Stress oxydant et Vieillissement - .Stress oxydant / Vieillissement Le protéasome : machinerie...

download Stress oxydant et Vieillissement - .Stress oxydant / Vieillissement Le protéasome : machinerie d’élimination

of 19

  • date post

    26-Aug-2018
  • Category

    Documents

  • view

    220
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Stress oxydant et Vieillissement - .Stress oxydant / Vieillissement Le protéasome : machinerie...

  • 1

    Stress oxydant et Vieillissement

    Isabelle PetropoulosPU UPMC

    Equipe Biologie Cellulaire du VieillissementUR4, Vieillissement, stress et Inflammation

    Vieillissement clinique et fondamental - psychiatrie du sujet g

    11 fvrier 2013

    Enseignement coordonn des Capacit de Grontologie Franciliennes

    Le Vieillissement

    Vieillissement : Processus progressif et irrversible de modification desstructures et des fonctions de lorganisme et de sa capacit dadaptation auxconditions de lenvironnement.

    Altration voire perte des fonctions physiologiques Augmentation de la susceptibilit de lapparition des maladies Diminution de la rsistance au stress

    77,5 ans pour les hommes84,4 ans pour les femmes

    Augmente dun trimestre tous les ans

    16,2 % des personnes en Franceont plus de 65 ans

    Chiffres INSEE 2007

    Les 3 ges de la femme, Klimt

  • 2

    Usure de lorganisme suite laccumulationdaltrations subies au cours du temps

    Les changements associs au vieillissement sont dus laccumulation des dommages produits pas les EspcesRactives de lOxygne (ERO).

    Production des ERO Dfenses antioxydantes

    Systmes de maintenance qui aident la cellule rpondre au stress oxydant

    Thorie des radicaux libres

    1972, thorie mitochondriale du vieillissementHarman

    Petit historique de la thorie des ERO

    1956, thorie des radicaux libres du vieillissementHarman

    Mise en vidence de laproduction mitochondrialeDERO

    Production danimauxtransgniques surexprimantdes enzymes anti-oxydantes

    Mise en vidence delaugmentation des dommagesoxydatifs avec le vieillissement

  • 3

    Dfenses antioxydantes Sources endognes Sources exognes

    EROONOO-

    H2O2ROO. O.2

    NO.NO2

    OH.

    Systmes enzymatiques : CAT, SOD, GPx

    Systmes non-enzymatiques : Glutathionvitamines (A, C et E)

    Taux basal Taux lev

    Mitochondries Proxysomes Lipoxygnases NADPH oxydase Cytochrome P450

    UV, Radiations ionisantes polluants Xnobiotiques oxydants inflammation (cytokines)

    Homostasie Croissance normale mtabolisme normal

    Altration des fonctions physiologiques vieillissement maladie mort cellulaire

    Origine et rponses cellulaires aux ERO

    Production mitochondriale des ERO

    F

  • 4

    Systmes de dfenses cellulaires

    O2- + O2- + 2H+ H2O2 + O2H2O2 + H2O2 2 H2O + O2H2O2 + 2GSH GSSG + 2 H2O

    ROOH + 2GSH GSSG + H2O + ROH

    SODCAT

    GPx

    Les principales cibles des ERO

    LADN- Mutations : la guanine peut ragir avec 1 radical hydroxyl

    - 8-OH-dG : 8 hydroxydesoxyguanine

    - Coupures simple brin et double brins

    - Dltions (ADN mitochondrial)

    Les lipidesOxydation des phospholipides des membranes.Formation de peroxydes lipidiques Aldhydes

    - 4-hydroxynonenal (4-HNE)- malonaldhyde (MDA)

    Les protinesModifications oxydatives multiples (carbonyles)

  • 5

    Principales modifications oxydatives de lADN

    Loxydation de l ADN peut provoquer des mutations

    N

    N

    O

    H2N

    HN N

    N O

    H

    H

    N

    N

    O

    H2N

    HN N

    N OHH

    N

    NH

    HHN

    N

    OH2N

    NN

    O

    HH

    HH

    H

    N

    NN

    Aden in e

    8 OH-Gu a (enol) 8 oxo-Gu a (k eto) Basepairs

    A T

    G C8 OHdG A

    8 OH-Gua

    8-hydroxyguanine

  • 6

    Stress oxydant et mitochondriesThorie mitochondriale du Vieillissement, notion de cercle vicieux

    ROS ROS

    Inhibition des complexesMutations dans lADNmtDgradation des membranes

    ATP ATP

    Changement d'tat stationnaire

    ADN mitochondrial plus sensible loxydation

    Mutations et dltions de lADN mitochondrial associes au vieillissement

    (Schriner et al., 2005)

    H2O2 OHFe, Cu

    H2O

    Effets de la surexpression de la catalase humaine spcifiquementdans :

    les proxysomes Le noyau mitochondries

    Catalase

    Surexpression de la catalase dansles mitochondries

    Fibroblastes

    Muscle

  • 7

    Effets sur la longvit des souris

    de 20% de la dure de vie moyenne

    de 10% de la dure de vie maximale

    catalase proxysomale

    catalase nuclaire

    catalase mitochondriale

    Protection contre le stress oxydant

    Oxydation et lsions de lADN

    Production dERO

  • 8

    Quest-ce que loxydation des protines?

    Modifications covalentes des protines provoques par des

    espces ractives de loxygne ou par des drivs induits

    par le stress oxydant

    Protine oxyde nonfonctionnelle

    Protine active

    Oxydation

    Oxydation

    GlycationConjugaison avec des

    produits de proxydationlipidique (e.g. HNE, MDA)

    Glycoxydation

    Tous les acides amins

    LysineArginine

    AGEs

    HistidineCystineLysine

    CarboxymethylysineCOO-CH2R NH

    Modification oxydatives des protines

    R

    N

    H

    NH

    NR

    Pentosidine

    Produits dAmadori

    Protine native Hydroxyls R-OH Carbonyls R-C-H, R-C-R, O ODisulfide cys-S-S-cysMethionine sulfoxide MeSO

    N

  • 9

    Produits doxydation des protines

    semialdehyde, chloramines,

    semialdehyde glutamique, chloramines

    Acide 2-Amino-3-cetobutyrique

    acide oxalique, acide pyruvique

    Hydroperoxides

    Hydroxy- and nitro-tryptophans, kynurenines

    Methionine sulfoxide, methionine sulfone

    Lysine

    Arginine

    Threonine

    Glutamyl

    Valine, Leucine

    Tryptophane

    Methionine

    Hydroxyproline, pyrrolidone, glutamic semialdehydeProline

    2-Oxohistidine, asparagine, aspartateHistidine

    HydroxyphenylalaninesPhenylalanine

    Dityrosine, nitrotyrosine, chlorotyrosines, DOPATyrosine

    Disulfides, mixed disulfides (e.g., glutathiolation), acidescystiquesCysteine

    Produits doxydation Acide amin

    Maladies et situations dans lesquelles estimplique loxydation des protines

    Athrosclrose (LDL) Arthrite rhumatode (IgG)

    Ischemie-reperfusion cardiaque et crbrale Emphysme pulmonaire (inhibiteur de l-1-proteinase, elastase)

    Maladies neurodegeneratives - Alzheimer

    - Parkinson Dystrophie musculaire

    Syndrome de dtresse respiratoire

    Vieillissement

    Progeria/syndrome de Werner

    Alcoolisme Cataracte (a-crystallines)

    Cancer

  • 10

    Rle de loxydation des LDL dans lathrogense

    Les LDL oxydes reprsentent un facteur de risque majeur dans l athrogense et sont impliquesdans les vnements prcoces de formation de la plaque :

    - Attraction dans la paroi des cellules mononucles (macrophages et lymphocytes T)- Formation de cellules spumeuses- Migration et prolifration des cellules musculaires lisses- Dysfonction endothliale (apoptose et ncrose)- Potentialisation des effets toxiques des LDL oxydes par inhibition du protasome

    Exemple de l1-antitrypsine

    Synthtise dans les hpatocytes.

    Prsente dans le parenchymepulmonaire. Protection de la matricealvolaire contre lactivit de llastase(srine protase).

    Loxydation de cette enzyme est mise en cause dans lemphysmepulmonaire du fumeur (maladie pulmonaire caractrise par unedestruction des bronchioles)

  • 11

    Inactivation de l 1-antitrypsine par loxydation

    cigarette

    Cigarette(H2O2, phnol)

    Rgulation de lactivit lastase

    LE PROTEASOME

    Rles dans le vieillissement et les maladies lies lge

    ELIMINATION DES PROTEINES OXYDEES

  • 12

    Oxydation des protines et systmes demaintenance

    O2O2

    .-

    H2O2OH.

    ERO

    Modifications irrversibles carbonylation modifications rversibles

    Rparation

    Thiordoxine/Thiordoxine R.SulfirdoxineMthionine Sulfoxide Rductases

    Dgradation

    (Cytoplasme / Noyau)Protasome

    Levine and Stadtman, 2001, Exp. Gerontol., 36:1495-1502

    (fibroblastes humains, cristallin human, cerveau humain, foie de rat, mouche)

  • 13

    Oxydation des protines et systmes demaintenance

    O2O2

    .-

    H2O2OH.

    ERO

    Modifications irrversibles carbonylation modifications rversibles

    Rparation

    Thiordoxine/Thiordoxine R.SulfirdoxineMthionine Sulfoxide Rductases

    Dgradation

    (Cytoplasme / Noyau)Protasome

    Accumulation des protines oxydesStress oxydant / Vieillissement

    Le protasome : machinerie dlimination desprotines endommages

    Protasome 20S

    Chymotrypsine-similaire

    Hydrolase post-glutamique

    Trypsine-similaire

  • 14

    Protasome 20SDgradation des protines oxydes

    Les protasomes

    Protasome 26SDgradation des protines marques par les

    chanes de polyubiquitines

    Rles physiologiques importants dans:

    Le cycle cellulaire (dgradation des cyclines) la prsentation de l antigne L inflammation (activation de NFkB) L apoptose (p53) La rparation de lADN (PARP)

    Dgradation des protines ubiquitinyles par le protasome 26S

  • 15

    Protasome et vieillissement de la peau

    Diminution du renouvellement cellulaire, snescence Dgradation de la matrice extra-cellulaire Endommagement des macromolcules cellulaires

    Vieillissement intrinsquechronologique et gntique

    Vieillissement extrinsqueStress oxydant, photo-vieillissement

    Oxydation des protines au cours du vieillissement de lpiderme Rle du protasome dans les processus de vieillissement

    Modification oxydative des protines

    inter

    mdia

    ires

    jeune

    s

    gs

    kDa

    97.4

    68

    Oxydation globale des protines dans les kratinocytes

    Anti-DNPAnticorps

    * **

    ** *

    **

    oxydepro