Bêta-N-méthylamino-L-alanine

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Bêta-N-méthylamino-L-alanine
Bêta-N-méthylamino-L-alanine
Identification
Nom IUPAC acide (S)-2-amino-3-méthylaminopropanoïque
No CAS 15920-93-1
PubChem 105089
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule brute C4H10N2O2  [Isomères]
Masse molaire[1] 118,1344 ± 0,0049 g/mol
C 40,67 %, H 8,53 %, N 23,71 %, O 27,09 %,
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

La bêta-N-méthylamino-L-alanine (ou BMAA) est une molécule organique produite par certaines bactéries, mais également trouvé dans le cerveau de patients morts de certains types de dégénérescence du système nerveux central.
Plus précisément, il s'agit d'un acide aminé non-protéique, neurotoxique, relativement stable, produit par des cyanobactéries, dont certains nostocs.

On a montré dans l'île de Guam que le BMAA peut être dans la nature fortement accumulée dans certaines parties de végétaux (nodules racinaires, fruits, graines) ayant établi une symbiose racinaire avec des cyanophycées, puis dans les animaux qui consomment ces végétaux.

Toxicologie[modifier | modifier le code]

Le BMAA est une neurotoxine inhabituelle[2], qui combine plusieurs effets toxiques[3]. En tant qu'acide aminé non protéique, elle développe :

  • des effets toxiques sur les neurones moteurs, notamment dans la zone de la substantia nigra[4] ;
  • une action agoniste sur les récepteurs NMDA et AMPA[5] ;
  • un stress oxydatif[5] ;
  • un épuisement du glutathion[5] ;
  • et peut-être - c'est une hypothèse à confirmer - un mauvais repliement des protéines intraneuronale, ce qui est l'une des sources connues de la neurodégénérescence.

S'il n'y a pas de modèle animal pour étudier une SLA induite par le BMAA, il existe maintenant des preuves substantielles évoquant sérieusement un lien de causalité entre cette toxine bactérienne et la SLA[6].
De plus, le suivi des cas survenus chez des patient ayant depuis longtemps quitté l'île de Guam montrent que jusqu'à une trentaine d'années peuvent s'écouler (et peut-être plus) entre le contact avec la toxine, et la déclaration de la maladie[7].

L'ingestion de BMAA est l'un facteur possible de démence parkinsonnienne liée à une Sclérose latérale amyotrophique, un syndrome atypique (syndrome de Guam), uniquement découvert sur l'île de Guam, et resté mal compris durant toute la seconde moitié du XXe siècle.

La toxicité de cette molécule a aussi été étudiée in vitro sur des cultures de neurones corticaux[8].

Écotoxicologie[modifier | modifier le code]

Comme cela est le cas pour beaucoup de toxines bactériennes, il est probable que le BMAA joue un rôle protecteur pour les bactéries qui le produisent, voire pour des espèces (arbres, champignons…) qui développent une symbiose avec ces bactéries.

Les conséquences écotoxicologiques de cette molécule proche de l'alanine (abréviation : Ala ou A) sont complexes, et encore mal comprises. Elles font l'objet d'études, notamment concernant sa biomagnification qui semble avérée dans certains contextes et qui pourrait avoir ailleurs été sous-estimée. Certaines espèces animales semblent relativement immunisées (la roussette de l'île de Guam par exemple), mais elles peuvent fortement la bioconcentrer et alors la transmettre dans la chaine alimentaire, dont à l'Homme via la consommation de gibier pour les populations qui chassent ces animaux. C'est ce qui a été démontré sur l'Île de Guam (voir plus bas).

Enjeux sanitaires et écologiques[modifier | modifier le code]

Comme les pullulations de cyanophycées sont de plus en plus fréquentes en eau douce de surface, dont dans des lacs ou réservoirs de barrages utilisés pour produire de l'eau potable, la confirmation de l'hyptothèse qu'il s'agit d'un « déclencheur environnemental bactérien » pour la SLA ou d'autres maladies neurodégénératives pourrait avoir d'énormes conséquences en termes de sécurité sanitaire[6].

Le syndrome de l'ile de Guam[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Syndrome de Guam.

Il tire son nom[9] du fait qu'au milieu du XXe siècle, les médecins et épidémiologistes américains ont constaté sur cette île une incidence anormalement élevée (50 à 100 fois plus que la normale) d'un syndrome évoquant des maladies neurodégénératives connues, mais avec des cas sporadiques parmi les jeunes (comme pour les maladies à prion), a été constatée au sein de la population autochtone Chamorro[10], très intriguant et préoccupant pour les épidémiologistes. Il mêle les symptômes d'une sclérose latérale amyotrophique à ceux d'une démence parkinsonnienne, constituant une maladie neurodégénérative[11].

Des chercheurs ont ensuite découvert que de grandes quantité de BMAA étaient présentes dans les graines et fruits d'un arbre local, le Cyca (Cycas micronesica)[10], une sorte de palmier autrefois très présent sur l'île.
Il a ensuite été démontré que ce BMAA était en réalité produit par des milliers de petites colonies de cyanobactéries symbiotiques abritées sous la terre, à l'intérieur de nodules formés par les Cycas dans des racines spécialisées (dites « racines coralloïdes »[10],[12]. Sous forme libre dans la nature, la bactérie ne contient que 0,3 microg/g de BMAA, mais quand elle vit en symbiose avec son arbre (Cicas), elle en produit jusqu'à 120 fois plus (2 à 37 microg/g)[13]. Ce BMAA est transporté par la sève vers les branches, puis retrouvé particulièrement concentré dans les tissus reproducteurs de l'arbre (9 microg/g en moyenne dans la partie charnue du sarcotest et plus de 100 fois plus ; 1 161 microg/g en moy.) dans l'enveloppe périphérique de la graine) [13]. Ce BMAA est aussi trouvé sous forme bioassimilable dans le fruit et la graine[10], mais en petite quantité sous forme libre ; c'est sous forme liée à des protéines qu'il est surtout présent, jusqu'à une centaine de fois plus concentré, alors bioassimilable[13]. Des chercheurs avaient suggéré un lien entre ce BMAA et l'étrange syndrome de Guam, mais on leur a rétorqué qu'il faudrait ingérer des tonnes de farines de graines ou de fruits de cet arbre pour accumuler la quantité de BMAA trouvée dans le cerveau de certains malades. Les recherches ont été interrompues durant une trentaine d'année et orientées vers d'autres explications dont aucune n'a été convaincante (De plus, ce syndrome se développe généralement plusieurs décennies environ après le début de l'intoxication[11], ce qui ne facilite pas le suivi épidémiologique).
Plusieurs décennies après, on a remarqué que plusieurs espèces d'animaux mangés par l'Homme se nourrissaient du fruit et de la graine de cet arbre : C'est le cas des roussettes (Pteropus mariannus), des cochons et des cervidés. Par des mesures de leur teneur en BMAA, on a alors rapidement constaté que ces animaux pouvaient participer à une rapide bioamplification de la neurotoxine dans le réseau trophiques local ; jusqu'à l'Homme, qui est situé au bout de la chaîne alimentaire[13]). Ainsi les roussettes consommant graines et fruits du Cyca bioaccumulent à leur tour le BMAA (3 556 microg/g en moyenne). Et elles sont très prisé du peuple autochtone Chamorro qui les chassent et les mangent bouillie dans une crème de coco.
On a ensuite constaté que le BMAA est une toxine très stable, assez pour qu'on la retrouve en quantité élevée dans les roussettes de Guam conservées dans les musées[14]. La consommation d'une seule roussette apporte une dose de BMAA équivalente à 174 kg à 1,014 tonnes de farine de cycas[14]. À cause des festins traditionnels de renards volants (autre nom de cette roussette), les Chamorros meurent bien plus nombreux que la moyenne des humains du syndrome de Guam ; Ce BMAA (lié à des protéines) a en effet aussi été retrouvé dans le cerveau des morts de ces maladies dégénératives sur l'île (à des concentrations moyenne de 627 microg/g, 5 mM) alors qu'on ne l'a pas trouvé dans les cerveaux ce cas-témoins, ni dans le cerveau de patients morts de maladie de Huntington[10].
Ces découvertes ont ravivé l'intérêt pour l'hypothèse que le BMAA pourrait être déclencheur possible d'autres maladies neurodégénérative, d'autant qu'il a aussi été trouvé (à des taux moyens de 95  microg/g, 0.8mM) dans le cerveau d'individus nord-américains morts de maladie d'Alzheimer, ce qui renforce l'hypothèse d'un rôle étiologique possible du BMAA dans le cas de maladies neurodégénératives ailleurs que dans l'Île[10],[13] (et une étude encore contestée laisse penser que d'autres plantes ou animaux pourraient concentrer le BMAA[11].
Les cyanobactéries sont abondantes dans le monde entier. De plus, les pullulations de cyanophycées dans des réservoirs superficiels d'eau potable sont de plus fréquents (en raison de déséquilibres écologiques encore mal compris, mais semblant impliquer l'eutrophisation des eaux de surface)[10].
Dans les années 2000, l'hypothèse de facteurs environnementaux jouent un rôle majeur dans le développement de maladies neurodégénératives gagne du terrain. En particulier, certaines souches de cyanobactéries sont potentiellement (et de manière avérée à Guam) source de BMAA environnemental susceptible d'être transportées dans les eaux potables, ou bioconcentré, puis impliqué dans la maladie d'Alzheimer, la SLA (Sclérose Latérale Amyotrophique)[6] ou la maladie de Parkinson[15] chez des patients pouvant avoir une prédisposition génétique liée à une incapacité à prévenir l'accumulation de protéines liées au BMAA dans le cerveau est avancée par certains auteurs[10],[16], mais encore à confirmer (par exemple par tracage isotopique et/ou par des études épidémiologiques et écoépidémiologiques) solides.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. Vyas KJ, Weiss JH., BMAA--an unusual cyanobacterial neurotoxin ; Amyotroph Lateral Scler. 2009; 10 Suppl 2:50-5.
  3. Beta-N-methylamino-L-alanine enhances neurotoxicity through multiple mechanisms. Lobner D, Piana PM, Salous AK, Peoples RW. Neurobiol Dis. 2007 Feb; 25(2):360-6. Epub 2006 Nov 13 (Résumé).
  4. Cucchiaroni ML, Viscomi MT, Bernardi G, Molinari M, Guatteo E, Mercuri NB., Metabotropic glutamate receptor 1 mediates the electrophysiological and toxic actions of the cycad derivative beta-N-Methylamino-L-alanine on substantia nigra pars compacta ; DAergic neurons. J Neurosci. 2010 Apr 14; 30(15):5176-88
  5. a, b et c Liu X, Rush T, Zapata J, Lobner D., beta-N-methylamino-l-alanine induces oxidative stress and glutamate release through action on system Xc(-) ; Exp Neurol. 2009 Jun;217(2):429-33. Epub 2009 Apr 15 (Résumé).
  6. a, b et c Banack SA, Caller TA, Stommel EW., The cyanobacteria derived toxin Beta-N-methylamino-L-alanine and amyotrophic lateral sclerosis ; Toxins (Basel). 2010 Dec;2(12):2837-50. Epub 2010 Dec 20 (Résumé)
  7. Garruto, R. M., Gajdusek, D. C. and Chen, K.-M. (1980), Amyotrophic lateral sclerosis among chamorro migrants from Guam. Annals of Neurology, 8: 612–619. doi: 10.1002/ana.410080612 (Résumé)
  8. Neurotoxicity of beta-N-methylamino-L-alanine (BMAA) and beta-N-oxalylamino-L-alanine (BOAA) on cultured cortical neurons. Weiss JH, Koh JY, Choi DW. Brain Res. 1989 Sep 11; 497(1):64-71. (résumé)
  9. Syndrome dit « Syndrome de Guam » ou Lytico-bodig disease pour les anglophones, ou encore AL-SPDC pour Amyotrophic lateral sclerosis/parkinsonism-dementia complex. (en) Voir l'article « Lytico-bodig disease » sur Wikipédia en anglais.
  10. a, b, c, d, e, f, g et h Bradley WG, Mash DC., Beyond Guam: the cyanobacteria/BMAA hypothesis of the cause of ALS and other neurodegenerative diseases. ; Amyotroph Lateral Scler. 2009; 10 Suppl 2:7-20. (résumé)
  11. a, b et c Karamyan VT, Speth RC., Animal models of BMAA neurotoxicity: a critical review ; Life Sci. 2008 Jan 30;82(5-6):233-46. Epub 2007 Dec 7. (résumé)
  12. Photos de l'arbre, des nodules, des fruits mangés par une roussette
  13. a, b, c, d et e Cox PA, Banack SA, Murch SJ., Biomagnification of cyanobacterial neurotoxins and neurodegenerative disease among the Chamorro people of Guam. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003 Nov 11; 100(23):13380-3. (Résumé)
  14. a et b Banack SA, Cox PA., Biomagnification of cycad neurotoxins in flying foxes: implications for ALS-PDC in Guam, Neurology. 2003 Aug 12;61(3):387-9 (résumé)
  15. Salama M, Arias-Carrión O., Natural toxins implicated in the development of Parkinson's disease; Ther Adv Neurol Disord. 2011 Nov; 4(6):361-73.
  16. Ince PG, Codd GA., Return of the cycad hypothesis - does the amyotrophic lateral sclerosis/parkinsonism dementia complex (ALS/PDC) of Guam have new implications for global health ? Neuropathol Appl Neurobiol. 2005 Aug; 31(4):345-53 ([Résumé])