L’EPO : Trois lettres qui ne semblent pas bien méchantes mais qui, ensemble, peuvent faire des ravages

Reconnue depuis l’affaire Festina comme la substance dopante la plus connue du public, Lance Armstrong, alias « le boss », cycliste mondialement connu, est également tombé dans le piège de L’EPO: en effet, ce champion a avoué s'être dopé durant une grande partie de sa carrière en ayant recours à un "cocktail" à base de cette substance. Intéressons nous davantage à ce produit qui a entrainé la chute de ce grand champion.

L'EPO, c'est quoi ?

L'EPO, diminutif de l'érythropoïétine, est une protéine, qui a un rôle hormonale (les protéines peuvent avoir plusieurs rôles : structural, enzymatique...): c'est donc une hormone naturellement produite par le corps humain à 90% par les cellules du cortex rénal, mais le cerveau, le fois et l'utérus en fournissent en cas de besoin. Une hormone est une molécule qui a pour but de transmettre des messages chimiques dans l’organisme.

Cette hormone stimule la formation, par la moelle osseuse, des globules rouges qui transportent l’oxygène vers les organes: c'est donc un facteur de croissance hématologique

Le premier EPO de synthèse a été découvert vers 1985: une molécule complètement identique à celle produite par les reins fut fabriquée et commercialisée sous le nom d’Eprex. La création de ce médicament fut un miracle : L’EPO présente désormais moins de risques que les transfusions de globules rouges, et permet une correction plus durable de l'anémie. L’anémie est une carence en globules rouges dans le sang entrainant la perturbation du transport d’oxygène (les globules rouges étant des cellules sanguines assurant le transport de l’oxygène). L’EPO permet donc de mieux combattre cette déficience, qu'elle soit due à une atteinte du rein (le principal producteur de l'hormone), à certaines chimiothérapies, ou encore à l'utilisation de la zidovudine (AZT) dans les cas de SIDA

Mais cette substance est détournée de son rôle premier: les sportifs prennent rapidement connaissance des effets bénéfiques que pouvait avoir l’Eprex sur leurs capacités physiques à savoir l’amélioration de leur endurance ainsi que celle de la capacité maximale respiratoire (VO2 max). L'autre avantage de l'EPO de synthèse: sa présence peut être détectable dans les urines mais disparait très rapidement, quelques jours après l'injection. Mais les effets dopants, eux, durent plusieurs semaines. Voila pourquoi il fut difficile aux sportifs de résister à la tentation.

Ses modes d'administration sont la voie orale et les injections (voir ci dessous).

Comment ça marche ?

La consommation d’EPO permet une meilleure oxygénation des tissus musculaires, donc une meilleure performance "sportive" car ces derniers sont mieux et plus longtemps irrigués que ce qui aurait été naturellement fait. Mais comment ça marche ?

Fonctionnement de l'EPO naturelle

Elle est produite quand l'organisme est en hypoxie ( baisse de la concentration en oxygène dans le sang, transporté par les globules rouges jusqu’aux artères rénales, anémie). Elle peut également être fabriquée lorsque les besoins en oxygène augmentent. Il faut produire davantage de globules rouges. Comment l'EPO y parvient elle ?

L’EPO naturelle est sécrétée par le rein. Lorsque le corps est en hypoxie, l’EPO arrive jusqu’à la moelle osseuse, lieu de production des globules rouges (ou Erythrocytes), et va lui donner l’ordre de produire plus de globules rouges.

Ce sont ces érythrocytes qui transportent les molécules d’oxygène. Ce sont des cellules constitués de millers de protéines d’hémoglobine, qui sont elles même composées de 4 groupements "hème", fait de fer. C’est ce fer qui va attirer comme des aimants les molécules d’oxygène, présentes dans le plasma, à l'intérieur des globules rouges. Comme l'hémoglobine est composée de 4 groupes hème, elle peut transporter 4 molécules de dioxygène. Le transport d’oxygène des poumons jusqu’aux tissus cellulaires est ainsi possible. C’est au niveau des poumons, plus précisément au niveau des alvéoles pulmonaires, que les échanges gazeux entre l’air et le sang s’effectuent car la paroi de ces dernières est très fines: les globules rouges (GR) vont récupérer les molécules de dioxygène et les transporter vers toutes les cellules de l’organisme pour qu’elles puissent fonctionner. En fonctionnant, les cellules produisent des déchets donc le CO2 et vont le rejeter dans les GR. Ce dernier est ensuite reconduit au poumons, au niveau des alvéoles. Ce CO2 va ensuite traverser leur paroi, et être expiré lors de l’expiration.

Mais chaque jour, environ 100 milliards de globules rouges sont détruits dans notre corps. La moelle osseuse doit continuellement en fabriquer de nouveaux

Mais comment l'EPO va augmenter la production de globules rouges ?

L’EPO arrive au niveau de la moelle osseuse. Elle va identifier une protéine que l'on apppelle récepteur à la surface des GR en cours de fabrication (érythroblastiques). Ensuite, elle se fixera aux récepteurs membranaires des cellules cibles "CFU-E" (colony forming unit erythroblas)

Ensuite, la liaison EPO-EPOR va entrainer une succession de réactions en chaîne à l’intérieur du globule rouge dans le but d’aboutir à une multiplication de la cellule.

Une fois à leur maturité, ces cellules, multipliées, sont relâchées dans la circulation sanguine.

C’est grace à ce processus qu’une plus grosse quantité d’hémoglobine est produite : plus d’oxygène peut être transporté vers les tissus musculaires, qui seront donc plus oxygénés, et par conséquent plus performants.

Erreur: groupement M à remplacer par groupement hème

Schéma des échanges entre poumons et sang grâce à l'hémoglobine

Fonctionnement de l'EPO synthétisée (RHuEPO):

L'injection d'EPO de synthèse augmente la production de globules rouges dans le sang. Les globules rouges étant des transporteurs d’oxygène, il y a donc plus d’oxygène qui arrive jusqu’aux muscles : les muscles plus oxygénés sont donc plus performants. Jammy, de l'émission "c'est pas sorcier", nous éclaire sur ce sujet:

L'EPO une protéine, c'est quoi ?

L’EPO est une hormone peptidique, ou protéique : c’est une protéine.

Une protéine est constituée de longues chaines d’acides aminés, ( > à 50) : L’EPO, elle, en est composé de 165.

Les acides aminés sont donc des molécules qui entrent dans la composition des protéines grâce à leur assemblage par des liaisons que l'on appelle peptidiques(ces liaisons sont expliqués dans la suite).

Leur nom provient du fait qu'ils possèdent une fonction amine (NH2) et une fonction acide carboxylique (COOH) toutes deux liées à un carbone alpha central qui porte également un radical. C’est un groupement chimique qui diffère selon les types d’acides aminés et qui permet donc de les différencier. Il exite des centaines d’acides aminés chez l’être vivant, mais seulement 20 constituent les protéines : les acides aminés protéinogènes. Ils se combinent de différentes manières pour former les protéines :elles peuvent donc être constituées de centaines d’acides aminés mais qui feront forcément parti de la liste des 20.

Mais selon l’ordre des acides aminés, la protéine résultante aura une fonction particulière. Comment la cellule fait elle pour savoir dans quel ordre elle doit assembler les acides aminés ? Explications.

Les « recettes d’assemblages » sont inscrites dans les 20 000 gènes localisés dans les chromosomes, dans le noyau (le génome) : c’est pour cela que l’on dit qu’un gène code pour une protéine. Les molécules d’ADN conservent précieusement ces « recettes » mais elles ne peuvent pas sortir du noyau. Lorsque la cellule aura besoin de produire une protéine en particulier, plusieurs étapes seront nécessaires : c’est la synthèse des protéines.

1. La transcription, Copie de la recette : Dans le noyau de la cellule eucaryote, Un complexe enzymatique (ARN polymérase) despiralise et ouvre l'ADN au niveau d'un gène. Des ribonucléotides libres viennent s'ajouter par complémentarité au brin transcrit :on s’assure ainsi de respecter l’ordre des bases azotées du gène. Cette copie se nomme ARN pré-messager(thymine remplacé par uracile). Avant qu’elle puisse sortir du noyau, elle doit encore être transformées.

2. La maturation : On ajoute à cet ARN prémessager des nucléotides à chaque extrémité. La coiffe permettra à la molécule de sortir du noyau et servira d’attache au ribosome. La queue facilitera son passage à travers l’enveloppe nucléaire et empêchera sa dégradation

3. L’épissage : il faut retirer certaines portions non codantes (les introns) :l’ARN messager est maintenant prêt

Plusieurs complexes enzymatiques travaillent en même temps, il y a une amplification de l'expression du gène qui entraine la formation d'un grand nombre d'ARN messager et donc de protéines.

4. Il sort du noyau en passant par les pores de l’enveloppe nucléaire et arrive dans le cytoplasme où il est pris en charge par le ribosome. Ce dernier va s’associer à L’ARN messager,et se fixer à son début, puis y avancer en lisant le code génétique, codon par codon

CODON : L’ARN messager est formé de 4 nucléotides : adénine (A), Uracile(U), Guanine(G) et Thymine (T). Un codon, c’est une suite de 3 nucléotides spécifique pour un acide aminé. Il y a une soixantaine de codons pour 20 acides aminés car plusieurs codons codent le même acide aminé (par contre chaque acide aminé à ses codons spécifiques). L’ARN messager est donc une suite de codons qui va constituer la chaine protéique.

5.Le premier codon code pour le 1er acide aminé. L’ARN de transfert correspondant au codon présent sur l’ARNm en position 1 va arriver avec son 1er acide aminé : Le codon initiateur, celui qui débute la synthèse des protéines est toujours une méthionine(A ;U ;G)

6.Une réaction enzymatique va suivre et permettra à la méthyonine portée par le 1er ARN de transfert d’être libérée de celui ci puis transmise sur le 2ème ARNt. :on a un début de chaine. Le premier ARNt part et laisse place, lorsque le ribosome avance d’un codon, à une nouvelle place pour un 3ème ARNt et donc un 3ème acide aminé. La séquence des deux acides aminés sont alors transférés sur le 3ème ARNt et ainsi de suite.

7. La chaine des acides aminés à sa sortie du ribosome est linéaire. Mais d’autres protéines autour du ribosome qui sont la pour provoquer des repliement de cette chaine pratiquement dès sa sortie du ribosome de facon à organiser la structure de la protéine en trois dimensions et à avoir certains domaines de la protéines qui s’accrochent avec d’autres domaines

8.La fin de la synthèse protéique a lieu lorsqu’un codon « stop » apparaît : il n’y a pas d’ARNt qui puisse reconnaître ce codon. La chaine protéique est donc lachée dans le cytoplasme et le ribosome se séparle de l’ARNm

Les liaisons entre les acides aminés:

Elles sont appelées liaisons peptidiques, d’où le nom d’hormone peptidique. Ce sont des liaisons covalentes, très solides, entre un atôme de carbone de la fonction acide carboxylique COOH d’un acide aminé et un atôme d’azote de la fonction NH2 d’un autre acide aminé. Au cours de la réaction, un atôme H2O est libéré. L’union de deux acides aminés forme un dipeptide, et celle de plusieurs forme un polypeptide. Les protéines, et donc l’EPO, sont des polypeptides.

Comme dit précédemment, la formule brute de l'EPO naturelle est C809 H1301 N229 O240 S5. (Cf représentation de Cram)

Sa masse molaire est 18235,702mg/mol ( marge d'erreur d'environ 0,881mg/mol). Elle est répartie comme ceci:

53,28 % de carbone.
7,19 % d'hydrogène.
17,59 % d'azote.
21,06 % d'oxygène.
0,88 % de souffre

On remarque qu'elle est composée d'atome C, O, H, N principalement, ce qui confirme ce que vous avons énoncé précédemment: c'est une protéine, elle est donc constituée d'acides aminés (molécule possédant une fonction amine NH2 et acide carbonyle COOH relier par un carbone central)

Structure tridimensionnelle de la protéine d'EPO

Les protéines sont constituées d’un enchainement d’acides aminés. Suivant l'ordre des acides aminés et leurs interactions entre eux, les acides aminés vont, lors de leur synthèse, se replier, ce qui donnera une certaine forme à la protéine. En fonction de sa forme, la protéine aura une fonction particulière. Il y a plusieurs niveaux d’organisation dans l’espace de la chaine d’acides aminés, nous nous intéressons à la structure secondaire qui correspond à un repliement de la chaine sous forme de structures géométriques simples (hélices/feuillets), qui constituent la molécule d’EPO

L’hélice Alpha est une structure périodique très fréquente dans le repliement des protéines et des peptides. Elle est formée par l'enroulement régulier sur elle-même de la chaine des acides aminés qui forme une hélice grâce aux liaisons hydrogène qui relie le groupement carbonile CO et le groupement amide Nh. Dans une hélice alpha, les chaines latérale des acides aminés sont localisées en périphéries de l’hélice et pointent vers l’extérieur.

Le brin bêta est une structure périodique étendue(c’est une partie de la chaine d’acides aminés formé de trois à dix acides aminés dont la chaine carbonée principale est étendue). Le brin bêta seul n’est pas stable et doit donc former des liaisons hydrogène avec d’autres brins pour se stabiliser : on parle de feuillets bêta. Ils ne sont pas plans : ils présentent un plissement sur leur surface (des plis alternativement orientés vers le haut puis vers le bas).

L'EPO, une glucoprotéine

C’est également une hormone de nature glycoprotéique (les glycoprotéines sont un groupe de protéines conjuguées constituées de protéines et de glucides) : Des enzymes vont lier de façon covalente des glucides (des sucres) sur certains acides aminés de la protéine.

Ces motifs sucrés ont un rôle important car nous verrons dans la suite que c'est cela qui différencie l'EPO naturelle de l'EPO de synthèse.

Produire de l'EPO de synthèse

L’EPO naturelle est fabriquée chez l’homme et l’EPO recombinante (RHuEPO : Recombinant Human Erythropoïetin) est fabriquée en utilisant des cellules CHO qui sont des cellules ovariennes de hamster chinois.

Les protéines sont codées au niveau des gènes :il suffit donc d’isoler l'ADN du gène codant pour l'EPO humaine (sur le 7ème chromosome), et de le transférer dans les cellules hôtes (dans ce cas on parle des cellules CHO du hamster). On place ensuite ces dernières dans un environnement adapté à leur multiplication. Ces cellules vont fabriquer, lors de leur multiplication, des protéines pour leur propre survie . Elle synthétiseront egalement de l’EPO humaine (puisqu’on lui a transféré la séquence codant pour l’EPO humaine). Enfin, cette protéine humaine, qui a été fabriquée, sera purifiée puis injectée dans le corps du patient/sportif.

On penserait logique que l’EPO fabriquée par l’homme et l’EPO fabriquée par la souris soient similaires. Et bien non, elles ont des différences et des points communs:

Points communs :

Le code génétique est universel. C’est pourquoi la séquence en nucléotides du gène qui code pour l’EPO (protéine donc chaine d’acides aminés) permet la fabrication d'une chaine en acide aminés identique à cette protéine, peut importe la cellule qui la produit.

EPO naturelle:165 acides aminés

NESP (EPO synthétisée la plus connue) : 165 acides aminés

Différences : En revanche, la glycosylation n'est pas codée par le gène en lui-même, et les cellules CHO ne synthéthisent pas certains motifs car elles ne possèdent pas certaines enzymes humaines: c’est pourquoi l’EPO endogène et recombinante ont un profil en sucres différent et donc un nombre de chaines glycosylées différent. Ces modifications peuvent dépendre du type de cellule dans lequel la biosynthèse se déroule

EPO naturelle : 3 chaînes glycosylées

NESP (EPO synthétisée la plus connue) : 5 chaînes glycosylées

Moins la molécule est glycosylée, plus il y a d’affinité entre l’EPO et l’EPOR.

L’EPO est à peu près 5 fois plus rapide que le NESP pour s’associer avec l’EPO-R. Comme elle s'associe plus vite, il y a plus d’EPO "ingérée" par le corps par unité de temps et par conséquent, son taux de dégradation par unité de temps est supérieure à celui du NESP. Plus sa vitesse d'association est rapide et plus sa demi vie sera courte.

Les risques de l'EPO

Mais la prise de l’EPO n’a pas que des aspects bénéfiques. Elle entraîne également de nombreux effets négatifs sur la santé :

Trop de globules rouges dans le sang l’épaississent, il devient trop visqueux et bouchent certains vaisseaux. Cela peut entrainer des thromboses (la thrombose veineuse correspond à la formation d'un caillot sanguin). Cf schéma

Si cela se passe au niveau de cœur, c’est à dire si un caillot obstrue une artère du cœur, c’est l’arrêt cardiaque, l’infarctus du myocarde. Cf schéma

Si un caillot circulant dans le sang obstrue l’artère pulmonaire, c’est l'embolie pulmonaire. Cf schéma

AVC : accident vasculaire cérébral : L’obstruction ou la rupture d’un vaisseau sanguin entraine une défaillance de la circulation du sang vers le cerveau qui affecte une région plus ou moins importante du cerveau. Il provoque la mort des cellules nerveuses, privées d’oxygène, et des éléments nutritifs essentiels à leurs fonctions. Cf schéma

Dans le long terme, pendant une période de quelques années, les traitements avec ce produit, perturbent gravement les mécanismes naturels de régulation de la production des globules rouges et dérèglent la formation naturelle de globules rouges.

Dans de rares cas, mais qu’il ne faut pas négliger, des maladies auto-immunes peuvent être provoquées: suite à une résistance développée par le système immunitaire face à cette EPO de synthèse, le corps fabrique des anti-corps anti-EPO. Cela provoque ensuite la non production d'EPO naturelle.

Quand la circulation du sang, qui est devenu très visqueux, est ralentie pendant le sommeil par exemple, le sang peut stagner et boucher les vaisseaux, ce qui entraine des AVC, crises cardiaques et embolies pulmonaires.

Cancer de la moelle osseuse

Hypertension : c’est une pression anormalement forte du sang sur la paroi des artères. Elle peut entrainer à son tour une insuffisance cardiaque (en imposant un surcroît de travail au cœur, le muscle cardiaque s’épuise), des problèmes rénaux et aux yeux à cause de la fragilité des vaisseaux sanguins, des AVC, des infarctus du myocarde…

Au cours d’un long effort physique, le dopé à l’EPO voit son sang se transformer en une pâte visqueuse et épaisse (hyperviscosité sanguine), qui peut entrainer les maladies évoquées précédemment. Il est donc obligé, pour fluidifier son sang, de prendre de l’aspirine ou des anticoagulants

C’est pour cela qu’il n’est pas rare d’apprendre le décès de jeunes sportifs suite à des embolies ou encore des crises cardiaques. Prenons l’exemple, dans les premières années qui ont suivies la mise sur le marché de ce dopant, le décès soudains d’une vingtaine d’athlètes du nord de l’Europe, hommes et femmes, suite à des crises cardiaques, des embolies pulmonaires, des AVC… Les médecins confirment ainsi les risques d’un dopage à l’EPO.

DOPAGE SPORTIF

L’EPO : Trois lettres qui ne semblent pas bien méchantes mais qui, ensemble, peuvent faire des ravages

L'EPO, c'est quoi ?

Comment ça marche ?

Produire de l'EPO de synthèse

Les risques de l'EPO

Embolie pulmonaire

AVC