Nucléotides
Voies de sauvetage
Voies de sauvetage des nucléosides

La biosynthèse des nucléotides s'effectue :

• soit de novo à partir de précurseurs métaboliques simples, ce qui affranchit l'organisme d'un approvisionnement externe,
• soit via des voies de sauvetage ou de récupération, i.e. " salvage " en anglais, qui recyclent des bases azotées libres ou des nucléosides, ces derniers pouvant être directement phosphorylés pour reformer des nucléotides.

La réaction générale, catalysée par des nucléoside kinases spécifiques à chaque type de nucléoside, est la suivante :

$\ce{Nucléoside + ATP}$ $\longrightarrow$ $\ce{Nucléoside monphosphate + ADP}$

Nucléoside	Enzyme principale	Produit formé
Ribonucléosides puriques
Adénosine	Adénosine kinase (EC 2.7.1.20)	AMP
Guanosine	Guanine par PNP (EC 2.4.2.1) ➞ GMP par HGPRT (EC 2.4.2.8)	GMP
Inosine	Hypoxanthine par PNP (EC 2.4.2.1) ➞ IMP par HGPRT (EC 2.4.2.8)	IMP
Ribonucléosides pyrimidiques
Cytidine	Uridine/cytidine kinase (EC 2.7.1.48)	CMP
Uridine	Uridine/cytidine kinase (EC 2.7.1.48)	UMP
Thymidine	Thymidine kinase (EC 2.7.1.21)	dTMP
Désoxyribonucléosides
Désoxyadénosine Désoxyguanosine Désoxycytidine	Désoxycytidine kinase (EC 2.7.1.74)	dAMP dGMP dCMP

Voie de sauvetage des nucléosides puriques

Voie de sauvetage de l'adénosine

Sauvetage direct

L'adénosine utilise l'adénosine kinase (AdK, EC 2.7.1.20) pour catalyser le transfert du gamma-phosphate de l'ATP vers l'adénosine pour former l'adénosine monophosphate (AMP) et l'adénosine diphosphate (ADP).

$\ce{Adénosine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{AMP + ADP}$

Cette enzyme :

• contrôle la concentration cellulaire d'adénosine,
• joue un rôle important dans le maintien des réactions de méthylation.

Remarque : Les réactions de transméthylation dépendant de la S-adénosylméthionine (SAM) dans les cellules conduisent à la production de S-adénosylhomocystéine (SAH) par les méthyltransférases (EC 2.1.1).

a. La SAH est clivée par l'adénosylhomocystéinase (EC 3.13.2.1) en adénosine et en homocystéine.

$\ce{SAH + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Adénosine + L-homocystéine}$

b. Si cette élimination ne se fait pas, en particulier celle de l'adénosine, l'accumulation de SAH devient un puissant inhibiteur des réactions de transméthylation.

Sauvetage indirect

L'adénosine désaminase (ADA), i.e. EC 3.5.4.4, est une hydrolase hautement conservée des bactéries à l'homme, qui catalyse la désamination de l’adénosine en inosine dans le métabolisme des purines.

Sous forme monomérique ou dimérique, ADA agit sur l’adénosine libre.

Remarque : cette enzyme est distincte des ADAR (Adenosine Deaminase Acting on RNA) qui agissent sur l’adénosine intégrée dans les ARN lors de l’édition A → I.

1. Elle joue un rôle crucial dans la voie de sauvetage des purines en catalysant la réaction de désamination de l'adénosine en inosine :

$\ce{Adénosine + H2O}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Inosine + NH3}$

L'inosine, qui peut ensuite être décomposée en hypoxanthine par la purine nucléoside phosphorylase (PNP), puis la base est recyclée en IMP par l’HGPRT dans la voie de sauvetage des bases puriques.

2. L'ADA intervient dans de nombreux processus, en particulier en se liant à la dipeptidyl peptidase-4 (DPP4, aussi appelée adenosine deaminase complexing protein 2 ou CD26), enzyme antigénique exprimée à la surface de la plupart des types de cellules (Uniprot).

a. développement et maintenance du système immunitaire :

• 

  Sa déficience génétique provoque des déficits graves (10 à 15% des DICS, Déficit Immunitaire Combiné Sévère).
• Ce déficit entraîne une réduction marquée du nombre et du fonctionnement des lymphocytes T, B et NK (Adenosine deaminase potentiates the generation of effector, memory, and regulatory CD4+ T cells 2011).
• Comme l'adénosine n'est pas transformée en inosine, l’accumulation d’adénosine et surtout de désoxyadénosine conduit à la formation de dATP, qui inhibe la rribonucléotide réductase (RNR), bloquant la formation des désoxyribonucléotides et la synthèse d’ADN, ce qui freine la prolifération cellulaire.

b. différenciation des cellules épithéliales (Regulation of epithelial and lymphocyte cell adhesion by adenosine deaminase–CD26 interaction 2002),

c. neurotransmission :

• libération d'acides aminés excitateurs (glutamate, aspartate),
• couplage des récepteurs A1 de l'adénosine et des protéines G hétérodimériques (The catalytic site structural gate of adenosine deaminase allosterically modulates ligand binding to adenosine receptors 2012),

d. gestation dans le développement précoce post-implantation par son action sur :

• la prolifération et la différenciation des cellules trophoblastiques, indispensables à la formation du placenta,
• la modulation des réponses immunitaires maternelles, ce qui favorise un environnement immunotolérant empêchant que le système immunitaire maternel n’attaque l’embryon (Changes in Serum Adenosine Deaminase Activity during Normal Pregnancy 2007),
• la signalisation cellulaire impliquée dans la vascularisation et la croissance du tissu embryonnaire.

Voie de sauvetage de la guanosine

La voie de sauvetage de la guanosine n'implique pas une guanosine kinase, enzyme absente chez les mammifères.

Elle passe par la voie de la purine nucléoside phosphorylase (PNP), qui clive la guanosine en guanine, puis par l’HGPRT impliquée dans le sauvetage des bases azotées :

$\ce{Guanosine + Pi}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{Guanine + alpha-D-ribose-1-phosphate}$

$\ce{Guanine + PRPP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{GMP + PPi}$

Remarque : l'IMP et le XMP ne sont pas directement considérés comme des molécules dans les voies de sauvetage des nucléosides, mais plutôt comme des intermédiaires métaboliques dans la biosynthèse et le recyclage des nucléotides puriques.

Voie de sauvetage des nucléosides pyrimidiques

Les nucléosides pyrimidiques peuvent également être récupérés par phosphorylation par des kinases spécifiques.

1. L'uridine peut être phosphorylée par l’uridine/cytidine kinase (EC 2.7.1.48) :

$\ce{Uridine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{UMP + ADP}$

• Elle participe au recyclage de l’uridine d’origine alimentaire ou extracellulaire.
• C'est une étape essentielle pour régénérer l’UMP, précurseur de la voie pyrimidique.

2. La cytidine est phosphorylée par la même enzyme :

$\ce{Cytidine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{CMP + ADP}$

Elle assure un apport rapide en CMP pour :

• la synthèse d’ARN,
• la production de CDP (rôles de CDP)
• la production de CTP via l'UMP/CMP kinase, i.e. CMP ➞ CDP, puis la nucléoside-diphosphate kinase (NDPK).

3. La thymidine peut être phosphorylée par la thymidine kinase avec deux isoformes (EC 2.7.1.21) :

$\ce{Thymidine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dTMP + ADP}$

a. TK1 est exprimée dans le cytosol, particulièrement dans les cellules en prolifération, i.e. elle est dépendante du cycle cellulaire, en particulier dans la phase S.

b. TK2 est localisée dans les mitochondries, exprimée de manière constitutive.

Désoxycytidine kinase (dCK) :
carrefour du sauvetage des désoxyribonucléotides

1. La désoxycytidine kinase (dCK) , i.e. EC 2.7.1.74, est une enzyme cruciale du système de sauvetage des désoxyribonucléosides, exprimée notamment dans :

• les cellules hématopoïétiques,
• la moelle osseuse,
• certains tissus tumoraux.

Elle permet de régénérer des désoxyribonucléotides monophosphates pour servir de précurseurs à la synthèse de l'ADN.

2. Les réactions catalysées par la dCK sont :

• $\ce{Désoxycytidine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dCMP + ADP}$ ;
• $\ce{Désoxyadénosine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dAMP + ADP}$ ;
• $\ce{Désoxyguanosine + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{dGMP + ADP}$ .

Remarque : la dCK joue un rôle majeur dans l'activation intracellulaire de plusieurs agents anticancéreux ou antiviraux de type analogues nucléosidiques :

• cytarabine, gemcitabine, analogues de la désoxycytidine,
• clofarabine, fludarabine, analogues de la désoxyadénosine,
• vidarabine, antiviral, analogue de la désoxyadénosine.

Sans activité de dCK, ces molécules restent inactives, ce qui explique certaines résistances aux traitements, i.e. par mutation ou par répression de l’expression de dCK.

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