Erythropoïetine

Erythropoïetine

TPE 2014/2015 L’érythropoiétine Thème 2 : Avancées scientifiques et réalisations techniques CEPO, une substance naturelle, comment peut-elle être détournée et détectée en produit dopant ?

Professeur référent : Mme Viennot Page 1 Introduction L’EPO (Erythropoiétine), produit dopant utilis de produits dopants, la liste de l’agence m qui fait partie de cett son usage en tant qu est une hormone naturelle détournée en 1 Swipe v diverses classes nces interdites sur t l’EPO de synthèse e est interdite pour Ile est très répandue et très utilisée dans le domaine du sport, mais cela n’est pas sans isques : il y a des effets irréversibles sur la santé. Elle fait partie du top 1 0 des médicaments biotechnologiques les plus vendus. CEPO naturelle régit l’érythropoïèse.

Son gène codant est situé au chromosome 7. L’EPO, une substance naturelle : comment peut-elle être détournée et détectée comme produit dopant ? Nous verrons tout d’abord ce qu’est l’EPO, puis par la suite son détournement en produit dopant et pour finir sa détection ainsi que la façon dont cette hormone est cachée. l’hormone va agir sur la moelle osseuse pour stimuler la production des érythrocytes communément appelés globules ouges. Pour que cette production soit réalisée, une prise de fer

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est nécessaire, dans l’hémoglobine, afin que les globules rouges fixent foxygène dans les tissus.

Ces érythrocytes ont pour objectif principal de transporter les molécules dioxygène que nous respirons. Les érythrocytes sont remplies d’une protéine, appelée hémoglobine, qui permet de transporter le dioxygène que nous respirons des poumons vers nos tissus et le gaz carbonique des tissus vers les poumons. Elle est naturellement fabriquée par les reins (80%) et le foie (20%) en faible quantité dans le corps orsque la concentration sanguine en dioxygène n’est plus suffisante.

Chaque jour, la quantité de globules rouges diminue ainsi la moelle osseuse doit constamment en produire de nouveaux. Ces nouvelles cellules fabriquées par la moelle osseuse, appelées réticulocytes, sont des jeunes globules rouges qui vont remplacer des globules rouges en fin de vie. page 3 Lorsque l’érythropoïétine arrive dans la moelle osseuse, elle se fixe aux globules rouges en cours de développement pour aboutir à une multiplication de la cellule. une fois les cellules arrivées ? aturité, les érythrocytes ainsi multipliées sont relâchées dans la circulation sanguine.

Cette multiplication entraine une plus grande quantité d’hémoglobine et un taux plus élevé d’hématocrite dans le sang, donc une possibilité de transporter plus de dioxygènes aux tissus organiques, on peut alors attendre de notre corps un meilleur fonctionnement et donc plus d’énergie. En effet grâce aux nutriments et aux dioxygènes absorbés par notre corps, ils permettent à notre organisme de fonctionner, notre Il aux dioxygènes absorbés par notre corps, ils permettent à notre rganisme de fonctionner, notre organisme libère, par la suite de cette réaction chimique, de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et de l’énergie.

Notre corps a constamment besoin d’énergie pour fonctionner, c’est pour cela que le dioxygène et les nutriments sont des éléments essentiel au bon fonctionnement de notre corps. Schéma de la fabrication d’EPO dans le corps Page 4 Réaction chimique entre le glucose et le dioxygène dans l’organisme Ainsi l’EPO est alors une hormone naturelle sécrétée en partie par le rein, ayant pour but de stimuler la reproduction d’érythrocytes t donc un gain d’énergie. L’EPO dans le cadre du dopage provoque des effets indésirables, appelés effets secondaires, sur le corps du sportif si l’utilisation de cette substance est excessive.

Ces effets secondaires présentent des conséquences graves. Effectivement les sportifs risquent : l’épaississement de leur sang dû à l’augmentation du nombre d’hématies circulant; ce qui ne facilite pas l’écoulement du sang dans les vaisseaux d’où le risque de thromboses artérielles (formation de caillots sanguins) qui conduisent à une hypertension artérielles (pression artérielle trop élevée) et donc ? ussi à une augmentation des risques d’infarctus du myocarde dû à un déséquilibre entre les besoins en oxygène et l’apport issu de la circulation sanguine.

Page 5 On assiste aussi à une au es risques d’embolies système immunitaire à l’encontre de substances ou de tissus qui sont normalement présents dans l’organisme, mais peut aussi provoquer des cancers (dégénération des cellules) de la moelle osseuse. Nous avons ainsi vu comment l’EPO agissait sur le corps, et nous allons voir par la suite pourquoi les scientifiques ont-ils mis au point une EPO dite de synthèse et comprendre pourquoi cette ormone peut être considérée comme un produit dopant dans le domaine du sport.

Il – Son détournement en produit dopant En 1977, l’EPO de synthèse (rhu-EPO) est inventée : c’est la première hormone humaine fabriquée de façon industrielle. Elle a été créée afin de traiter les patients souffrant d’anémie et d’insuffisance rénale. En 1987, avant même d’être mise sur le marché (période d’expérimentations cliniques), l’EPO apparaît dans le milieu du sport de haut-niveau. Lors d’un effort physique, trois critères déterminent la qualité de la performance : le débit cardiaque, l’aptitude à extraire l’oxygène our l’utiliser dans les muscles et la capacité des globules rouges à le transporter.

Parmi les méthodes visant à améliorer l’oxygénation, on relève l’entrainement à haute altitude. En effet, plus on monte en altitude moins la pression atmosphérique est forte et plus nos muscles ont besoin d’oxygène. Le corps doit donc s’adapter à ce nouvel environnement. Les premiers jours en altitude, le sang s’appauvrit très vite en globules rouges. page 6 En réponse à ceci, il se produit une augmentation de la production d’EPO. II faut savoir que lors d’un stage en altitude la uantité maximale d’EPO est atteinte au bout de 4 à 5 jours.

Lors de ces stages le sportif est affaibli musculairement. La prise d’EPO est donc plus simple (injection d’EPO par le biais de seringu 4 OF Il musculairement. La prise d’EPO est donc plus simple (injection d’EPO par le biais de seringue rempli d’EPO de synthèse) et plus performante. Les sportifs ont donc rapidement compris que l’EPO de synthèse était le moyen idéal pour influencer les performances physiques. Comme nous l’avons dis l’EPO est utilisée pour des fonctions médicales, elle a été détournée de ces dernières pour l’utiliser ous forme de dopage dans le milieu sportif.

Elle est utilisée pour augmenter le taux dhémoglobine et l’hématocrite (pourcentage du volume occupé par les globules rouges par rapport au volume total du sang, égal normalement à environ 40 %) et donc optimiser les performances à travers l’amélioration de l’endurance et de la capacité maximale respiratoire. CEPO de synthèse est donc plus utilisée sous forme de dopage dans les sports d’endurance, comme le cyclisme ou la course à pied. L’EPO de synthèse et l’EPO naturelle agissent presque pareillement sur l’organisme. Elles diffèrent légèrement par leur structure oléculaire et par leur charge électrique.

Formule brute de la structure moléculaire de l’EPO naturelle :CB09H1301 N2290240S5 Masse molaire : 18 235,702 ± 0,881 gmol-l Chaine polypeptidique de l’EPO naturelle recombinante : Page 7 De l’EPO Formule semi-développée de la structure moléculaire de l’EPO naturelle : glycosylisation, qui permet d’établir une liaison entre une protéine et un glucide. La rhu-EPO est produite, en partie dans les cellules ovariennes de hamster chinois. L’EPO naturelle est injectée dans les cellules du hamster chinois. L’animal produit alors l’hormone ais selon une glycosilisation quelque peu différente par rapport à l’homme.

Page 8 Il faut donc isoler l’ADN du gène codant pour l’EPO humaine et l’insérer dans les cellules hôtes (donc ici, les cellules ovariennes de hamster) que l’on place ensuite dans un environnement adapté à leur multiplication. Ces cellules vont produire, lors de leurs multiplications, des protéines pour leur propre survie mais synthétiseront également l’EPO humaine qui leur a été introduit. On va ensuite purifier cette protéine humaine qui a été fabriquée puis l’injecter dans le corps du patient ou du sportif. EPO recombinante : voir lexique Ill – Sa détection et comment elle est cachée.

Il existe deux manières pour détecter l’EPO recombinante de l’EPO endogène : le test urinaire, qui existe depuis 2001 et le test sanguln. Page 9 La base des tests anti-dopage sont les chaînes d’hydrates de carbones qui sont situées à la surface de la protéine. Ces tests ont alors comme but de détecter la présence de l’EPO synthétique en plus de PEPO naturelle. • Pour le test urinaire : – L’iso-électrofocalisation est une méthode d’électrophorèse. Cela consiste à séparer les deux protéines en fonction de leur charge. On étudie le mouvement des molécules qui sont placées sous un champ électrique.

Nous savons que l’EPO de synthèse est plus acide que l’EPO naturelle (dû aux sucres), il faut donc les distinguer grâce à un gradient d’acidité. gradient d’acidité. Photo d’un gradient d’acidité pour comparer l’acidité des deux molécules Cependant, ce test est peu fiable, car l’EPO se dégrade rapidement dans les urines. Cela doit donc être un test assez rapide, maximum dans les 3 jours. Au-delà de ce délai, la présence d’EPO recombinante peut être mise en évidence par les anticorps, qui reconnaissent les deux ypes de molécules.

En effet, lorsque le corps reçoit un antigène, il crée des anticorps pour se défendre. Alors, lors d’une prise d’EPO recombinante, le corps fabrique des anticorps anti-epo. C’est grâce à ces derniers que l’on peut repérer un sportif dopé. page 10 • pour le test sanguin, il a été mis en place par Jacques Ceaurriz et Françoise Lasne, chercheurs à la LNDD (Laboratoire national de détection du dopage). On peut repérer l’EPO jusqu’à trois semaines après sa prise. Grâce au prélèvement sanguin, on mesure différents paramètres Le taux de globule rouge par volume sanguin total

La présence de fer en excès l »hématocrite (normalement inférieur à 50%) Dans quelques années, une nouvelle procédure pourrait se mettre en place : un suivi des athlètes et de leurs paramètres sanguins, avant, pendant et après la compétition, car il y a de nouvelles formes d’EPO de plus en plus semblables pour mieux brouiller la détection. Les paramètres sanguins suivis seraient : Taux d’hémoglobine (en %) L’hématocrite (en %) Réticulocytes (globules rouges jeunes en %) Nombre de globules rouges Volume globulaire moyen d’EPO.

Il suffit simplement d’une injection de sérum physiologique our diluer le sang et faire baisser un taux d’hématocrite trop élevé. Ils ont aussi la possibilité de prendre des diurétiques qui augmentent la quantité d’eau dans les urines afin de masquer la prise de dopants lors des contrôles. De plus, depuis quelques années, les sportifs utilisent au moment des contrôles, une poudre présentée sous la forme d’un grain de riz, fabriquée dans des laboratoires clandestins, qui dégrade les protéines des urines, dont PEPO. Cela rend le contrôle positif ? l’EPO impossible. ? Il suffisait que l’athlète mette un peu de cette poudre au bout es ses doigts ou sur l’extrémité de son pénis pour que l’urine soit contaminée et que les protéines (l’EPO en est une) soient dégradées. C’est en constatant que les autres protéines étaient également détruites que nous nous sommes rendus compte qu’il y avait une anomalie. Y, commente Martial Saugy, patron du laboratoire suisse d’analyse du dopage. page 12 Conclusion L’EPO est détournée de son usage thérapeutique pour être utilisée comme dopant dans le milieu sportif afin d’optimiser l’endurance et les performances physiques.

L’EPO est synthétisée grâce aux cellules ovariennes du hamster chinois. De par sa composition et ses effets sur les performances durant une compétition, un athlète peut donc être contrôlé et passer des tests. Ceux-ci peuvent être urinaires ou sanguins : ces derniers mesurent différents para s afin de déterminer si 1 hormone est une substance chimique sécrétée par une glande endocrine, agissant à distance et par voie sanguine sur des récepteurs spécifiques d’une cellule cible. Elle transmet un message sous forme chimique et joue donc un rôle de messager dans l’organisme.

Biotechnologiques : Technique utilisant des êtres vivants micro-organismes, animaux, végétaux), généralement après modification de leurs caractéristiques génétiques, pour la fabrication industrielle de composés biologiques ou chimiques (médicaments, matières premières industrielles). L’érythropoïèse : L’érythropoïèse désigne l’ensemble des mécanismes cellulaires permettant de produire les érythrocytes (ou globules rouges) dans la moelle osseuse et sous la dépendance de l’érythropoïétine.

L’hémoglobine : L’hémoglobine est une protéine qui se trouve à l’intérieur des globules rouges du sang et responsable de sa couleur rouge. L ‘hémoglobine a pour principale fonction de transporter les molécules d’oxygène vers les organes et les tissus grâce à la circulation sanguine. Page 14 Protéine : Une protéine est une molécule composée dune chaîne d’acides aminés. Ceux-ci sont apportés par l’alimentation, et peuvent être d’origine animale (viande, poisson, œufs) ou végétale (fruits, légumes, céréales).

Les protéines sont essentielles à la vie des cellules. Chaque type de protéine assure une mission spécifique Myocarde : Tissue musculaire du cœUr qui permet les battements de ce dernier par ses contractions rythmées. Le yocarde est composé de cellules musculaires cardiaques spécialisées, les cardiomyo es ui ne ressemblent à aucun autre tissu musculaire du iculier, ces cellules sont ces cellules sont incapables d’exécuter des contractions prolongées. Ce sont les artères coronaires qui se chargent de l’apport sanguin du myocarde.

Maladies auto-immunes : dérèglement du système immunitaire. L’hématocrite . Chématocrite correspond au volume de globules rouges, par rapport au volume sanguin total. Il est exprimé en pourcentage. L’hématocrite est compris entre 40 et 55 % chez IHomme. Chez la Femme, il varie entre 35 et 50%. Ses variations peuvent mettre en évidence des pathologies. La diminution de l’hématocrite peut traduire une anémie dans la plupart des cas (diminution de globules rouge). Glycosilisation : Désigne l’addition de glucides sur un élément protéique.

On distingue la N-glyzcosylation et la O-glycosylation. page 15 EPO recombinante/EPO de synthèse : Une protéine recombinante devrait être le clone de la protéine naturelle fabriquée chez l’homme. La seule différence entre les 2 protéines est l’hôte qui la fabrique. Dans un cas c’est l’homme qui fabrique sa protéine on dit qu’elle est naturelle, dans rautre cas c’est un ?tre vivant différent de l’homme qui va se charger de fabriquer à sa place la protéine humaine, on dit dans ce cas qu’elle est recombinante.

L’électrophorèse : Technique de laboratoire permettant la séparation des protéines ou des acides nucléiques grâce à leur différence de masse en présence d’un champ électrique. L’électrofocalisation . électrophorèse où l’enzyme migre jusqu’? son point isoélectrique. Sérum physiologique : Constituée d’eau distillée et de chlorure de sodium (NaCl) dilué, la solution h siologique présente la particularité d’être une onique au sang. En 0 1