Mécanismes moléculaires des rachitismes familiaux

Arch P&iarr

SCance 1Cnike : MCtabo Pisme phosphocalcique

1997;4(Suppl 2):102s-105s 0 Elsevier, Paris

: actualit&

Mkanismes mokulaires

des rachitismes familiaux

FH Glorieux Universire’ McGill et unif.4 de @Ptique, h@itul 1529, avenue Cedar, H3G IA6 MontrPal,

Le rachitisme et l’osteomalacie qui sont l’expression clinique d’un defaut de mineralisation du cartilage Cpiphysaire et de la trame osseuse ont et6 bien document& depuis le XVII~ siecle. En effet, l’ouvrage de Glisson et al [l] sur le rachitisme continue d’&tre une source d’informations remarquable ou toutes les questions majeures regardant ce probleme (y compris la possibilite d’une transmission hkeditaire de la maladie) ont et6 clairement exprimees. Depuis que l’on a dtcouvert que le rachitisme est une consequence des modifications de l’environnement par le developpement industriel, la prevention et le traitement ne posent plus guke de problbmes au clinicien averti. Dans certains pays, cependant, le rachitisme reste un probleme de Sante publique [2]. Malgre cette evolution favorable, rachitisme et osteomalacie n’ont pas completement disparu. Plusieurs formes rares persistent, qui sont dues a des mutations ponctuelles affectant l’une des composantes regulant le metabolisme phosphocalcique. Bien qu’il s’agisse d’affections rares, le pediatre doit y rester sensibilise car la comprehension de leur physiopathologie et de leur traitement a considerablement tvolut dans les demitres anntes. Ce bref expose se limitera aux problemes de physiopathologie vus sous l’tclairage particulier de la biologie cellulaire et moltculaire. CLASSIFICATION

DES RACHITISMES

Les constituants majeurs de l’hydroxyapatite, la phase mintrale de 1’0s &ant le calcium (Ca) et le phosphate (P), il faut distinguer les defauts de mineralisation primairement dus a un apport insuffisant de I’un ou l’autre de ces deux mintraux. Un rachitisme calcipenique peut Ctre dQ a une insuffisante d’apport de Ca (tres rare), une deficience simple en vitamine D (compromettant l’absorption intestinale

Shritlers Quebec,

pour ecfants. Canada

du Ca) ou une anomalie dans la voie d’activation de la vitamine D, plus particulierement l’etape t&ale menant a un deficit specifique de la synthbse de la 1,25dihydroxyvitamine D (calcitriol), la forme hormonale de la vitamine directement active sur les tissus cibles (intestin, rein et OS). Cette forme de rachitisme est connue sous le nom de pseudo-carence en vitamine D (PDDR). Une deuxikme cohorte est formee d’individus porteurs de mutations affectant la structure et la fonction du recepteur de la vitamine D. De telles mutations empechent, malgre la presence de quantite accrue de calcitriol, l’association de celui-ci avec son recepteur dans les tissus cibles, une fonction qui, normalement, contrble la synthese d’une serie de proteines vitamine D-dtpendantes. Cette forme est maintenant reconnue sous le nom de rachitisme hypocalctmique vitaminoresistant (HVDRR). Le deuxibme grand groupe de rachitismes comprend les formes phosphop&riques qui peuvent &tre soit acquises, soit hereditaires. Darts les formes acquises se trouve l’insuffisance d’apport qui peut survenir chez le premature et chez des sujets soumis a une alimentation parent&ale complete. Une perte excessive de P par le rein peut &re la consequence d’une atteinte tubulaire dont les causes sont multiples ou d’un diabbte phosphate consecutif a la presence d’une tumeur mesenchymateuse SCc&ant un principe phosphaturique encore non identifie. Les formes phosphopeniques hbrkditaires sont toutes caracterisees par un diabete phosphate qui peut, rarement, etre dt? 1 une acidose tubulaire ou a un syndrome de Fanconi primaire ou secondaire (aune cystinose, une tyrosidmie, etc). La forme la plus frequente est cependant le rachitisme hypophosphatemique familial transmis sur le mode dominant lie au sexe (XLH). D’autres formes beaucoup plus rares sont transmises sur le mode autosomique dominant ou recessif. ou sont compliqutes d’une hypercalciurie.

Mtcanismes

mokulaires

Je me limiterai dans ma presentation a discuter de deux formes calcipeniques (PDDR et HVDRR) et de la forme phosphopenique majeure (XLH). RACHITISME

HY POPHOSPHATkMIQUE FAMILIAL (XLH)

11a Cte identifie par Albright et al en 1937 [3]. En 1958, Winters et al, en utilisant l’hypophosphatemie comme marqueur, ont ttabli son mode de transmission dominant lie au chromosome X [4]. Les individus atteints presentent la triade classique : hypophosphatemie, deformations des membres inferieurs apres l’age de la marche et croissance ralentie. Les filles sont souvent moins atteintes que les garqons. Tous sont normalement actifs (pas de myopathie proximale). L’Cmail dentaire est d’apparence normale, bien que la dentine soit de type interglobulaire, ce qui peut causer des abces frequents. Sur le plan radiologique, le rachitisme est evident, mais il n’y a ni osttopknie ni resorption sous-periostee. Les anomalies biochimiques sont centrees sur l’hypophosphatemie causee par un defaut de reabsorption tubulaire du P. La concentration circulante de calcitriol est dans les limites normales [5], bien qu’il ait Ctt suggtrt qu’elle soit inappropriee face a une hypophosphatemie chronique [6]. Le defaut renal de transport du P n’est modilk? par aucune des approches thtrapeutiques connues (vitamine D, calcitriol avec ou saris P) [7]. Les anomalies osseuses vues au microscope sont caracteristiques. I1 y a une accumulation importante de tissu ostedide non minerake, mais pas d’osteopenie ni d’augmentation de I’activite de resorption. Une image particulibre est presente dans 1’0s XLH que l’on ne retrouve dans aucune autre forme de rachitisme hypophosphatemique. 11s’agit d’un halo hypominerakk entourantde tres nombreux osteocytes. Cette image, d&rite par Engfeldt et al [S], a suggere a Frost [9] l’existence dans 1’XLH d’un defaut intrinseque aux cellules formatrices de 1’0s tant osteoblastes qu’osteocytes. Cette hypothbse a CtC CtudiCe en profondeur dans mon unite par Marie [lo] et Ecarot et al [ 111et nous avons dtmontre le caracthe unique de cette anomalie de l’osteoblaste que ne modifie aucun changement. Cette atteinte osseuse sptkifique explique pourquoi il n’y a pas de correlation entre la st%rite de l’hypophosphatemie et celle de la maladie osseuse, et pourquoi, malgre la presence avant traitement d’une concentration normale de calcitriol, il faut Clever ces concentrations a des niveaux supraphysiologiques pour induire la mineralisation osseuse. Le diabbte phosphate est-il dQ a un dtfaut intrinsbque de la cellule renale ? Certaines etudes in vitro permettraient de le suggerer, mais l’isolation recente du transporteur du P et la localisation du gene qui le contrble

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familiaux

sur le chromosome 5 (et non sur le X) ne vont pas dans ce sens [ 121. L’alternative serait que, tout comme c’est le cas dans le rachitisme hypophosphatemique induit par tumeur, il y aurait dans I’XLH un principe phosphaturique circulant. Cette hypothese irait dans la ligne de donnees recentes ttablies chez la souris hypophosphatemique (Hyp), une mutation homologue de 1’XLH. C’est ainsi que des experiences de parabiose ou une circulation croisee a 6te Ctablie entre une souris saine et une souris Hyp ont montrt que c’est la souris saine qui devient hypophosphatemique et non la Hyp qui se corrige [ 131. De plus, des transplantations r&ales croisees ont montre que la transplantation d’un rein normal dans une souris Hyp ne corrige pas l’hypophosphatb mie, pas plus que la transplantation d’un rein Hyp dans une souris normale ne la provoque [ 141. La recherche du gene XLH s’est done orientee vers le positionnement prtcis de la mutation dans le genome. Apres avoir Btabli qu’il se situe sur le bras court du chromosome X au segment 22.2: la caracterisation de marqueurs flanquants de plus en plus rapproches a permis i’isolation du gene de la maladie [ 1.51.De maniere surprenante, ce gene ne semble pas avoir de rapport direct avec le transport du P. 11s’agit d’un gene de la famille des endopeptidases qui a requ l’etiquette de PEX. Seule une sequence partielle de sa partie codante est connue chez l’homme et son expression tissulaire n’apas encore tte caracteride. Chez la souris Hyp, bien Ctablie comme un modble homologue de HYP chez l’humain, le gene Pex a recemment CtC clone. 11presente une grande homologie avec le gene humain. De plus, le message de Pex est specifiquement exprime dans les osteoblastes et son expression est absente dans les osteoblastes de la souris Hyp, montrant clairement que l’expression du message Pex est importante pour le developpement du phenotype Hyp et que l’osttoblaste est une cible privilegiee de cette mutation [ 161. A ce point, on ne peut que spkuler sur l’implication directe ou indirecte de PEX dans le contrale de la formation osseuse et la regulation de la reabsorption tubulaire du P. 11pourrait soit catalyser l’activation prottolytique d’un facteur antiphosphaturique qui stimulerait ces deux fonctions, soit a l’oppost degrader et inactiver un facteur phosphaturique, inhibiteur de la formation osseuse et du transport du P. Dans l’un ou l’autre cas, une mutation de la sequence de PEX et done une alteration de sa fonction mbnerait aux phenotypes Hyp et XLH. RACHITISMES

CALCIPfiNIQUES

Apres la description par Albright et al en 1937 du rachitisme resistant a la vitamine D [3], plusieurs publications, notamment par Fraser et Salter [ 171et par Royer

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FH Glorieux

[ 181, ont indique qu’il y avait des variantes de la forme d’Albright qui en differaient par leurs caracteristiques cliniques et biologiques ainsi que par leur reponse au traitement. Mais ce n’est qu’en 1961 que Prader et al ont clairement identifit le rachitisme pseudo-carentiel hereditaire (PDDR) et ont demontre qu’il s’agissait d’une forme particuliere qui s’est revelke &tre la premiere erreur innee du mttabolisme de la vitamine D a &tre identifiee [19]. 11a en effet etC demontre que le rachitisme pseudo-carentiel, parfois aussi appele rachitisme vitaminodtpendant, est la consequence d’un defaut d’activation de ia 25-hydroxyvitamine D-la-hydroxylase. 11faut le distinguer clairement d’une autre erreur du metabolisme de la vitamine D d&rite par Marx [20] et qui s’accompagne classiquement d’alopkcie et de taux circulants tres ClevCs de calcitriol. Le traitement en est tri% difficile, se limitant parfois a des perfusions intraveineuses rep&es de Ca [2 11. Sur la base de mutations specifiques, on le divise en deux groupes, le premier qui comprend les mutations affectant la sousunite du rtcepteur qui se lie au calcitriol (cinq mutations precises identifiees a ce jour) et le deuxieme qui comprend la serie de mutations affectant la sous-unite du recepteur se liant a I’ADN et qui comprend dix mutations caracterisees [22]. Le PDDR presente un tableau clinique et biologique qui est superposable a celui de la carence vitaminique simple sauf que les taux circulants de 25-hydroxyvitamine D (reflet du pool vitaminique) sont normaux et que les taux circulants de calcitriol sont effondres. L’administration de grosses quantites de vitamine D peut ameliorer le tableau, mais met le sujet traite a risque d’intoxication. Les taux circulants de 25-hydroxyvitamine D augmentent tres rapidement saris grand effet sur les taux circulants de calcitriol. Le premier patient trait6 avec du calcitriol fut rapportt en 1973 par Fraser et al [23], ce qui demontra de man&e concluante qu’il s’agissait d’un defaut d’activation de la lcx-hydroxylase. Cette affection, transmise sur le mode autosomique rCcessif, est rare. Un peu plus d’une centaine de cas ont CtC rapport& dans la litterature. Pour des raisons historiques et demographiques, un grand nombre de ceux-ci se trouvent concentres dans le Nord-Est du Quebec. L’observation de plusieurs familles avec de nombreux sujets atteints nous a permis, par etudes d’association avec des marqueurs anonymes, de positionner le gene PDDR sur le bras long du chromosome 12, en position 12q14 [24], dans le voisinage immediat du gene codant pour le rtcepteur de la vitamine D [25]. Cette proximite genomique des deux genes responsables des deux seules anomalies connues du metabolisme de la vitamine D a, peutdtre, une signification fonctionnelle qui reste Betablir. Les caracteristiques alltliques des sondes ano-

nymes entourant le locus PDDR permettent deja le depistage des porteurs de la mutation dans les families a risque. Jusqu’a ce jour cependant, le segment interessant n’a pu gtre raccourci suffisamment pour identifier avec precision le gene mute. Se basant sur l’hypothese qu’il s’agit probablement du gene codant pour la lahydroxylase, nous avons entrepris de cloner ce gene en utilisant comme sonde d’etude d’une librairie d’ADN complementaire de rein humain la sonde codant pour la 24-hydroxylase. Cette tactique a portt ses fruits puisque, avec Saint-Amaud, nous avons recemment rapport6 le clonage du gene codant pour la 1a-hydroxylase du rat et dtmontrt que son expression dans un vecteur approprit ne produit que de la 1,25-dihydroxyvitamine D authentique [26]. Nous avons recemment observe que l’expression du message de la la-hydroxylase est Clectivement augment& par la PTH et inhibee par la 1,25dihoxyvitamine D elle-m&me, en accord avec ce qui est connu de la regulation de cette enzyme (non publie). Une fois la sequence humaine obtenue, il sera possible d’en effectuer la localisation genomique et de voir si elle correspond a celle du locus PDDR. Si c’est le cas, l’ttude des mutations de la sequence PDDR pourra &tre entreprise dans differentes populations, pour Ctablir une hetCrogenCit& possible dans ce groupe de maladies. R$FtiRENCES

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Mecanismes

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moleculaires

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