Dr Mathieu Lemaire

Dr Mathieu Lemaire

Hôpital pour enfants de Toronto, Ontario

Glomerular sialic acid deficiency as a novel cause of hemolytic-uremic syndrome

[Une carence en acide sialique glomérulaire, nouvelle cause du syndrome hémolytique et urémique]

2017-2019 :  99 000 $  |  Subvention de soutien à la recherche biomédicale  |  Catégorie : Biologie du rein

Investigating the pathophysiology of atypical hemolytic-uremic syndrome caused by DGKE deficiency

[Étude physiopathologique du syndrome hémolytique et urémique atypique causé par un déficit en DGKE]

2017-2020 :  210 000 $  |  Bourse Nouveaux chercheurs KRESCENT | Catégorie : biologie du rein

2017-2018 : 25 000 $ | Soutien à l’infrastructure Nouveaux chercheurs KRESCENT | Catégorie : biologie du rein

Biographie

Le Dr Mathieu Lemaire a terminé sa formation médicale à l’Université McGill en 2004. Il a ensuite étudié la pédiatrie et la néphrologie à l’Hôpital pour enfants de Toronto. C’est à l’Université Yale (New Haven, CT) qu’il a poursuivi ses études doctorales en médecine expérimentale sous la supervision du Dr Richard P. Lifton, à titre de boursier postdoctoral du programme KRESCENT.

Son projet de recherche portait principalement sur les aspects génétiques des néphropathies rares chez l’enfant et plus particulièrement sur le syndrome hémolytique et urémique atypique (SHUa). En 2014, le Dr Lemaire est retourné à l’Université de Toronto à titre de professeur adjoint en pédiatrie au sein de la Division de néphrologie de l’Hôpital pour enfants et au Programme de biologie cellulaire de l’Institut de recherche de cet hôpital en tant que chercheur scientifique, poste menant à la permanence. Il a été nommé conjointement à l’Université de Toronto, au sein de l’Institut des sciences médicales et du Département de biochimie.

Ses intérêts l’ont poussé vers la recherche translationnelle appliquée aux néphropathies rares chez l’enfant et faisant appel à des outils génomiques pour déterminer les gènes en cause. Suit une dissection fonctionnelle minutieuse des gènes pressentis à l’aide de technologies de pointe en microscopie, en biologie cellulaire et en biochimie.

L’objectif n’est pas seulement de mieux comprendre les caractéristiques physiopathologiques des maladies, mais aussi de faire en sorte que ces découvertes se traduisent en une amélioration concrète des soins cliniques.

Le Dr Lemaire a joué un rôle crucial dans l’identification du premier gène non lié au complément et qui est à l’origine d’une forme récessive du SHUa, la diacylglycérol kinase epsilon (DGKE). Son équipe cherche à découvrir par quels mécanismes un déficit en DGKE peut provoquer une thrombose restreinte aux petits vaisseaux sanguins des reins. Elle poursuit également ses recherches sur d’autres gènes responsables des néphropathies rares chez l’enfant en utilisant le séquençage de l’exome entier : le travail technique suit son cours et devrait aboutir à la découverte d’un autre gène responsable du SHUa, indépendant du complément.

Résumé vulgarisé du projet de recherche

Glomerular sialic acid deficiency as a novel cause of hemolytic-uremic syndrome
[Une carence en acide sialique glomérulaire, nouvelle cause du syndrome hémolytique et urémique]

Les reins jouent un rôle de premier plan dans notre organisme. Entre autres fonctions, ils contribuent à filtrer les déchets produits quotidiennement par l’organisme. Pour ce faire, ils ont besoin que d’énormes quantités de sang leur soient fournies toutes les heures. Le filtre, appelé « glomérule », sert de passoire; il retient les molécules et les cellules de grande taille (comme des spaghettis) dans le sang, mais laisse passer les petites molécules et l’eau dans l’urine.

C’est pourquoi il est très important que la circulation sanguine reste fluide dans les reins. Les phénomènes qui permettent aux vaisseaux sanguins des reins d’y parvenir constituent un casse-tête fascinant pour les scientifiques. Dans certaines maladies, le principal problème vient de la présence de caillots sanguins qui nuisent à la circulation sanguine dans les reins ou qui la bloquent complètement. Cette situation peut occasionner beaucoup de problèmes, car les reins ne sont plus capables de filtrer les déchets de l’organisme normalement. Or des caillots sanguins rénaux peuvent se développer chez les patients atteints d’infections graves causées par des bactéries appelées « pneumocoques ».

La plupart de ces patients sont des enfants qui auront besoin de dialyse pendant leur maladie parce que leurs reins ne fonctionnent plus du tout. Plusieurs d’entre eux garderont des séquelles aux reins lorsque l’infection sera guérie. Nous ignorons pourquoi des caillots sanguins se forment dans leurs reins. Par conséquent, nous ne savons pas non plus comment les traiter. Pour le moment, tout ce que nous pouvons offrir aux patients, c’est l’espoir que le temps fasse son œuvre, donc que les reins se rétablissent d’eux-mêmes. Nous avons toutefois un indice : une enzyme appelée « sialidase » qui est libérée par les bactéries dans le sang des patients. Une enzyme ressemble à une petite machine extrêmement spécialisée et efficace. Les sialidases n’ont qu’une seule mission : trouver et éliminer un sucre particulier, appelé « acide sialique », qui est fixé à des protéines situées à la surface des cellules.

Les protéines auxquelles des molécules d’acide sialique sont attachées jouent des rôles importants sur les cellules. Elles peuvent servir d’ancrage à certaines cellules sanguines et, simultanément, repousser les autres. Tous les patients qui contractent une maladie rénale pendant une infection à pneumocoques présentent un taux élevé de sialidases dans leur sang (un taux que l’on ne retrouve pas chez les personnes en santé). Le grand problème ici, c’est que nous ne savons pas pourquoi la présence de sialidases dans le sang est aussi nocive pour les reins.

Nous avons découvert récemment une nouvelle maladie génétique qui se caractérise aussi par la formation de caillots sanguins dans les reins des patients. La partie intéressante de cette histoire, c’est que ces patients sont porteurs d’une mutation dans un gène appelé « ST3GAL1 », qui travaille avec l’acide sialique dans les cellules.

En fait, sa fonction est totalement à l’opposé de celle des sialidases : il s’agit d’une enzyme qui fournit de l’acide sialique aux protéines alors que les sialidases l’en éliminent! Or nous avons fait des expériences en laboratoire qui montrent que ces mutations empêchent cette enzyme de fonctionner normalement. Les maladies bactériennes et les maladies génétiques pourraient dès lors être des images inversées l’une de l’autre. C’est pourquoi nous nous proposons d’étudier ces deux types de maladies simultanément afin de tenter de déterminer quel peut en être le dénominateur commun. À vrai dire, cette étude pourrait nous aider à mieux comprendre pourquoi le comportement biologique anormal de l’acide sialique provoque autant de problèmes chez les patients. Nous pensons qu’il doit exister des protéines spécifiques porteuses d’acide sialique à leur surface et qui jouent un rôle important dans la prévention des caillots dans les vaisseaux sanguins rénaux. La mise au point de traitements pour ces patients passe obligatoirement par une meilleure compréhension de ces maladies.

Investigating the pathophysiology of atypical hemolytic-uremic syndrome caused by DGKE deficiency
[Étude physiopathologique du syndrome hémolytique et urémique atypique causé par un déficit en DGKE]

Les vaisseaux sanguins ressemblent à des routes capables de joindre n’importe quelle cellule de notre corps. Les cellules qui tapissent l’intérieur des vaisseaux sanguins portent le nom de « cellules endothéliales ». Le sang circule rapidement dans les vaisseaux sanguins en santé, mais ralentit lorsque les vaisseaux sont endommagés, ce qui peut entraîner la formation de caillots sanguins. Ces derniers se comparent à un « petit bouchon dans la circulation routière » : il aide à réparer les vaisseaux sanguins endommagés. Notre organisme doit toutefois maîtriser les mécanismes qui participent à cette réparation afin d’éviter les « gros » bouchons. Les vaisseaux sanguins en santé n’ont pas besoin de caillots sanguins. Dans notre laboratoire, nous étudions la fonction des cellules endothéliales dans les reins. Nos travaux portent sur une maladie appelée « syndrome hémolytique et urémique atypique ». Pour simplifier cette appellation, nous utiliserons l’acronyme « SHUa ». Les patients aux prises avec le SHUa sont aussi atteints d’insuffisance rénale. Pourquoi? Parce que des caillots sanguins se forment dans les vaisseaux sanguins de leurs reins. Ces caillots empêchent le sang de circuler normalement dans ces organes. La circulation sanguine est cruciale, car elle fournit de la nourriture et de l’oxygène aux reins. Nous avons découvert que des mutations du gène codant pour la DGKE peuvent causer le SHUa. Rappelons que chaque cellule de l’organisme possède de l’ADN, un genre de code composé de gènes. Les gènes fabriquent des protéines qui sont les composantes de base des cellules. Les mutations, quant à elles, sont des altérations de l’ADN qui entraînent le dysfonctionnement d’une protéine. Dans le cas de nos patients, des mutations empêchent la DGKE de fonctionner normalement. La DGKE est une enzyme qui agit sur les lipides; cet acronyme fait référence à la « diacylglycérol kinase epsilon ». Le diacylglycérol est aussi connu sous l’acronyme « DAG ». Les enzymes s’apparentent à des machines qui effectuent des tâches précises dans les cellules. Par exemple, les kinases ajoutent un groupe phosphoré à leur cible. Or la DGKE est une kinase dont la cible est un lipide nommé DAG, que les cellules utilisent comme signal pour activer certaines fonctions précises, comme s’il s’agissait d’un interrupteur. Lorsque la DGKE modifie le DAG, elle éteint le signal de la cellule. Lorsque la DGKE ne peut fonctionner, c’est comme si l’interrupteur était resté sous tension trop longtemps. En pareille situation, l’organisme ne peut empêcher la formation de caillots sanguins dans les reins. Les patients souffrent alors d’insuffisance rénale et nous n’avons aucun traitement à leur offrir. Nous étudions les cellules endothéliales qui sont totalement dépourvues de DGKE et nous avons découvert trois pistes de recherche qui orientent notre projet. Premièrement, nous avons découvert que lorsque la DGKE ne fonctionne pas, cela nuit à la fonction de l’AKT, une autre protéine qui se comporte comme un interrupteur et qui active une autre protéine, l’eNOS. Deuxièmement, nous avons découvert que l’eNOS se comporte anormalement dans les cellules dépourvues de DGKE. L’AKT et l’eNOS jouent un rôle majeur : elles font en sorte que les vaisseaux sanguins restent dégagés et pas trop gluants. Nous ne savons pas comment le déficit en DGKE peut entraîner des problèmes avec l’AKT et l’eNOS ni comment cela peut porter atteinte aux vaisseaux sanguins. Troisièmement, nous avons aussi remarqué que les cellules endothéliales dépourvues de protéine DGKE ont de la difficulté à fonctionner normalement lorsqu’elles sont en contact avec le flux sanguin. Les cellules endothéliales sont comme des drapeaux qui ne sont pas bien attachés à leur mât par grand vent : elles s’envolent au loin, laissant les vaisseaux sanguins sans revêtement intérieur. Notre projet portera sur quatre grands axes pour nous aider à mieux comprendre le rôle de la DGKE au sein des cellules endothéliales.

1) Déterminer comment le déficit en DGKE mène au dysfonctionnement de l’AKT dans les cellules épithéliales;

2) Découvrir comment le dysfonctionnement de l’eNOS nuit au fonctionnement des vaisseaux sanguins dépourvus de protéine DGKE;

3) Déterminer pourquoi le déficit en DGKE empêche les cellules endothéliales de résister à un flux sanguin normal;

4) Vérifier comment les mutations de la DGKE observées chez les patients souffrant du SHUa altèrent la fonction et la structure de cette enzyme.

Cette étude est importante, puisqu’elle nous permettra de commencer à réfléchir à la mise au point de nouveaux traitements. Nos analyses de la fonction et de la structure de la DGKE pourraient s’avérer utiles dans le diagnostic de nouvelles mutations chez les patients. Elle nous en apprendra aussi beaucoup sur les mécanismes qui permettent aux vaisseaux sanguins sains d’empêcher la formation de caillots sanguins.