EPO et dopage

Dernière modification
Vendredi 30 septembre 2016

Auteur : Gilles Camus


Table des matières

  1. L'EPO est une hormone glycoprotéique
  2. Rôle physiologique et utilisation thérapeutique de l'EPO
    1. Rôle physiologique
    2. Utilisation thérapeutique
  3. L'utilisation de l'EPO à des fins de dopage

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1. L'EPO est une hormone glycoprotéique

L'EPO, ou érythropoïétine, est une hormone qui régule l'érythropoïèse, le mécanisme qui, à partir de cellules souches, abouti à la production d'hématies ou globules rouges. C'est une glycoprotéine, c'est à dire une protéine portant des motifs glucidiques. Composée d'une unique chaine de 165 acides aminés, sa masse molaire moléculaire est de 30,4 kDa. La masse molaire moléculaire moyenne d'un acide aminé étant de 110 Da, une protéine de 165 acides aminés devrait avoir une masse molaire moléculaire d'environ 18 kDa. La différence est due à la présence de quatre motifs glucidiques qui sont greffés sur certains acides aminés (voir fig. 1). Les organes producteurs d'EPO sont principalement les reins (80 à 90%, production par les cellules fibroblastiques interstitielles péritubulaires et les cellules tubulaires) mais également le foie.

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L'EPO est classés dans la classe des cytokines, molécules définies comme étant généralement produites par les cellules immunitaires et ayant une action sur ce système ainsi que sur l'hématopoïèse. Cette classe de messagers chimiques se distingue globalement des hormones par certaines caractéristiques : nombre important de types de cellules productrices, large distribution des cellules cibles, effets pléiotropes, grande amplitude de variation des concentrations plasmatiques selon les conditions physiologiques, modes d'actions variés (autocrine, paracrine et endocrine). Cela dit, il existe des discussions entre spécialiste sur l'étendue de cette classe et les messagers qui doivent y figurer.

Concernant l'EPO, cette cytokine a pour particularité de ne pas être produite par des cellules du système immunitaire. Cela dit, elle partage une structure secondaire commune avec de nombreuses cytokines, au sein de la sous-famille de type IL-2 (Interleukine de type 2). Cette structure secondaire se caractérise par la présence de 4 hélices alpha. Par ailleurs, la structure du récepteur à l'EPO est également commune avec les récepteurs des cytokines de types 1 et 2 (un dimère avec sur chaque monomère un domaine d'activation de la voie de signalisation JAK/STAT). Le domaine cytoplasmique C-ter possède un domaine de liaison à la protéine kinase JAK qui va phosphoryler le récepteur à l'EPO, permettant la fixation du facteur de transcription STAT qui est à son tour phosphorylé par JAK. STAT sous forme phosphorylé va se dimériser et migrer vers le noyau pour agir sur la transcription.

Figure 1 : Structure primaire de l'EPO endogène
Schéma de la structure de l'EPO
On voit qu'il existe quatre sites de glycosylations. Trois de ces sites correspondent à de la N-glycosylation (Asn 24, 38 et 83) portant des arbres glucidiques relativement importants, et un site de O-glycosylation (Ser 126) dont le motif glucidique est plus petit.
Schéma adapté d'après un schéma présent dans l'article sur l'Erytropoietin de Wikipédia.
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Ces motifs sucrés jouent un rôle important dans la fonction de la molécule comme on pourra le voir ultérieurement. Ce point est important car c'est ce qui différencie l'EPO endogène naturelle de l'EPO exogène recombinante. En effet, la production d'EPO par génie génétique se fait couramment par transfert du gène humain de l'EPO dans des cellules de hamster qui vont produire la protéine. Le code génétique étant universel, la séquence en nucléotides du gène codant pour la séquence en acides aminés de la protéine va permettre la production d'une chaine identique d'acides aminés quelle que soit la cellule qui la produit. En revanche, la glycosylation n'est pas codée par le gène en lui-même, et ces modifications co- et/ou post-traductionnelles peuvent dépendre du type cellulaire dans lequel se déroule la biosynthèse. En l'occurrence, l'EPO recombinante comporte moins de motifs glucidiques que l'EPO endogène.

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2. Rôle physiologique et utilisation thérapeutique de l'EPO

L'EPO a une action de type facteur de croissance. Comme toute hormone, son action passe par une liaison à un récepteur spécifique. Celui-ci est membranaire, l'EPO étant une glycoprotéine hydrophile. Le récepteur à l'EPO est constitué d'un dimère d'une unique chaine à un seul segment transmembranaire. Il est susceptible d'être phosphorylé sur quatre sites différents, et il active plusieurs relais intracellulaires (voies JAK/STAT5, PI 3-kinase, Ras/MAP kinase) qui vont in fine agir sur la prolifération, la différenciation et l'apoptose de la cellule cible. On trouve ce récepteur chez les érythroblastes bien entendu, mais aussi chez les mégacaryocytes (cellules de la moelle hématopoïétique produisant les plaquettes), les cellules endothéliales, des cellules nerveuses (astrocytes, neurones) et dans le placenta.

2.1. Rôle physiologique

L'érythropoïèse est le mécanisme qui assure la production de globules rouges à partir de cellules souches (voir fig. 2). Elle se déroule dans la moelle osseuse, également dénommée moelle hématopoïétique.

Figure 2 : Les étapes de l'érythropoïèse
Action de l'EPO sur l'érythropoïèse
Les étapes initiales de l'érythropoïèse voient intervenir d'autres facteurs (IL6, IL-3, etc.), mais l'EPO est le seul facteur de croissance qui intervient sur l'érythropoïèse terminale.
Les CSH donnent naissances à tous les types cellulaires que l'on trouve dans le sang. Elles produisent des cellules lymphoïdes progénitrices et des cellules myéloïdes progénitrices (CMP). Les CMP sont à l'origine de toutes les cellules de la lignée myéloïde : granulocytes, monocytes, plaquettes, hématies, cellules dendritiques myéloïdes. On a donc une spécialisation croissante : on passe de cellules totipotentes (CSH) à des cellules pluripotentes (CMP) puis unipotentes (à partir de BFU-E) et enfin des cellules spécialisées (hématies).
Légende :
  • CSH : Cellule souche hématopoïétique
  • CMP : Cellule myéloïde progénitrice
  • BFU-E : Burst forming unit-erythroid
  • CFU-E : Colony forming unit-erythroid
  • PE : Proérythroblaste
  • EB : Erythroblaste basophile
  • EP : Erythroblaste polychromatophile
  • EA : Erythroblaste acidophile
  • RE : Réticulocyte
  • GR : Globule rouge
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L'EPO est la principale hormone responsable de la régulation de cette voie. Une hypoxie tissulaire entraine une stimulation de la production d'EPO par les reins. L'hypoxie tissulaire peut être consécutive à une anémie (entrainant une diminution de la capacité de transport de l'oxygène vers les tissus) ou à une diminution de la pression partielle en dioxygène (par exemple lors d'un séjour en altitude). L'EPO va alors stimuler l'érythropoïèse en provoquant la prolifération et la différenciation des érythroblastes en érythrocytes. Un adulte standard possède environ 2,5x1013 globules rouges (4-5x1012 globules rouges/litre de sang) qui ont une durée de vie moyenne de 120 jours (et une demi-vie moyenne de 28 jours). Pour en assurer le renouvellement, l'organisme produit donc environ 2x1011 globules rouges par jour, soit 2,5 millions par seconde. En condition d'oxygénation normale des tissus, l'érythropoïèse se déroule en 5 jours à partir du proérythroblaste, mais cette durée peut-être raccourcie à 2 jours sous l'action de l'EPO.

Autres actions moins connues car non-associées au dopage, l'EPO intervient également dans la cicatrisation ainsi que dans la réparation des dommages consécutifs à un AVC (accident vasculaire cérébral), ce qui est cohérent avec la distribution de son récepteur.

2.2. Utilisation thérapeutique

Il existe différentes situations pathologiques où l'utilisation d'EPO est indiquée. On pense bien entendu à une anémie pour laquelle l'injection d'EPO va permettre d'augmenter la quantité de globules rouges et ainsi faire remonter l'hématocrite, ce qui permet de limiter le recours aux transfusions. Mais l'EPO étant majoritairement produite par les reins, des problèmes rénaux tels qu'une déficience rénale peuvent entrainer une perturbation de la production d'EPO, ce qui nécessite un apport exogène.

Dans tous les cas, l'EPO utilisée dans un but thérapeutique est une EPO produite par génie génétique et non la molécule endogène purifiée. Son mode d'administration se fait exclusivement par injection, en sous-cutané, la voie orale n'étant pas efficace. Sa demi-vie biologique est courte, de l'ordre de 6 heures.

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3. Utilisation de l'EPO à des fins de dopage

L'EPO exogène a été régulièrement détournée de sa vocation thérapeutique pour être utilisée à des fins d'amélioration de la performance sportive. Son utilisation permet en effet d'augmenter le nombre de globules rouges circulants, donc les capacités de transport du dioxygène vers les tissus, et en particulier vers le muscle, gros consommateur de dioxygène lors d'un effort. L'amélioration des performances sportives apportée par l'EPO est donc plus particulièrement sensible pour les sports d'endurance pour lesquels les muscles fonctionnent majoritairement en aérobie. On se souvient en particulier de nombreuses affaires de dopage par utilisation de l'EPO dans le milieu du cyclisme qui ont été largement médiatisées. Ses effets sont plus importants et/ou plus faciles à mettre en oeuvre que d'autres méthodes d'augmentation du taux de globules rouges également utilisées par certains sportifs (séjour en altitude, grossesse interrompue pour les femmes, transfusion ou autotransfusion).

Outre que l'utilisation de l'EPO dans une optique d'amélioration des performances va à l'encontre de l'éthique et de l'équité sportive, la lutte contre ce type de dopage est nécessaire car ce n'est pas sans conséquences délétères pour l'utilisateur. En effet, en activant l'érythropoïèse on augmente non seulement le taux de globules rouges dans le sang donc la capacité de transport de dioxygène, ce qui est l'effet recherché, mais on augmente également le volume et la viscosité du sang. Il en résulte une augmentation du risque de thrombose artérielle pouvant aller jusqu'à l'infarctus de différents organes. A plus long terme, il y a également une augmentation du risque d'hypertension artérielle, voire de cancer de la moelle osseuse.

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Pour citer cet article

EPO et dopage, Planet-Vie, Mardi 22 mai 2012, http://planet-vie.ens.fr/content/epo-et-dopage, voir