BCM 1502 examen intra 20 questions (½ qcm; ½ développement court)

Structure de molécules à savoir = cortisol.

Voies métaboliques = vision globale et schématique (tel que présenté sur les diapositives de résumé)

Enzyme à connaître avec leur réactions = enzyme inhibés par un médicament, impliqué dans une maladie ou enzyme clé de la voie.

Médicaments à connaître = tous les médicaments mentionnés sur les diapositives. Savoir leur nom et l’enzyme qu’ils bloquent.

Je mets une emphase sur les molécules / enzymes / voies recoupant plusieurs cours (e.g.: cortisol)

Métabolisme des eicosanoïdes et leurs fonctions biologiques

Voet, chapitre 25.7

BCM 1502

Johnny Deladoëy MD PhDCHU Sainte-Justine

johnny.deladoey@umontreal.ca

Eicosanoid Synthesis

Copyright © 1999-2008 by Joyce J. Diwan.

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Certaines dias sont inspirées de…..

comprendre les eicosanoïdes, c’est

•comprendre la synthèse des molécules proinflammatoire comme les prostaglandines et les leukotriènes

•comprendre leur rôle comme dans l’inflammation, l’asthme, la formation de caillot sanguin etc...

•comprendre le principe des médicaments anti-inflammatoires comme l’aspirine, l’ibuprofen et les corticostéroïdes

eicosanoïdes: survol

•Découvert dans les années 1930 dans le sperme humain par Ulf von Euler.

•Il pensait que ces molécules provenaient de la prostate, d’où le nom «prostaglandines». En fait, elles proviennent des vésicules séminales, mais le nom est resté.

•Eikosi = 20; contiennent 20 carbones•se lient à des récepteurs liés aux protéines G

•sont instables (décomposé en moins d’une minute)

•sont des médiateurs locaux - paracrines

Phospholipases

Arachidonate est relâché de son phospholipide par hydrolyse catalysée par la Phospholipase A2.

Cet enzyme hydrolyse la liaison ester entre l’acide gras et le groupe OH en C2 du résidu glycérol, relâchant l’acide gras & un lysophospholipide comme produits de réaction.

P h o sp h a tid y l in o s ito l

C HO

CH 2 O

H 2 C O C R 1

O

CR 2

O

P O

O

O-

H

H

OH

OH

HH

OH

OHH

OH H

S ite o f c lea v a g e b yP h o sp h o lip a se A 2

S ite o f c lea v a g e b yP h o sp h o lip a se C

L’acide gras arachidonat

e est souvent

estérifié en OH sur le C2

du phosphatidyl

inositol.

Après phosphorylation du PI en PIP2, la molécule est scindée via Phospholipase C et produit du diacylglycerol (et du IP3).

La relâche de l’arachidonate du diacylglycerol est ensuite catalysée par la Diacylglycerol Lipase.

O P

O

O

H2C

CH

H2C

OCR1

O O C

O

R2

OH

H

OPO 32

H

H

OPO 32H

OH

H

O

H OH

PIP2 phosphatidylinositol- 4,5-bisphosphate

cleavage by Phospholipase C

La voie du Phosphatidyl inositol peut

auss conduire à la

relâche d’arachidona

te

Phospholipases

Les corticosteroïdes sont anti-inflammatoires car ils inhibe l’expression des Phospholipases A2, reduisant ainsi la relâche d’arachidonate.

Il y a de multiples Phospholipase A2, sujettes à l’activation via differentes voies de signalisation.

Le platelet activating factor est impliquées dans l’activation de variants de la Phospholipase A2.

Des essais infructueux ont été tentés afin de développer des médicaments pouvant inhiber que certaines isoformes particulières des Phospholipase A2, ce afin de traiter les maladies inflammatoires.

Les succès ont été «limités» par la diversité des Phospholipases A2, et par le fait que les arachidonates peuvent être convertis en eicosanoïdes inflammatoires ou anti-inflammatoires dans différents tissus.

eicosanoïdes: survol

Voie cyclique Voie linéaire

eicosanoïdes: survol

PGH synthase = prostaglandine H synthase, aussi nommée COX2 activités:•cyclo-oxygénase (inhibé par aspirine)•peroxydaseProstacycli

ne synthase

Thromboxane synthase

PGH

Prostaglandines et thromboxanes: structure et

fonction

Prostaglandines et composés apparentés sont connus sous le nom d’ eicosanoïdes.

L’ acide arachidonique en est la source, c’est un acide gras polyinsaturé (5,8,11,14-eicosatetraenoic acid).

Les eicosanoïdes sont considérés comme des ”hormones locales.” (effet autocrine et paracrine)

Paracrine: effet proche de leur lieu de formation.

Sont rapidement dégradées.

En plus d’avoir un effet intercellulaire (paracrine), il y a des évidences d’effet “auto”-cellulaires (autocrine).

Récepteurs des prostaglandines (PG):

Les PG & composés associés sont transportés en dehors de la cellule qui les a synthétisé.

Interagissent avec d’autres cellules via les récepteurs couplés aux G-protèines (à la surface de la cellule).

Suivant le type de cellules, et le type de sous-unités des G-protéine qu’elles contiennent, les PG peuvent stimuler ou inhiber la formation de cAMP, ou peuvent activer la voie du phosphatidylinositol conduisant à la relâche intracellulaire de Ca++.

PPAR, un récepteur nucléaire avec activité de facteur de transcription, est aussi un récepteur des protaglandines.  

Les récepteurs prostaglandines sont nommés par les lettres codes des prostaglandines & co.

correspondants.

E.g., receptors for E-class prostaglandins = EP.

Thromboxane receptors = TP.

Récepteurs multiples pour une classe de prostaglandine sont spécifiés par un indice

numérique (E.g., EP1, EP2, EP3, etc.).

Différents récepteurs pour une prostaglandine particulière peuvent activer différentes voies de

signalisation.

Les effets d’une prostaglandine particulière peuvent varier dans différents tissus, dépendamment des

récepteurs exprimés par un tissu particulier.

E.g., dans différentes cellules, PGE2 peut activer ou inhiber des G-proteins, conduisant soit à une

augmentation ou à une diminution de la formation de cAMP.

eicosanoïdes: survol - fonction

eicosanoïdes: rôles physiologiques•réponse inflammatoire

•production de la douleur et de la fièvre

•induction de la coagulation du sang

•régulation de la pression artérielle

•contrôle de plusieurs fonctions de la reproduction comme le déclenchement de l’accouchement

•régulation du cycle sommeil / éveil

PGE2 (prostaglandin E2).

Les Prostaglandines ont un anneau cyclopentane.

Le code lettre est basé sur les modifications apportées à l’anneau (e.g., hydroxyl or keto

groups). L’ indice numérique = nombre de liaisons

doubles dans les 2 chaînes latérales.

Les Thromboxanes sont similaires mais ont un anneau cylcohexane.

COOH

O

HOOH PGE2

Structure des prostaglandines

Prostaglandines et thromboxanes

eicosanoïdes: 2 voies

Voie cyclique

-prostaglandines-prostacyclines-thromboxanes

Voie linéaire

-leucotriènes-lipoxines

Eicosanoïdes: 2 voies

Voie cyclique

Prostacycline synthase

Thromboxane synthase

Voie cyclique

PGH synthase = cyclooxygénase COX2 activités:•cyclo-oxygénase (inhibé par aspirine)•peroxydase

Voie cycliquePGH synthase = prostaglandine H synthase2 activités:•cyclo-oxygénase (inhibé par aspirine)•peroxydase

PGH synthase = prostaglandine H synthase

Rose = hèmeOrange = (de haut en bas) Tyr385; Ser530; Arg120Bleu = tunnel hydrophobe

PGH2 Synthase contient un noyau heme dioxygénase, lié à la membrane du RE.

(Une dioxygénase incorpore O2 dans un substrat).

PGH2 Synthase exerce 2 activités: cyclooxygénase & peroxidase.

COOH

COOHO

O

OH

COOHO

O

OOH

2 O2

2 e

arachidonic acid

PGG2

PGH2

Cyclooxygenase

Peroxidase

PGH2 Synthase (avec double activité de cyclooxygénase & peroxidase) est aussi connue sous le nom de Cyclooxygénase, abrégé COX.

COOH

COOHO

O

OH

COOHO

O

OOH

2 O2

2 e

arachidonic acid

PGG2

PGH2

Cyclooxygenase

Peroxidase

Un peroxide oxyde le fer de l’hème.

L’hème oxydé accepte un electron du la tyrosine (Tyr385). Un remplacement par mutagénèse de Tyr385 annule l’activité COX

The resulting tyrosine radical is proposed to extract a H atom from arachidonate, generating a radical species that reacts with O2.

COOH

COOHO

O

OH

COOHO

O

OOH

2 O2

2 e

arachidonic acid

PGG2

PGH2

Cyclooxygenase

Peroxidase

PGH synthase = prostaglandine H synthaseInhibition par AINS

Rose = hèmeOrange = (de haut en bas) Tyr385; Ser530; Arg120Bleu = tunnel hydrophobe

Ibuprofen & composés associés bloquent le tunnel hydrophobe par lequel l’arachidonate entre dans le site actif de la cyclooxygénase.

Les anti-inflammatoires non-stéroïdiens (AINS), comme l’aspirine ou l’ibuprofen et ses dérivés, inhibent l’activité cyclooxygenase de la PGH2

Synthase.

Ils inhibent la formation de prostaglandines impliquées dans la fièvre, la douleur, & l’inflammation.

Ils inhibent la formation de caillot sanguin en bloquant la formation de

thromboxane par les plaquettes (thrombocytes).

CH

COOHH3C

CH2

CH

CH3H3C

Ibuprofen

L ’aspirine acétyle une sérine un groupe hydroxyle proche du site actif, ce qui empêche la liaison de l’arachidonate. L’inhibition par l’aspirine est irréversible.Cependant comme toutes les cellules du corps re-synthétisent la PGH2 Synthase, cela restore l’activité cyclooxygénase.

Aspirin

+

+

PGH2 Synthase (active)

COOH

O C CH3

O

Enz-Ser CH2 OH

COOH

OH

Salicylic acid

Enz-Ser CH2

Acetylated PGH2 Synthase (inactive)

O C CH3

O

Inhibiteurs de l’activité cyclooxygénase

Non le paracétamol n’est PAS un AINSaucune action sur COX1 et COX2 (evtl COX 3)

Le paracétamol a peu / pas d’effet sur COX-1 ou COX-2, et conséquemment n’a pas d’effet anti-inflammatoire.

De là on hypothétise l’existence d’une 3ème isoforme de la PGH2 Synthase, la COX-3, synthétisant des dérivés impliqués dans la douleur et la fièvre et sujette à l’inhibition via l’acétaminophène (Tylenol).

Paracétamol – Acétaminophène -Tylénol -

Le Thromboxane A2 stimule l’agrégation plaquettaire, étape essentielle à la formation de caillot sanguin.

Beaucoup de personne prennent quotidiennement de l’aspirine pour ces propriétés anti-thrombotiques, attribuée à l’inhibition de la formation de thromboxane par les plaquettes.

Cet effet dure au-delà de la ½ vie de l’aspirine car les plaquettes n’ont pas de noyaux et ne peuvent pas synthétiser de novo la COX.

Voie cyclique

Aspirine: inhibition irréversible

Aspirine: augmentation de synthèse des leucotriènes (pro-inflammatoire)

Chez certains asthmatiques, la consommation d’aspirine peut favoriser une crise d’asthme (bouffée de leucotriènes)

Aspirine: augmentation de synthèse des lipoxines (anti-inflammatoire)

Par contre, dans certains tissus, l’activité anti-inflammatoire de l’aspirine peut être majorée par augmentation de synthèse des lipoxines (inhibant l’action des leucotriènes)

La PGH2 Synthase a 2 isoformes: COX-1 & COX-2 (Cyclooxygénase 1 & 2):

COX-1 est exprimée constitutivement à bas niveaux dans quasiment tous les tissus.

COX-2 dont l’expression est finement regulée.La transcription de COX-2 est stimulé par des facteurs de croissance, des cytokines et des endotoxines. L’expression de COX-2 peut être augmentée par le cAMP, et dans plusieurs cellules le PGE2 produit par COX-2 peut à son tour faire augmenter le cAMP.

COX-1 est essentiel pour la formation du thromboxane dans les plaquetes, et pour le maintien de l’intégrité de l’ épithelium gastrointestinal.

COX-2 : son niveau d’expression est augmenté dans les maladies inflammatoires comme l’arthrite. L’inflammation est associé avec la sur-expression de COX-2 & l’augmentation subséquente de prostaglandines.

COX-2 : expression est augmenté dans les cellules cancéreuses. Angiogénèse, qui est essentiel à la croissance tumorale, requiert du COX-2. La surexpression de COX-2 conduit à une expression augmentée de VEGF (vascular endothelial growth factor). L’utilisation régulière de AINS est associée avec une diminution du risque de développer un cancer colo-rectal.

Inhibiteurs spécifiques de COX2«COXIB»

• le volume du canal du site actif de COX2 est supérieur à celui de COX1• les COXIBs peuvent pénétrés dans le canal COX2 mais pas dans le canal COX1

Most AINS inhibent COX-1 & COX-2.

Des inhibiteurs sélectifs de COX-2 ont été développé, e.g., Celebrex et Vioxx.

Les inhibiteurs COX-2 sont anti-inflammatoire & analgésique, et ont moins d’effet secondaire a/n gastrique associés avec prise chronique d’AINS bloquant les COX-1. 

Un tendance à développer des caillots en prenant ce type de médicaments est attribué à:

•Diminution de production de prostaglandines anti-thrombotique (PGI2) par cellules endothéliales bordant les vaisseaux sanguins.

•Pas d’inhibition de la formation de thromboxanes via COX-1 dans les plaquettes.

Voie linéaire

eicosanoïdes: survol

Voie cyclique Voie linéaire

Voie linéaire (lipooxygénases)

5-; 12-; 15- lipoxygénases

E.g., 5-Lipoxygenase (réside dans les leucocytes), catalyse la conversion de l’arachidonate en

5-HPETE (5-hydroperoxy-eicosatetraenoic acid).

5-HPETE est converti en leucotriène-A4, qui à son tour peut être converti en leucotriènes divers et variés.

COOH

COOH

COOH

OOH

O

O2

H2O

Catalyzed by 5-Lipoxygenase:

5-HPETE

arachidonate

leukotriene-A4

Un Fer (non lié à l’hème) du site actif des lipoxygenase.

Le fer est lié à la lipoxygenase par 3 His.

L’arachidonate se place dans une poche hydeophobe adjacente au site actif.

O2 vient de l’autre côté.

la 5-LO nécessite la présence FLAP (5-Lo-activating protein) pour être active

15-Lipoxygenase PDB 1LOX

membrane-binding domain

substrate analog adjacent to Fe (green)

5-Lipoxygenase requiert la protéine membranaire FLAP (5-lipoxygenase-activating protein).

FLAP lie l’arachidonate et facilite son interaction avec l’enzyme.

La translocation de la 5-Lipoxygenase du cytoplasme vers le noyau, et la formation d’un complexe incluant la 5-Lipoxygenase, FLAP, & Phospholipase A2 en association avec l’enveloppe nucléaire a été observée drant la synthèse active des leucotriènes dans les leucocytes.

Les réactions des lipoxygenase débutent avec l’extraction du H de l’arachidonate, avec transfert d’e vers le fer, réduisant celui-ce de Fe3+ Fe2+.

Le radical d’acide gras résultant réagit avec O2 pour former un group hydroxyperoxy.

COOH

COOH

OOH

O2

5-HPETE

arachidonate

Le H extrait, & la position du groupe hydroperoxy, varie selon les différentes

lipoxygénases (e.g., 5-Lipoxgenase ici montrée, 15-Lipoxygenase, etc.)

Les Leucotriènes jouent un rôle dans l’inflammation.

Ils sont produits dans les sites d’inflammation dans les vaisseaux sanguins dans le cadre de la pathogénèse de l’athérosclérose.

Leukotrienes are also implicated in asthmatic constriction of the bronchioles.

Certains leucotriènes agissent via des G-protein coupled receptors (GPCRs) spécifiques dans la membrane cellulaire.

Médications anti-asthmatique inclut:

Inhibiteurs de la 5-Lipoxygenase, e.g., Zyflo (zileuton)

Médicaments bloquant l’ interactions leucotriène-recepteur (muscles lisses des voies respiratoires).

Résumé

BCM 1502Biosynthèse et catabolisme des nucléotides

Métabolisme des eicosanoïdes et leurs fonctions biologiques

Synthèse du cholestérol, sels biliaires et hormones stéroïdiennes

Intégration générale du métabolisme énergétique

Synthèse et dégradation de l’hème

A -barrel domain at the N-terminus of Lipoxygenase enzymes may have a role in membrane binding.

Explore the structure of Lipoxygenase, with a substrate analog present at the active site.

15-Lipoxygenase PDB 1LOX

membrane-binding domain

substrate analog adjacent to Fe (green)

Cytochrome P450 epoxygenase pathways:

Epoxyeicosatrienoic acids (EETs) and hydroxyeicosatrienoic acids are formed from arachidonate by enzymes of the cytochrome P450 family.

Other members of the cytochrome P450 family participate in a variety of oxygenation reactions, including hydroxylation of sterols.

COOH

O

14,15-EET A r a c h i d o n i c a c i d

C O O H

EETs are modified by additional enzyme-catalyzed reactions to produce many distinct compounds.

They may be incorporated into phospholipids, and released by action of phospholipases.

EETs have roles in regulating cellular proliferation, inflammation, peptide hormone secretion, & various signal pathways relevant to cardiovascular and renal functions.

E.g., EETs inhibit apoptosis in endothelial cells.

COOH

O

14,15-EET

Shown is an EET produced from arachidonate by activity of a cytochrome P450 epoxygenase. (14,15-epoxyeicosatrienoic acid)

La molécule signal ·NO (nitric oxide) peut initier la synthèse des prostaglandines en réagissant avec l’anion superoxide anion (O2·) pour produire du peroxynitrite, qui oxyde le fer de l’hème permettant un transfert d’électron depuis le site actif tyrosine.

La synthèse des prostaglandines en réponse aux stimuli inflammatoires peut être diminuée par des inhibiteurs de la Nitric Oxide Synthase.