Lymphoid Precursor

3 EPO, Facteur de croissance ubiquitaire
 PaO2 HIF1 Fibroblast-Like Type I EPO F. Croissance HIF1 = Hypoxia Inducible Factor

4 EPO / Récepteur EPO (EPOR)
JAK, Janus Kinase STAT, Signal Transducer and Activators of Transcription

5 Voie activation transcellulaire JAK-STAT
JAK, Janus Kinase Liaison au ligand (EPO) avec formation d’un dimère Activation de la Janus Kinase Phosphorylation des radicaux Tyrosine sur une ou plusieurs STAT STAT, Signal Transducer and Activators of Transcription Protéines inactives sous forme de monomère Activation nécessite une phosphorylation et une dimèrisation

6 EPOR et la voie activation
Les récepteurs à l’EPO n’ont pas d’activité enzymatique propre, mais après liaison spécifique, ces récepteurs s’associent à une kinase soluble qui va catalyser la première étape de la cascade de signalisation. La liaison de l’EPO à son récepteur (EPO-R) entraîne une dimèrisation du récepteur Le dimère est alors capable de se lier à JAK (Janus Kinase), une kinase qui phosphoryle le récepteur à l’EPO au niveau de résidus Tyrosine Le système STAT (Signal Transducers and Activator of Transcription) (Signal transducteurs et activateurs de transcription), se lie au récepteur par le domaine de liaison SH2 des résidus Tyr-P et est aussi phosphorylé par JAK Le STAT phosphorylé peut se dimèriser et être transporté ainsi dans le noyau dans lequel il tend à surexprimer les gènes impliqués dans la maturation des érythrocytes JAK peut également activer la voie de MAPK par la liaison de Grb2 aux sites Tyr-P des récepteurs de l’EPO

7 Voie JAK-STAT du récepteur EPO
Erythropoietin Receptor EPO

8 L’EPO et les récepteurs de l’EPO
(EPOR) sont exprimés dans de nombreux tissus Juul et al Early Hum Dev 1998; 52: 235

9 EPO / EPO-Récepteurs ubiquitaires
Glomérules Mésangium Tubules Cardiomyocytes Coronaires Astrocytes Neurones

10 EPO, HIF1 et préconditionnement
Modèles ischémie-reperfusion Cerveau - Cœur - Rein Phénomène de préconditionnement Ischémie-reperfusion alternée Surexpression de HIF1 Surproduction de EPO Administration de Cobalt Stabilisant HIF1, mime hypoxémie EPO = effet protecteur

11 Rôle du HIF1 dans ischémie
DNA (G/ACG-TG) Gènes transcriptionnels HIF1 HIF1 EPO VEGF Heme-oxgenase I  PaO2 Effet local et systémique Erythropoïése Angiogénèse Métabolisme énergétique cell. HIF1 VEGF = Vascular Endothelial Growth Factor

12 EPO, Action anti-apoptotique
EPOR EPOR JAK2 JAK2 STATs Bad Bax GSK-3 Pro-apoptotic signaling PI3K m AKT Bcl-Xl AKT protein kinase B Bax proapoptotic BH3 m Mitochondrial memb GSK glycogen synth kinase IAP inhib of apoptosis JAK2 Janus tyrosine kinase JNK c-Jun-terminal kinase NFkB nuclear factor kB PI3K phosphotidylinositide 3 kinase STAT signal transducer and activator of transcription NFB IAPs Caspase 9 JNK Apoptosis Caspase 3

13 EPO, Action protectrice endothéliale
 Endothélial dysfonction  Stress oxydatif Endothélium  Apoptose endothéliale DDAH Dimethylo-arginine DimethylAminoHydrolase  eNOS AKT-dependent phosphorylation of Ser1179  ADMA

14 Effet protecteur cérébral et neurologique de l’EPO

15 EPO et réparation du tissu neurologique
Recombinant human erythropoietin counteracts secondary injury and markedly enhances neurological recovery from experimental spinal cord trauma Alfredo Gorio, Necati Gokmen, Serhat Erbayraktar, Osman Yilmaz, Laura Madaschi, Cinzia Cichetti, Anna Maria Di Guilo, Enver Vardar, Anthony Cerami, and Michael Brines. Proc. Natl. Acad. Sci., USA (2002) 99: Modèles animaux d’ischémie médullaire et cérébrale (Rats)

16 Ischémie après clip vasculaire carotidien
48 rats Contrôle, salé isot EPO 1000ui/kg EPO 3000ui/kg

17 Traumatisme médullaire
56 rats Traumatisme par impaction Contrôle, salé isot EPO, 500 ui/kg EPO, 5000 ui/kg x1 EPO, 5000 ui/kg x6

18 L’EPO est un neuroprotecteur
EPO U/kg x 7 jours Préservation substance blanche Salé isotonique Cavitation et dégénérescence et œdème de la myéline.

19 Présence de récepteurs EPO fonctionnels dans le tissu cérébral
capillary astrocyte Endo- thelial cells Astocyte foot pro- cesses Expression of the EPO receptor Cultures of purified motoneurons Brines et al Proc Natl Acad Sci 2000; 97: 10526, Siren et al Proc Natl Acad Sci 2001; 98: 4044

20 Effets protecteurs cérébraux de l’EPO sur les lésions ischémiques
MCA occlusion in rats Brines et al. Proc Natl Acad Sci 2000; 97: 10526 Celik et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2002; 99: 2258

21 Effets anti-apoptotiques de l’EPO sur des lésions ischémiques
Apoptotic motor neurons MCA occlusion in rats The antiapoptotic effects of EPO have also been demonstrated for other cell types such as neuronal cells Spinal cord ischemia In rabbits Celik et al. Proc Natl Acad Sci U S A 2002; 99: 2258 Brines et al. Proc Natl Acad Sci 2000; 97: 10526

22 EPO, Action protectrice neuronale
Goldman, Nedergaard. Nature (2002) 8:

23 EPO, Action de cicatrisation neuronale
Induit une phosphorylation de la I-κB et translocation nucléaire du NF-κB Initialise la transcription et translation de gènes neuroprotecteurs Stimule les récepteurs EPO des cellules endothéliales et induisent des mécanismes de protection et de préservation perfusionnelle dans les zones ischémiques Réduit les conséquences de la souffrance tissulaire ischémique

24 Effet protecteur rétinien de l’EPO

25 Expression du récepteur EPO sur la cellule rétinienne ischémique
EPO receptor Junk et al Proc Natl Acad Sci 2002; 99: 10659

26 Effets protecteurs de l’EPO sur la rétinopathie diabétique
Bianchi et al Proc Natl Acad Sci USA 2004; 101:

27 Effet protecteur de l’EPO sur les lésions ischémie-reperfusion rétinienne
+ solvant Ischémie + EPO Contrôle Neuronal counts at day 7 (% of control) Junk et al Proc Natl Acad Sci 2002; 99: 10659

28 EPO, facteur angiogénique dans la rétinopathie proliférative diabétique ?
Watanabe D et al, NEJM (2005); 353: 782

29 EPO, facteur angiogénique dans la rétinopathie proliférative diabétique ?
Watanabe D et al, NEJM (2005); 353: 782

30 EPO, facteur angiogénique dans la rétinopathie proliférative diabétique ?
Watanabe D et al, NEJM (2005); 353: 782

31 Effet protecteur cardiaque de l’EPO

32 Effets de l’EPO sur les cardiomyocytes Protection contre apoptose
Effet prolifératif Oxidative stress Yu et al Development 2002; 129: 505, Parsa et al. J Clin Invest 2003; 112: 999

33 Effet protecteur de l’EPO sur l’ischémie-reperfusion myocardique
MI + saline MI + EPO + saline + EPO TUNEL assay Parsa et al. J Clin Invest 2003; 112: 999, Calvillo et al Proc Natl Acad Sci 2003; 100: 4802

34 Effet protecteur rénal de l’EPO

35 Le récepteur EPO est exprimé
dans le rein 1, 5: renal cortex 2, 6: renal medulla 3, 7: renal papilla Westenfelder et al Kidney Int 1999; 55: 808

36 EPO, Effet protecteur rénal ischémie-reperfusion
 HSP-70  Bcl-2  JNK Heat-Shock Protein-70 Anti-apoptotic C-Jun N-Terminal Kinase

37 Effet protecteur de l’EPO sur les
lésions ischémie-reperfusion rénale/rat I/R I/R + EPO Sharples et al. J Am Soc Nephrol J 2004; 15: 2115

38 Effet protecteur de l’EPO sur les
lésions ischémie-reperfusion rénale/rat Apoptosis Caspase 3 activity Sharples et al. J Am Soc Nephrol J 2004; 15: 2115

39 L’EPO protège les cellules tubulaires de l’apoptose induite par hypoglycémie
CTR Serum starvation + EPO Sharples et al. J Am Soc Nephrol J 2004; 15: 2115

40 Effet antiapoptotique de l’EPO sur les lésions d’ischémie-reperfusion
Sham I/R + EPO I/R Yang et al. FASEB J 2003; 17: 1754

41 Effet antiapoptotique de l’EPO sur les lésions d’ischémie-reperfusion
TUNEL assay I/R + EPO I/R Sham Yang et al. FASEB J 2003; 17: 1754

42 Effet antiapoptotique de l’EPO sur les lésions d’ischémie-reperfusion
Bcl-2 Caspase 3 Yang et al. FASEB J 2003; 17: 1754

43 L’EPO accroît l’expression de la protéine HSP70 dans le rein de rat
Western blot analysis of HSP70 Yang et al. FASEB J 2003; 17: 1754

44 Effet protecteur rénal de l’EPO dans différents modèles animaux
Sharples EJ et al, Nature Clin Pract Nephrol (2005) 1;2:87

45 Les dérivés biomodifiés de l’EPO

46 Dérivés biomodifiés de l’EPO
Amplifient ou allongent la durée d’action EPO Suppriment l’action de l’EPO Effets protecteurs pléiotropes non-érythropoïétiques Activateurs de l’érythropoïése

47 Agents stimulants l’érythropoïése
Amplification et/ou allongement de la réponse Hyperglycosylation Darbepoetin alpha, Aranesp Peptides Petits peptides Peptides de synthèse Adjonction de polymère CERA, pégylation Thérapie génique

48 Dérivés biomodifiés de l’EPO
Effets protecteurs sans effets hématopoïétiques Dérivés EPO EPO désialylée asialoEPO EPO carbamylée CEPO … Neuroprotecteur Cardioprotecteur Renoprotecteur …

49 Effets de l’EPO carbamylée, CEPO
La CEPO ne se lie pas au EPO-R La CEPO ne phosphoryle pas Jak2 et STAT5 Leist et al Science 2004; 305: 239

50 Effets de l’EPO carbamylée, CEPO
La CEPO ne stimule pas l’érythropoïése Leist et al Science 2004; 305: 239

51 Effets de l’EPO carbamylée, CEPO
La CEPO se fixe aux cellules neuronales et inhibe l’apoptose Leist et al Science 2004; 305: 239

52 La CEPO a un effet neuroprotecteur
Ischémie cérébrale Neuropathie diabétique Leist et al Science 2004; 305: 239

53 Conclusions EPO produite dans le rein en réponse à l’hypoxie (HIF1)
Préconditionnement ischémie-reperfusion EPO conditionne la production d’érythrocytes EPO exerce des effets protecteurs variés par son action anti-apoptotique Médullaire Cerveau - Tissu neurologique Cœur - Endothélium Rein : glomérules, tubules, vaisseaux, interstitium Nouveaux dérivés de l’EPO ouvrent une voie thérapeutique nouvelle Effets non-hématopoïétiques Effets anti-apoptotiques variés

54 Remerciements Au Professeur Jérôme Rossert
Ouvert la vue sur cette action très originale de l’EPO Aide dans la collecte de l’iconographie Au Professeur Jean-Paul Cristol Interface néphrologie/biochimie Collaboration extrêmement productive Au Docteur M Edéas président de la Société Française des Antioxydants Initiateur et organisateur de ce symposium transdisciplinaire