Pathologies constitutionnelles de la membrane érythrocytaire - Loïc Garçon - OVH.net
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Ratio Surface/volume La déformabilité : qualité essen4elle Produc'on énergé'que Chen L and Weiss L, Blood, 1973, 41 (4) Viscosité interne du globule rouge Viscoélasticité membranaire
Le réseau protéique sous- membranaire • Recouvre 65% de la surface cytoplasmique de la double couche lipidique • Est relié à la double couche lipidique par des complexes protéiques transmembranaires • Structure complexe multiprotéique composée de protéines transmembranaires et de protéines sous- membranaires
Les pathologies membranaires cons2tu2onnelles • Altération des interactions horizontales: donc de l’élasticité érythrocytaire: Elliptocytoses héréditaires • Altération des interactions verticales, donc de la STABILITE membranaire: diminution du rapport surface/volume: sphérocytoses héréditaires • Altération de l’hydratation érythrocytaire: Stomatocytoses héréditaires (hyperhydratées et deshydratées)
Anomalies des interactions verticales: sphérocytose héréditaire - 1/2000 naissances en Europe et Amérique du Nord - 1% des explorations d’INN (V. Saada et al, Pediatr Hematol Oncol. 2006) - Dominant 75% des cas Perro]a S et al., Lancet, 2008, 372:1411-26 Bande 3 Gène SLC4AE1(17q) 30% population caucasienne Dominant Protéine 4.2 Gène EPB42 50 % au Japon Récessive Ankyrine Gène ANK1 (8p) 40-65% population caucasienne Dominant (80%) ou de novo (20%) Déficit combiné en spectrine Spectrine α Spectrine β Gène SPTA(1q) Gène SPTB(14q) 5% population caucasienne 20% population caucasienne Récessive, sévère Dominant ou de novo Peut-être associée à des polymorphismes α-LEPRA
Physiopathologie Spectrin, ankyrin, or protein 4.2 deficiency Spectrin, ankyrin, or Low pH Spectrin, ankyrin, or High macrophage protein 4.2 deficiency protein 4.2 deficiency contact Release of microvesicles Low pH Low pH H Highglucose macrophage Déstabilisation de la Highbi-couche macrophage Lowlipidique contact Release of microvesicles concentration Release of microvesicles Spectrin, ankyrin, or Vésiculation deErythrostasis la membrane contact High oxidants Low glucose Haemolysis H protein 4.2 deficiency Low glucose concentration concentration concentration Low pH Erythrostasis High oxidantsHigh macro Déficit en Spectrine, Erythrostasis High oxidants concentration Reduced Reduced Release of microvesicles Splenic concentration Splenic contact Fu Ankyrinesurface-to-volume ou 4.2 ratio cellular deformability trapping conditioning Low glucose of Reduced Reduced Splenic Splenic concentratiF Reduced Reduced Splenic Splenic Further loss High oxidan surface-to-volume ratio cellular deformability trapping conditioning of surface-to-volume ratio cellular deformability trapping conditioning Erythrostasis of membrane concentrati Reduced Reduced Splenic Splenic surface-to-volume ratio cellular deformability trapping conditionin Release of microvesicles Liu, Derick, Agre and Palek, 1990 Tail of osmotic Release of microvesicles Déficit Release endeficiency Bande 3 of microvesicles fragility curve Band-3 Lipid bilayer Tail of osmotic Spectrin Tail of osmotic Ankyrin Band-3 deficiency Perte de Release surface,offragilityvolume curve microvesicles constant fragility curve Band-3 deficiency Lipid bilayer Lipid bilayer Band 3 Défaut d’interactions verticales Spectrin Diminution ratio S/V Tail of osmotic Spectrin Ankyrin fragility curve Ankyrin membrane - cytosquelette Band-3 deficiency Band 3 Lipid bilayer Band 3Figure 2: Pathophysiological effects of hereditary spherocytosis è Sphérisation du GR Spectrin21 Modified from Gallagher and colleagues with permission. Ankyrin Figure 2: Pathophysiological effects of 3 hereditary spherocytosis Moindre déformabilité ure 2: Pathophysiological effects of hereditaryBand spherocytosis apparent Modified fromin the homozygous Gallagher and colleagues21 orwithcompound permission. heterozygous described.46,47 ANK1 gene deletion might be odified from Gallagher and colleagues21 with permission. state. These patients Figure 2:have severe disease. Pathophysiological Homozygous effects of hereditary spherocytosis contiguous gene syndrome with manifes apparent pparent in and in compound the homozygous D’après the homozygous S. Pero.a, or heterozygous compound Modifi ed Lancet from 2008 or compound defects have heterozygous Gallagher and colleagues heterozygous with described. permission. 21 described. 46,47 ANK1 geneANK1 been spherocytosis, 46,47 mentalgene deletion deletion retardation, might might be part of be typical a
Low glucose concentration Erythrostasis High oxidants D’après S. Perotta, Lancet 2008 concentration Reduced Reduced Splenic Splenic Further loss Séquestration cordons spléniques surface-to-volume ratio « Conditionnement conditioning splénique cellular deformability trapping of membrane» ê pH êGlucose Release of microvesicles é Oxydants êATP Tail of osmotic fragility curve Band-3 deficiency Lipid bilayer Spectrin é contact avec macrophages Ankyrin Band 3 2: Pathophysiological effects of hereditary spherocytosis fied from Gallagher and colleagues21 with permission. arent in the homozygous or compound heterozygous described.46,47 ANK1 gene deletion might be part of a e. These patients have severe disease. Homozygous contiguous gene syndrome with manifestations of compound heterozygous defects have been spherocytosis, mental retardation, typical faces, and ciated with null mutations and variants are hypogonadism. ciated with low-expression alleles.33–36 For example, Ankyrin-1 plays a pivotal role in the stabilisation of the α-LEPRA (low-expression allele Prague) allele membrane, providing the main membrane binding site duces about six-fold less of the correctly spliced for the spectrin-based membrane skeleton. Since it links ectrin transcript than does the healthy allele.33 The β spectrin to band 3, ankyrin deficiency leads to a ence of two null α-spectrin alleles is speculated to proportional reduction in spectrin assembly on the ethal. Blood smears from patients with severe membrane despite normal spectrin synthesis.48 The ectrin deficiency contain many microspherocytes, deficiency of one protein is strictly associated with the racted erythrocytes, and abnormal poikilocytes deficiency of the other and the extent of protein deficiency e 2).24,33 is related to the clinical severity. A high reticulocyte count he biochemical phenotype of combined spectrin and might mask a reduction Molnar Z.inand ankyrin-1 Rappaportin biochemical H, Blood, 1972, 39 (81-98)
Sévérité et Mineures Modérées Modérément Sévères fréquence 30% 60-70% sévères 10% 3-5% Hb N > 8 g/dl 6 – 8 g/dl < 6 g/dl Réticulocytes 6% > 10 % Bilirubine 17 - 34 μmol/l 34-51 μmol/l > 51 μmol/l Frottis Microsphérocytes Sphérocytes sanguin et poikilocytose Dépendance Transfusions 0-1 2 >2 transfusionnelle Transmission AD AD, de novo AR Ankyrine β-spectrine α-spectrine Bande 3 formes hétérozygotes formes homozygotes D’après S. Perotta, Lancet 2008
Sphérocytose Héréditaire Formes particulières Delhommeau F et al, Blood, 2000 - Formes néonatales -Formes sévères -Bande 3 homozygote - Mutations nulles - Parfois associées à des acidoses tubulaires distales -Formes récessives - Homozygotie/hétérozygote composites pour des mutations SPTA -Facteurs associés modulant le phénotype clinique -AssociaBon trait AS et de SH: risque d’infarctus splénique.
Frottis cytologique Non spécifiques - AH immulogiques - CDA II - Hémolyses mécaniques - PPH - Choc thermique -Toxiques (venins), stress oxydatif aigu -Hypophosphatémie, intoxication au zinc -In vitro, sang vieilli Mariani et al, Haematologica, 2008
Indices érythrocytaires Valeur diagnostique dans les SH Cynober T et al, Int J of Lab Hematol, 1996, >4% CHD: Meilleur discriminateur: Sévérité -100% SH -0% des contrôles 60fL 120fL 28g/dL 41g/dL
Tests de confirmation -Test de résistance osmotique (Parpart et al, 1947) - Avantages: Large utilisation -Inconvénients: manque de sensibilité, nécessité de témoins adaptés Dépendent S:V -Pink Test (Test de lyse in vitro)/AGLT (Zanella et al, 1980; Bucx et al, 1988) - Avantages: Simplicité, peu de volume sanguin, sensibilité (96%) -Inconvénients: spécificité variable -Test de cryohémolyse (Streichman et Gescheidt, 1998) -Explore les propriétés mécaniques des SH -Sensibilité variable : seulement 53% dans une étude (Mariani et al, 2008) -Cytométrie de flux: marquage au 3’EMA (King et al, 2000) - Ektacytométrie (Bessis et al, 1975) - SDS-PAGE
Cytométrie en flux: Marquage à l’éosine 5-maleimide (EMA) M.J. King et al, Bri0sh Journal of Haematology, 2000, 111, 924–933. Interac0on prédominante entre EMA et certaines protéines de la membrane érythrocytaire: Bande 3 (80%) et protéines du groupe Rhésus (CD47, RhAG, Rh proteins) -Kar R et al, Int Journal of Lab Hematol, 2008 Série de 200 pa0ents dont 20 HS, 20 probables, 20 AHAI, 20 contrôles - Sensibilité: 96.4% - Faux posi0fs dans 3 AHAI et un CDA II - Spécificité:94.2% -Stoya et al, 2006 - Sensibilité 96% - Spécificité 99% -King MJ et al, Bri0sh Journal of Haematology, Série de 174 pa0ents - Sensibilité 93% - Spécificité 99% - Faux posi0fs - CDAII - Pas dans 8 AHAI
Ektacytométrie (M Bessis et N Mohandas, Blood cells 1975 ; 1 : 307-13) Laser Echantillon Index de déformabilité (ID) = grand axe - petit axe grand axe + petit axe
Point hypo: déformabilité nulle ID max en milieu hypoosmolaire Milieu isoosmolaire Point hyper: Correspond à la fragilité osmo;ique DEPEND de S mesuré en milieu hyperosmolaire DEPEND DU RAPPORT S:V CONSTANT DANS HS Reflet de l’état d’hydratation érythrocytaire Osmolarité croissante
SDS PAGE: électrophorèse des protéines de membrane Diagnos;c posi;f Diagnostic differentiel P T P T Sensibilité variable+++, En général 70-80% Spécificité P P T Aspect qualitatif : anomalie de migration de la Band 3 Dr Ghazal, CHU Bicêtre dans les CDA II
Madame M. Adressée à 21 ans pour anémie: • Splenomégalie • Ictère • Lthiase biliaire asymptoma?que • Transfusée à deux reprises: • FCS • Grossesse Adressée à 21 ans pour anémie: • Hb= 9g/dL • Réticulocytes= 160 G/L • Plaquettes et leucocytes normaux • LDH élevée, haptoglobine effondrée, bilirubine libre à 25 µmol/L
Un exemple de diagnostic différentiel - Test de Coombs négatif - Pas d’autres causes extra- corpusculaires - Pas d’HPN - Pas d’hémoglobinopathie, de déficit enzymatique… • Ektacytométrie: « courbe subnormale, mais diminution de l’index de déformabilité et résistance globulaire un peu diminuée » Sphérocytes Sphérocytose héréditaire?
Myélogramme
Prise en charge thérapeu0que Recommendations regarding splenectomy in hereditary hemolytic anemias, Haematologica, Aug 2017, Working Group on Red Cells and iron,
Indications de la splénectomie FORMELLE : formes sévères POSSIBLE : et modérément sévères formes modérées Dépendance NON INDIQUEE : Retentissement sur qualité de transfusionnelle formes mineures vie : Asymptomatiques ê performances scolaires Splénomégalie douloureuse Ictère marqué Après 5-6 ans ++ Laparoscopie > Laparotomie Risque infectieux Complications post-opératoires Durée d’hospitalisation Place de la splénectomie Durée de convalescence subtotale avant 5 ans
Splénectomie subtotale • But : – Surseoir à splénectomie totale – Moindre risque infectieux • Mais : – « Repousse » splénique – Persistance hémolyse de fond
Suivi à long terme après splénectomie subtotale Pincez, Guitton et al. Blood 2016 Formes sévères Formes modérées
Réponse hématologique •90% réponse •8 rechutes Rate fonctionnelle ≥ 1 an : 96% îî besoins transfusionnels Pincez, Guitton et al. Blood 2016
Repousse splénique •volume x 5 Totalisation splénectomie •20 patients (25%) •8.4 1,2 ans après SST Groupe A : •17 patients (47%) •dont 8 rechutes Groupe B : •3 patients (8%) Pincez, Guitton et al. Blood 2016
Intérêt de la Splenectomie Sub-Totale Groupe A (formes sévères) Groupe B (formes modérées) •îîî besoins transfusionnels •Evite splénectomie totale pour •8 rechutes nécessitant formes peu sévères totalisation •Mais âge > 5-6ans (hors risque infectieux) è Candidats idéaux à SST MAIS : •Persistance hémolyse à bas bruit •Lithiases chez 16/46 patients non cholecystectomisés •43% groupe A vs. 15% groupe B ; p=0.04
Anomalies de l’hydratation « Stomatocytoses »
Régulation de l’hydratation érythocytaire (dire primitif ou secondaire: F Regula'on du volume érythocytaie et CCMH: essen'el - Déformabilité - viscosité interne Teneur en hémoglobine Eau et contenu soluble
Pseudo-hyperkaliémie familiale (PHF) Mutations HTZ le plus souvent du gène ABCB6 (Antigène Lan) Screening de 327 dons de sang: La mutation la plus fréquente R276W: 0,3% Andolfo et al Haematologica, 2016
Stomatocytoses à cellules hyperhydratées: OHSt Entrée ++++ du Na+, sor0e plus modérée du K+ Entrée d’H2O: HYPERHYDRATATION Autosomique dominante ou mutations de novo Indices érythocytaires (ADVIA 2120) Rares++ Petite série de 4 cas (CHU Bicêtre): -Hb: 10.7 g/dL -VGM 129 fL -CCMH 24%, -Réticulocytose 11% 60fL 120 fl 28 41 Volume Chromie
Fro$s sanguin: très nombreux stomatocytes
OSMOTIC GRADIENT EKTACYTOMETRY SDS-PAGE Dr Picard Dr Fénéant-Thibaut DI (CHU Bicêtre) (CHU Bicêtre) Control 0.40 0.20 Omin O’ OHSt 0.40 0.20 200 300 400
Perrotta S et al., Lancet, 2008, 372:1411-26
Dehydrated Hereditary Stomatocytosis DHSt (OMIM #194380 ) Autosomal dominant Red Cell Indices K leak, barely balanced and Na+ entrance + 60 120 fl 31 Pa:ents (CHU Bicêtre) Volume -Hb: 137 g/L -MCV 99 fL -CCMH 36.7% -Ré:culocytes 7% Chromia -Stomatocytes
Pleiotropic syndrom associated with DHSt S. Grootenboer et al., Blood 2000 ; 96 : 2599-2605 DHSt Pseudo hyperkalemia Perinatal Edema Hyperferritinemia Not transfusion related Lead to 0ssular complica0ons Can reveal the disease
Indications of Ektacytometry n= 103, 49 families Chronic hemolysis 29% Familial screening 52% Thrombotic events (8%) Perinatal oedema 6% Iron overload 5%
Clinical and Biological features Familial tes6ng N=54 80 70 60 % des patients 50 40 30 20 10 0 NSCH NSCH Thrombosis Thrombosis Perinatal PO Hyperferritinemia Hyperferritinemia Oedema
Age at HX diagnosis 16 14 12 Number of patients 10 8 15 14 14 13 6 11 4 8 8 2 5 0 160 9 90 80 70 60 Mean Age 50 40 30 20 10 0 NSCH PO 1 Hyper Thrombosis ferritinemia
Hematological features at diagnosis 18 120 450 16 400 100 14 350 12 80 300 Most of the times, 10 250 HX induces a 60 8 200 compensated 13,5 98,9 hemolysis 6 40 150 252 4 100 20 2 50 0 0 0 Hemoglobin 1 MCV 1 Reticulocytes 1 (g/L) (fL) (G/L)
Other biological / clinical features P50 evaluation Hyperferritinemia (Dr Kiger- Dr Picard, e-poster 1082) n=55 No transfusion dependant anemia Absent Present 53% 47% 14 by phlebotomy 6 by DFO 6 by DFX 1 by DFP
Perinatal edema 17 (13 families) Mostly from the 2nd trimester Hydrops fetalis: 66% of patients 2 MFIU - 1 IMG – 1 death early after birth 40 % prematurity (half before 32 SA) Transfusion in Utéro : 30 % of patients (Hb 7,1 g/dL – 19,1 g/dL) Favorable outcome in less than 1 month in 50 % of patients NO RELAPSE except 1 patient with lymphoedema at adult age
17 thrombotic events 12 patients with thrombotic events 120 2 100 4 Non Pulmonary Embolie embolism pulmonaire splenectomized 2 PVT TVP 80 Thrombose Portal thrombosis porte AVC 60 Cerebral stroke 2 3 HTAP Pulmonary hypertension Splenectomized 40 83% Infarctus splénique Spleen infarct 4 20 0 1 11 Patients were splenectomized -Mean Age at splenectomy: 23,6 (10-41 yo) -10/11 Patients experienced thrombotic events -Mean delay of thrombotic events after splenectomy: 9 years (14 days-27 years)
Force mécanique Piezo1 est exprimé à la membrane du GR (Andolfo et al, Blood, 2012) . Bagriantsev et al.. 2014 ìCa2+ Mutations « gain de fonction » (Albuisson et al, Nat Com, 2013) Gardos channel KcL cotransporteur Fuite cationique Deshydratation Rôle dans d’autres pathologies érythrocytaires? PSickle? (Gallagher et al, 2014)
CONCLUSION -Pathologies rares -Y penser à tout âge! -Autosomique dominante -Modes de présentation inhabituelle (hémochromatose...) -Hémolyse compensée fréquente -Diagnostic à éliminer avant toute splénectomie -Frottis -Indices érythrocytaires -Ektacytométrie -Biologie moléculaire RISQUE TRHOMBOTIQUE MAJEUR APRES SPLENECTOMIE
Anomalies des interactions horizontales: Elliptocytose héréditaire Bijleveld R et al , NJM, 2015
Anomalies des interactions horizontales: Elliptocytose héréditaire Anomalie membranaire avec présence de 20 à 100% d’elliptocytes Transmission autosomique dominante Prévalence : 1-2% dans certaines régions d’Afrique et aux Antilles, 15 à 20 fois plus rare en Europe. HPP HE -Mutations SPTA1: 75% des cas -La plupart des mutations sont dans la partie N-ter de la spectrine alpha, -Altérant les sites d’oligomérisation -Mutations 4.1: 4.1 (-) HE N-ter C-ter -- Nombreux elliptocytes (100%) -Asymtomatique à l’état hétérozygote -Mutations SPTB -Rares Site d’autoassociation Site joncJonel -- Parfois très symptomatiques meme à l’état HTZ Localisées en général dans la région C-terminale
Elliptocytose héréditaire simple (HE) -90% des cas -Asymptomatique jusqu’à hémolyse très modérée -Ex: (4.1)- HE; mutations SPTA1 -Diagnostic sur frottis sanguin Témoin
Pyropoïkilocytose héréditaire (PPH) -Tableau d’anémie hémolytique parfois sévère, transfusion dépendant PPH - Mutations SPTB - Forme homozygote (4.1R) -Hétérozygote composite SPTA1 King MJ et al, ICSH Guidelines, 2015)
Enzymes érythrocytaires Le métabolisme du globule est anaérobie: -Absence de noyaux -Absence de mitochondrie -Shunt de Rappaport (1): Production de 2.3 DPG èlibère O2 aux tissus - Glycolyse anaérobie (2): Production d’énergie (90% de l’ATP de la cellule) et du NADH - Voie des Pentoses-Phosphates (3): Production du pouvoir réducteur NADPH (1) (3) (2)
Le déficit en G6PD: épidémiologie Gène sur le chromosome X Touche les hommes hémizygotes Femmes conductrices 400 millions de porteurs dans le monde Se rencontre partout Peut se révéler tard Répartition proche de celle du paludisme: Protection des infestations graves des sujets déficitaires - Variant Africain A-, sévérité modérée - Variant Méditerranéen B-, sévère: FAVISME - 8% de la population SE asiatique
Voie des pentoses phosphates Seule voie de production de NADPH pour l’érythrocyte (pas de mitochondries) STRESS OXYDATIF - Infection - Médicaments GSH réduit GSH oxydé NADPH: pouvoir réducteur qui protège le GR du stress oxydatif
Le déficit en G6PD:physiopathologie Stress oxydatif aigu - Fièvre -Infection Stress oxydatif -Médicaments état basal -Aliments (fèves) GR normaux GR normaux Déficit Déficit Pas d’hémolyse Pas d’hémolyse Tableau d’hémolyse aigue déclenchée Pouvoir réducteur dépassé Par une exposition à un stress oxydatif - Infection bactérienne, virale - Prise médicamenteuse: Quinine, sulfamides, acide nalidixique, Vitamine C à forte dose... - Alimentation : Fèves (formes méditérannéennes: FAVISME) - Sodas à base de quinine
Tableau clinique • Différentes types de classes – - I: AH chronique:sporadiques+++ – Classe II: déficit sévère (1-10% d’activité):Med – Classe III: déficit modéré (10-60%):A- – Classe IV: Activité normale (60-100%) – Classe V: augmentation d’activité (150%). • Classiquement: poussée d’hémolyse intravasculaires déclenchées par: – -Médicaments oxydants: Primaquine, sulfamides, sulfones (AFSSAPS) – Infections (hépatite++, CMV, typhoïde…) – Favisme+++++ • Fièvre, urines noires, douleurs lombaires, malaise, choc, IRA • Anémie d’abord arégénérative. Hémoglobinémie, hémoglobinurie, haptoglobine effondrée, bili svt secondaire, LDH haute, corps de HEINZ • Le dosage doit être contrôlé à distance+++ (Enzyme DE REFERENCE, Hexokinase++++++) • Biologie moléculaire
Un exemple de crise hémolytique
Homme de 20 ans Né en France Aucun antécédent particulier ( a posteriori INN sans incompatibilité materno-fœtale, Ayant nécessité une photothérapie pendant qqs jours) SURVENUE BRUTALE : •Céphalées •Vomissements •Asthénie Heinz AGGRAVATION URGENCES URINES ROUGES HB : 5g/dL ; Réticulocytes : 60G/L Ascendance sicilienne Hémoglobinurie , hémoglobinémie lointaine. Ingestion de fèves
Métabolisme énergétique du globule rouge Le métabolisme du globule est anaérobie: -Absence de noyaux -Absence de mitochondrie Glycolyse: 90% du glucose est utilisé dans cette voie: Embden-Meyerhof Production d’ATP Déficit enzymatique dans la voie de la glycolyse: -Pyruvate Kinase +++ Glucose -G6P isomérase -Hexokinase Glucose 6 P -Phosphofructokinase ATP NADH -Triose phosphate isomérase -Aldolase -Diphosphoglycérate mutase - Phosphoglycérate kinase Pyruvate Fe 2+ Pompe Na/K-ATP dépendante
Déficit en Pyruvate –Kinase Transmission autosomale récessive. Hétérozygotes composites. Hétérozygotes : 1-2% Tableau d’hémolyse chronique à prédominance splénique Diagnostic par dosage enzymatique en dehors d’une poussée d’hémolyse +/- biologie moléculaire
Métabolisme énergétique du globule rouge: 5’ pyrimidine nucléotidase -Enzyme de dégradation des bases pyrimisiques -3 ème cause d’enzympathie dans le monde -Inhibée par le plomb!
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