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Étude de la Étude de la
GénotoxicitéGénotoxicité
Étude de la Étude de la
GénotoxicitéGénotoxicité
Chapitre 4.Chapitre 4.
Les chromosomes ne sont pas des structures Les chromosomes ne sont pas des structures
inertes, stables, qui maintiennent l'information inertes, stables, qui maintiennent l'information
génétique dans un stockage statique. Ils génétique dans un stockage statique. Ils
subissent continuellement des modifications. subissent continuellement des modifications.
L’interaction entre le toxique et l'ADN aboutit L’interaction entre le toxique et l'ADN aboutit
généralement :généralement :
La génotoxicité : lésions de l’ADNLa génotoxicité : lésions de l’ADN
Les macrolésions: Les macrolésions:
Il s’agit de lésions qui touchent la totalité Il s’agit de lésions qui touchent la totalité
du chromosome. Il peut s’agir de la du chromosome. Il peut s’agir de la
perte d’un chromosome entier ou de la perte d’un chromosome entier ou de la
modification structurale d’un modification structurale d’un
chromosome : aberrations chromosome : aberrations
chromosomique (aberrations chromosomique (aberrations
chromosomiques, la formation des chromosomiques, la formation des
micronoyaux). micronoyaux).
Induction de micro-noyauxInduction de micro-noyaux
Fusions centriques Cassures
Les aberrations Les aberrations chromosomiqueschromosomiques
Les microlésionsLes microlésions
Il s’agit de lésions non visibles qui se Il s’agit de lésions non visibles qui se
produisent au niveau des nucléotides. Le produisent au niveau des nucléotides. Le
changement peut être qualitatif changement peut être qualitatif
(substitution d’une base par une autre) ou (substitution d’une base par une autre) ou
quantitatif (perte ou addition d’une ou quantitatif (perte ou addition d’une ou
plusieurs paires de bases) plusieurs paires de bases)
On distingue : On distingue :
1. Les adduits1. Les adduits
Plusieurs xénobiotiques organiques sont Plusieurs xénobiotiques organiques sont
capables de capables de se lier de manière covalentese lier de manière covalente avec avec
l’ADNl’ADN provoquant une distorsion et une provoquant une distorsion et une
déformation de la molécule d’ADN qui déformation de la molécule d’ADN qui
aboutissent généralement à la cassure de la aboutissent généralement à la cassure de la
molécule d’ADN. molécule d’ADN.
LL’’adduit de ladduit de l’’AFB1AFB1
Sites de fixation sur les Sites de fixation sur les GG
ADN
N7: site préférentiel modifié par des alkylants (C2H5, CH3) et les mycotoxines.C8: site préférentiel de fixation des amines aromatiques.
N du C2: site préférentiel de fixation d'hydrocarbures aromatiques.
2. La d2. La déésaminationsamination
Certaines bases peuvent être désaminées Certaines bases peuvent être désaminées
spontanément. L'adénine est ainsi spontanément. L'adénine est ainsi
transformée en hypoxanthine, la cytosine en transformée en hypoxanthine, la cytosine en
uracile et la guanine en xanthine. Les bases uracile et la guanine en xanthine. Les bases
modifiées hypoxanthine et uracile n`ont pas modifiées hypoxanthine et uracile n`ont pas
les mêmes spécificités d'hybridation que les les mêmes spécificités d'hybridation que les
bases dont elles dérivent. bases dont elles dérivent.
La dLa déésaminationsamination
3. La d3. La déépurinationpurination
Les liaisons Thymine-Thymine sont courtes Les liaisons Thymine-Thymine sont courtes
et entraînent des distorsions dans l’hélice de et entraînent des distorsions dans l’hélice de
l'ADN. La distorsion de l'hélice de l'ADN entraîne l'ADN. La distorsion de l'hélice de l'ADN entraîne
un affaiblissement de l'appariement qui entraîne un affaiblissement de l'appariement qui entraîne
le blocage de la fourche de réplication.le blocage de la fourche de réplication.
4. Dim4. Dimèère de Thyminere de Thymine
Pentose
P
Pentose
N
N
CH3
O
O
N
N
CH3
O
O
Pentose
P
Pentose
N
N
CH3
O
O
N
N
CH3
O
O
Le DimLe Dimèère de Thyminere de Thymine
Le DimLe Dimèère de Thyminere de Thymine
Il existe un grand nombre d'agents capables de Il existe un grand nombre d'agents capables de
rompre les liaisons phosphodiesters. La rompre les liaisons phosphodiesters. La
réparation normale se fait par l'action de l'ADN réparation normale se fait par l'action de l'ADN
ligase.ligase.
Si une molécule d'ADN comporte un grand Si une molécule d'ADN comporte un grand
nombre de cassures simple-brin; 2 cassures nombre de cassures simple-brin; 2 cassures
peuvent être localisées chacune sur un brin, cela peuvent être localisées chacune sur un brin, cela
entraîne la rupture de la double hélice. Les entraîne la rupture de la double hélice. Les
cassures double-brin ne sont généralement pas cassures double-brin ne sont généralement pas
réparées.réparées.
5. Les cassures5. Les cassures
Noyau non endommagé Noyau légèrement endommagé
Noyau endommagé Noyau fortement endommagé
Des antibiotiques ou des substances Des antibiotiques ou des substances
toxiques (nitrites) peuvent entraîner la toxiques (nitrites) peuvent entraîner la
formation de liaisons covalentes entre formation de liaisons covalentes entre
une base située sur un brin et une base une base située sur un brin et une base
sur le brin complémentaire.sur le brin complémentaire.
6. Liaisons crois6. Liaisons croiséées es
Certaines de ces modifications sont accidentelles et sont Certaines de ces modifications sont accidentelles et sont
rapidement réparées (les cassures simple brin sont rapidement réparées (les cassures simple brin sont
réparées ).réparées ).
L’altération de l'ADN (adduits ou modifications) n'est pas L’altération de l'ADN (adduits ou modifications) n'est pas
en elle-même une mutation, mais en elle-même une mutation, mais une lésion une lésion
prémutationnelleprémutationnelle. Une cellule dont l'ADN est endommagé . Une cellule dont l'ADN est endommagé
peut répondre de différentes façons :peut répondre de différentes façons :
De la lésions de l’ADN à la MutationDe la lésions de l’ADN à la Mutation
1.1. La cellule peut mourir. Si la cellule meurt, les possibilités de La cellule peut mourir. Si la cellule meurt, les possibilités de
mutation sont éliminéesmutation sont éliminées
2.2. Elle peut réparer l'ADN de façon correcte et conduire à l'ADN Elle peut réparer l'ADN de façon correcte et conduire à l'ADN
d'origine : d'origine : Réparation fidèleRéparation fidèle
3.3. La cellule possède des mécanismes de réparation qui lui La cellule possède des mécanismes de réparation qui lui
permettent de survivre et de se diviser malgré la présence de permettent de survivre et de se diviser malgré la présence de
lésions de l'ADN, lésions de l'ADN,
c'est la c'est la réparation fautiveréparation fautive, , infidèleinfidèle conduisant à des mutations. conduisant à des mutations.
Bien que les mécanismes de réparation du DNA Bien que les mécanismes de réparation du DNA
soient extrêmement efficaces, inévitablement soient extrêmement efficaces, inévitablement
certaines erreurs resteront non corrigéescertaines erreurs resteront non corrigées
Cela provoquera une modification qui sera Cela provoquera une modification qui sera
perpétuée dans le génome de l'organisme. Ces perpétuée dans le génome de l'organisme. Ces
modifications permanentes transmises par modifications permanentes transmises par
réplication sont appelées des mutations.réplication sont appelées des mutations.
SubstitutionSubstitution
Il s’agit de mutations provoquées par Il s’agit de mutations provoquées par
remplacement d'une seule base par une base remplacement d'une seule base par une base
incorrecte. Cette mutation modifiera un seul codon incorrecte. Cette mutation modifiera un seul codon
dans le gène affecté. Ceci peut avoir des dans le gène affecté. Ceci peut avoir des
conséquences conséquences graves ou nongraves ou non sur le polypeptide sur le polypeptide
résultantrésultant
Lésions non réparées Lésions non réparées
MutationsMutations
Insertion et délétion de nucléotide Insertion et délétion de nucléotide
mutations par décalage du cadre de lecturemutations par décalage du cadre de lecture
Quand une mutation est provoquée par l'insertion ou Quand une mutation est provoquée par l'insertion ou
la délétion d'une base dans un gêne, des dommages la délétion d'une base dans un gêne, des dommages
génétiques importantes peuvent en résulter. génétiques importantes peuvent en résulter.
La conséquence d'une telle mutation est la rupture La conséquence d'une telle mutation est la rupture
de la colinéarité normale entre les triplets de l’ADN et de la colinéarité normale entre les triplets de l’ADN et
par conséquent celle des codons de l’ARN messager et par conséquent celle des codons de l’ARN messager et
donc la séquence en aminoacides de la protéine qui en donc la séquence en aminoacides de la protéine qui en
résulte. résulte.
La rupture commencera au site de gain ou de perte La rupture commencera au site de gain ou de perte
d'une base. d'une base.
Les mutations par décalage montrent souvent Les mutations par décalage montrent souvent
prématurément un codon de terminaison qui provoque prématurément un codon de terminaison qui provoque
l’arrêt de la synthèse protéique et la libération l’arrêt de la synthèse protéique et la libération
prématurée d'une chaîne polypeptidique incomplète et prématurée d'une chaîne polypeptidique incomplète et
inactive.inactive.
Parfois des mutations dites suppressives rétablissent Parfois des mutations dites suppressives rétablissent
le cadre de lecture normal, il s’agit d’une seconde le cadre de lecture normal, il s’agit d’une seconde
mutation. mutation.
L’horloge cellulaire : le Gène P53 en causeL’horloge cellulaire : le Gène P53 en cause
Muté dans près de 50% Muté dans près de 50% des cancersdes cancers
Gardien du génome:Gardien du génome: 2 roles importants2 roles importants Empêche la division Empêche la division
cellulaire en présence cellulaire en présence d’anomalies sur l’ADN, le d’anomalies sur l’ADN, le temps de réparer.temps de réparer.
Si non réparation, Si non réparation, enclenche apoptose ou enclenche apoptose ou suicide cellulairesuicide cellulaire
Cancérogenèse Cancérogenèse
chimiquechimique
Cancérogenèse Cancérogenèse
chimiquechimique
Chapitre 5.Chapitre 5.
Malgré la diversité des cancers, le nombre considérable Malgré la diversité des cancers, le nombre considérable
de leur causes, un élément est certain: les cancers de leur causes, un élément est certain: les cancers
résultent tous d’un dérèglement du programme génétique. résultent tous d’un dérèglement du programme génétique.
Il s’agit donc de pathologies de l’ADN. Il s’agit donc de pathologies de l’ADN.
La genèse d'un cancer par une substance toxique est La genèse d'un cancer par une substance toxique est
pratiquement toujours un processus lent s'étendant sur pratiquement toujours un processus lent s'étendant sur
une partie importante de la vie de l'individu. Cette longue une partie importante de la vie de l'individu. Cette longue
période de latence est due à différentes étapes de période de latence est due à différentes étapes de
transformation séquentielle de cellules normales en transformation séquentielle de cellules normales en
cellules cancéreuses.cellules cancéreuses.
Mutation CancerMutation Cancer
1. Initiation1. Initiation
L'initiation correspond au tout premier phénomène de la L'initiation correspond au tout premier phénomène de la
transformation cancéreuse. transformation cancéreuse.
Elle correspond à une mutation induite par le toxique Elle correspond à une mutation induite par le toxique
cancérogène qui n’est pas réparée ou réparée d’une manière cancérogène qui n’est pas réparée ou réparée d’une manière
fautive. fautive.
Une seule administration d’un génotoxique puissant suffit à Une seule administration d’un génotoxique puissant suffit à
initier le cancerinitier le cancer
L’initiation n’est cependant définitivement acquises ou fixée L’initiation n’est cependant définitivement acquises ou fixée
qu’après quelques divisions cellulaires donnant naissance à qu’après quelques divisions cellulaires donnant naissance à
plusieurs cellules initiéesplusieurs cellules initiées
Etapes de la cancérogenèseEtapes de la cancérogenèse
La majorité des substances cancérigènes est d’origine La majorité des substances cancérigènes est d’origine
organique. Ces toxiques organiques peuvent donner après organique. Ces toxiques organiques peuvent donner après
activation métabolique des réactifs électrophiles activation métabolique des réactifs électrophiles
Les toxiques directement électrophiles sont applelés Les toxiques directement électrophiles sont applelés
cancérigènes directscancérigènes directs, ceux qui deviennent électrophiles après , ceux qui deviennent électrophiles après
activation métaboliques sont appelés activation métaboliques sont appelés procancérogènesprocancérogènes
Les réactifs électrophiles présentent localement une déficience Les réactifs électrophiles présentent localement une déficience
en électrons, ils cherchent à le combler en se fixant de façon en électrons, ils cherchent à le combler en se fixant de façon
covalente sur des structures riches en électrons : covalente sur des structures riches en électrons : nucléophilesnucléophiles
Les bases des acides nucléiques sont riches en groupement Les bases des acides nucléiques sont riches en groupement
nucléophiles (N et O), constituent des cibles privilégiées pour la nucléophiles (N et O), constituent des cibles privilégiées pour la
fixation des toxiques électrophiles : formation d’adduitsfixation des toxiques électrophiles : formation d’adduits
Tous les réactifs électrophiles ne vont pas donner des adduits à Tous les réactifs électrophiles ne vont pas donner des adduits à
l’ADN, en effet ils peuvent êtres métabolisés et éliminés ou ils l’ADN, en effet ils peuvent êtres métabolisés et éliminés ou ils
peuvent se fixer sur les lipides ou des protéinespeuvent se fixer sur les lipides ou des protéines
Même si une molécule parvient à franchir ces barrières, Même si une molécule parvient à franchir ces barrières,
l’initiation peut être encore évitée par les systèmes enzymatiques l’initiation peut être encore évitée par les systèmes enzymatiques
de réparationde réparation
L’interaction du toxique avec l’ADN peut toucher un gène vital, L’interaction du toxique avec l’ADN peut toucher un gène vital,
la cellule mourra donc par apoptose ou par nécrose la cellule mourra donc par apoptose ou par nécrose
Pour qu’il y ait initiation, il faut que la mutation ait lieu au Pour qu’il y ait initiation, il faut que la mutation ait lieu au
niveau de gènes bien spécifiques niveau de gènes bien spécifiques proto-oncogènesproto-oncogènes, , anti-anti-
oncogènesoncogènes, , séquences promotrices de transcription séquences promotrices de transcription
Ces processus constituent deux barrières importantes à la Ces processus constituent deux barrières importantes à la
liaison à l’ADNliaison à l’ADN
When normal cells are damaged beyond repair, they are eliminated by apoptosis (A). Cancer cells avoid apoptosis and continue to multiply in an unregulated manner (B).
Cancers are caused by a series of mutations. Each mutation alters the behavior of the cell somewhat
Tissue can be organized in a continuous spectrum from normal to cancer
ETM: Epithelial Mesenchymal Transition – Pouvoir invasifETM: Epithelial Mesenchymal Transition – Pouvoir invasif
Le cancer peut être initié par une mutation qui active un Le cancer peut être initié par une mutation qui active un
proto-oncogène ou gène inducteur de cancer. proto-oncogène ou gène inducteur de cancer.
Cette activation peut-être la conséquence, d'une mutation Cette activation peut-être la conséquence, d'une mutation
ponctuelle dans le proto-oncogène ou d'une translocation, ponctuelle dans le proto-oncogène ou d'une translocation,
plaçant le proto-oncogène sous l'influence d'un gène promoteur plaçant le proto-oncogène sous l'influence d'un gène promoteur
plus puissant. plus puissant.
L'initiation n'est cependant définitivement acquise ou L'initiation n'est cependant définitivement acquise ou
fixée qu'après quelques divisions cellulaires donnant naissance fixée qu'après quelques divisions cellulaires donnant naissance
à plusieurs cellules initiées.à plusieurs cellules initiées.
2. Promotion2. Promotion
Elle correspond à l'expression de la mutation au niveau Elle correspond à l'expression de la mutation au niveau
de la cellule initiée qui va subir diverses modifications de la cellule initiée qui va subir diverses modifications
biochimiques ou morphologiques. biochimiques ou morphologiques.
La promotion désigne l'accroissement du nombre de La promotion désigne l'accroissement du nombre de
divisions cellulaires qui assure l’expansion clonale et la divisions cellulaires qui assure l’expansion clonale et la
prolifération plus ou moins contrôlée des cellules initiées. prolifération plus ou moins contrôlée des cellules initiées.
La promotion peut être induite par des agents dits « La promotion peut être induite par des agents dits «
promoteurs » qui peuvent provoquer d’autres mutationspromoteurs » qui peuvent provoquer d’autres mutations
L'agent promoteur va exercer son action pendant de L'agent promoteur va exercer son action pendant de
nombreuses années, et ainsi faciliter la multiplication des nombreuses années, et ainsi faciliter la multiplication des
cellules initiées jusqu’à formation de tumeurs bénignes.cellules initiées jusqu’à formation de tumeurs bénignes.
Parmi les facteurs de promotion, on peut citer: la Parmi les facteurs de promotion, on peut citer: la
nutrition, l'alcool et le tabac, les infections, les hormones, nutrition, l'alcool et le tabac, les infections, les hormones,
l'âge (correspond à un nombre important de divisions l'âge (correspond à un nombre important de divisions
cellulaires, les mécanismes de réparation moins efficaces). cellulaires, les mécanismes de réparation moins efficaces).
Représentation schématique de la promotionReprésentation schématique de la promotion
La promotion est due à la multiplication cellulaire La promotion est due à la multiplication cellulaire excessive, sous l’effet de stimuli variés, qui amplifie excessive, sous l’effet de stimuli variés, qui amplifie le défaut initial du DNA et favorise la survenue de le défaut initial du DNA et favorise la survenue de nouvelles mutations. nouvelles mutations.
Caractéristiques de la cellule cancéreuseCaractéristiques de la cellule cancéreuse
Les cellules cancéreuses ont des proproiétés Les cellules cancéreuses ont des proproiétés
morphologiques qui les distinguent des cellules normales morphologiques qui les distinguent des cellules normales
avec un phénotype différent:avec un phénotype différent:
Perte de l’inhibition de contactPerte de l’inhibition de contact
Les cellules normales cessent de se multiplier lorsqu’elles Les cellules normales cessent de se multiplier lorsqu’elles
arrivent à confluencealors que les cellules tumorales arrivent à confluencealors que les cellules tumorales
continuent à se diviser, à s’emplier en couches et continuent à se diviser, à s’emplier en couches et
constituent des foyers.constituent des foyers.
Perte de le dépendance de croissance vis-à-vis de Perte de le dépendance de croissance vis-à-vis de
l’ancragel’ancrage
Les cellules normales ont besoin de s’attacher, les cellules Les cellules normales ont besoin de s’attacher, les cellules
cancéreuses sont capable de croître en suspensioncancéreuses sont capable de croître en suspension
Indépendance vis-à-vis des facteurs de croissancesIndépendance vis-à-vis des facteurs de croissances
Contrairement aux cellules normales les cellules Contrairement aux cellules normales les cellules
cancéreuses n’ont pas besoin d’un apport en facteurs de cancéreuses n’ont pas besoin d’un apport en facteurs de
croissance, elles possèdent une autosuffisance, elles croissance, elles possèdent une autosuffisance, elles
sécrètent elles mêmes leurs propres facteurs: cellules sécrètent elles mêmes leurs propres facteurs: cellules
autocrines.autocrines.
Croissance illimintée immortalitéCroissance illimintée immortalité
Contrairement aux cellules normales qui sont Contrairement aux cellules normales qui sont
programmées pour ne se diviser q’un certain nombre de programmées pour ne se diviser q’un certain nombre de
fois (60 divisions), les cellules transformées peuvent se fois (60 divisions), les cellules transformées peuvent se
diviser indéfiniment diviser indéfiniment
3. Progression3. Progression
Cette étape est caractérisée par la transformation maligne Cette étape est caractérisée par la transformation maligne
de la tumeur et l'invasion de l'organisme par des métastases.de la tumeur et l'invasion de l'organisme par des métastases.
Il se produit une instabilité génétique qui se traduit par Il se produit une instabilité génétique qui se traduit par
l'acquisition par les cellules filles de nouvelles propriétés l'acquisition par les cellules filles de nouvelles propriétés
d'indépendance ou de nouvelles caractéristiques d'indépendance ou de nouvelles caractéristiques
fonctionnelles. fonctionnelles.
En effet, au cours des divisions cellulaires incontrôlées, En effet, au cours des divisions cellulaires incontrôlées,
certaines cellules vont acquérir la propriété certaines cellules vont acquérir la propriété
- de dissoudre les membranes basales (pouvoir invasif), - de dissoudre les membranes basales (pouvoir invasif),
- ou provoquer la sécrétion de facteurs angiogènes et la - ou provoquer la sécrétion de facteurs angiogènes et la
- de constituer un réseau de capillaires nourriciers - de constituer un réseau de capillaires nourriciers
indispensables à la prolifération (angiogenèse) , indispensables à la prolifération (angiogenèse) ,
- l'acquisition de la mobilité des cellules cancéreuses - l'acquisition de la mobilité des cellules cancéreuses
et de la possibilité de transport à travers les membranes et de la possibilité de transport à travers les membranes
des capillaires lymphatiques ou sanguins (Métastase).des capillaires lymphatiques ou sanguins (Métastase).
Cette étape est ouverte et ne peut être arrêtée que par Cette étape est ouverte et ne peut être arrêtée que par
une intervention thérapeutique.une intervention thérapeutique.
Stress oxydant et lésions Stress oxydant et lésions
cellulairescellulaires
Stress oxydant et lésions Stress oxydant et lésions
cellulairescellulaires
Chapitre 6.Chapitre 6.
Il s’agit d’atomes ou des molécules hyper réactifs dont Il s’agit d’atomes ou des molécules hyper réactifs dont
une orbitale contient un électron célibataire non apparié. une orbitale contient un électron célibataire non apparié.
Ce déséquilibre est comblé soit par l’acceptation d’un Ce déséquilibre est comblé soit par l’acceptation d’un
autre électron soit par le transfert de cet électron libre sur autre électron soit par le transfert de cet électron libre sur
une autre molécule. une autre molécule.
Si l’électron passe sur une molécule, celle-ci devient très Si l’électron passe sur une molécule, celle-ci devient très
réactive et subit une oxydation, le caractère radicalaire de réactive et subit une oxydation, le caractère radicalaire de
la molécule ne disparaît pas et l’électron libre peut passer la molécule ne disparaît pas et l’électron libre peut passer
sur d’autres molécules, entraînant des phénomènes sur d’autres molécules, entraînant des phénomènes
d’oxydation en chaîne. d’oxydation en chaîne.
1. Les radicaux libres (RL)1. Les radicaux libres (RL)
Parmi les RL formés chez les êtres vivants, il y a les Parmi les RL formés chez les êtres vivants, il y a les
radicaux oxygénés tels que radicaux oxygénés tels que l’anion superoxyde (O2-•),l’anion superoxyde (O2-•), le le
monoxyde d’azote (NO•)monoxyde d’azote (NO•) et et le radical hydroxyle (OH•)le radical hydroxyle (OH•)
il existe aussi d’autres dérivés oxygénés beaucoup plus il existe aussi d’autres dérivés oxygénés beaucoup plus
réactifs mais non radicalaires dont la toxicité est réactifs mais non radicalaires dont la toxicité est
importante comme importante comme l’oxygène singulet (1O2l’oxygène singulet (1O2), ), le peroxyde le peroxyde
d’hydrogène (H2O2d’hydrogène (H2O2). ).
La source de production des ROS peut être endogène La source de production des ROS peut être endogène
(mitochondrie, réticulium endoplasmique, peroxysome) ou (mitochondrie, réticulium endoplasmique, peroxysome) ou
exogène (les champs électromagnétiques, les rayons exogène (les champs électromagnétiques, les rayons
ultraviolets, les rayons X, les ultrasons, les irradiations, les ultraviolets, les rayons X, les ultrasons, les irradiations, les
produits chimiques et les médicaments, alcool, alimentation produits chimiques et les médicaments, alcool, alimentation
déséquilibré, tabagisme, pratique intense ou mal géré d’un déséquilibré, tabagisme, pratique intense ou mal géré d’un
sport, …etc)sport, …etc)
Anion superoxyde : O2 – .
Faible pouvoir oxydant en solution aqueuse
Radical hydroxyle : OH.
Oxydant très puissant : attaque les molécules biologiques
(ADN, protéines, lipides)
Peroxyde d’hydrogène : H2O2
Relativement peu réactif en l’absence de métaux de transition.
Diffuse rapidement à travers les membranes cellulaires.
Les principaux dérivés réactifs de Les principaux dérivés réactifs de l’oxygènel’oxygène
Ces espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont Ces espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont
indispensables au fonctionnement cellulaire en effet la indispensables au fonctionnement cellulaire en effet la
majorité des radicaux libres jouent un rôle important dans majorité des radicaux libres jouent un rôle important dans
l'entretien et le fonctionnement de l'organisme: l'entretien et le fonctionnement de l'organisme:
le processus de la fécondation, le processus de la fécondation,
les mouvements cellulaires, les mouvements cellulaires,
la production de médiateurs cellulaires, l'élimination des la production de médiateurs cellulaires, l'élimination des
produits toxiques, produits toxiques,
la défense contre l'invasion des microbes et des virus et la défense contre l'invasion des microbes et des virus et
les cellules tumorales, etc. les cellules tumorales, etc.
Mais ces RL sont aussi à l’origine de plusieurs Mais ces RL sont aussi à l’origine de plusieurs
dommages cellulaires notamment par l’oxydation de dommages cellulaires notamment par l’oxydation de
macromolécules telles que l’ADN, les protéines et les lipides macromolécules telles que l’ADN, les protéines et les lipides
: : c’est le paradoxe de l’O2. c’est le paradoxe de l’O2.
2. Rôle des radicaux libres2. Rôle des radicaux libres
Pour contrecarrer les effets toxiques des ROS et les Pour contrecarrer les effets toxiques des ROS et les
réactions en chaîne causés par les RL, certaines molécules réactions en chaîne causés par les RL, certaines molécules
sont capables de céder un de leurs électrons. sont capables de céder un de leurs électrons.
La molécule radicalaire acceptant ce second électron La molécule radicalaire acceptant ce second électron
perd son caractère radicalaire. En revanche, la molécule perd son caractère radicalaire. En revanche, la molécule
ayant perdu un seul électron devient radicalaire et peut ayant perdu un seul électron devient radicalaire et peut
théoriquement générer une nouvelle réaction en chaîne. théoriquement générer une nouvelle réaction en chaîne.
2. Les systèmes antioxydants2. Les systèmes antioxydants
Toutefois, si cette nouvelle espèce radicalaire est Toutefois, si cette nouvelle espèce radicalaire est
relativement stable, elle va avoir le temps de compléter sa relativement stable, elle va avoir le temps de compléter sa
réaction d’oxydoréduction, soit en se régénérant (en réaction d’oxydoréduction, soit en se régénérant (en
regagnant un électron) soit en s’oxydant (en perdant un regagnant un électron) soit en s’oxydant (en perdant un
deuxième électron). deuxième électron).
En impliquant un électron libre dans une réaction En impliquant un électron libre dans une réaction
d’oxydoréduction classique, ces molécules diminuent les d’oxydoréduction classique, ces molécules diminuent les
phénomènes d’oxydation en chaîne et sont qualifiées de phénomènes d’oxydation en chaîne et sont qualifiées de
piégeurs de radicaux (scavenger) ou piégeurs de radicaux (scavenger) ou
antioxydants.antioxydants.
Systèmes antioxydants enzymatiquesSystèmes antioxydants enzymatiques
La Superoxyde dismutase (SOD)La Superoxyde dismutase (SOD) : assure l’élimination de : assure l’élimination de
l’anion superoxyde, représente la première ligne de défense l’anion superoxyde, représente la première ligne de défense
contre le stress oxydatif. Pour fonctionner correctement, la contre le stress oxydatif. Pour fonctionner correctement, la
SOD a besoin d’oligo-éléments comme le Cu Zn et Mn. SOD a besoin d’oligo-éléments comme le Cu Zn et Mn.
Glutathion peroxydase (GPx)Glutathion peroxydase (GPx) : joue un rôle capital dans : joue un rôle capital dans
l’élimination du peroxyde d’hydrogène (H2O2) et des l’élimination du peroxyde d’hydrogène (H2O2) et des
hydroperoxydes (ROOH) résultant de l’effet du stress hydroperoxydes (ROOH) résultant de l’effet du stress
oxydant sur les acides gras polyinsaturés. oxydant sur les acides gras polyinsaturés.
Catalase (CAT)Catalase (CAT) : catalyse la réduction du peroxyde : catalyse la réduction du peroxyde
d’hydrogène en eau et en oxygène moléculaire selon la d’hydrogène en eau et en oxygène moléculaire selon la
réaction suivante (2H2O2 réaction suivante (2H2O2 2 H2O + O2). 2 H2O + O2).
Systèmes antioxydants non-enzymatiquesSystèmes antioxydants non-enzymatiques
Les antioxydants non-enzymatiques sont des molécules qui Les antioxydants non-enzymatiques sont des molécules qui
possèdent des la capacité de piéger les radicaux libres et les possèdent des la capacité de piéger les radicaux libres et les
désactiver. désactiver.
La vitamine E La vitamine E : Le caractère hydrophobe de la vitamine E : Le caractère hydrophobe de la vitamine E
lui permet de s’insérer au sein des acides gras de la lui permet de s’insérer au sein des acides gras de la
membrane cellulaire et des lipoprotéines où elle joue un rôle membrane cellulaire et des lipoprotéines où elle joue un rôle
protecteur en empêchant la propagation de la peroxydation protecteur en empêchant la propagation de la peroxydation
lipidique induite par un stress oxydatif. lipidique induite par un stress oxydatif.
La vitamine CLa vitamine C : entre en synergie avec vitamine E au : entre en synergie avec vitamine E au
niveau des compartiments hydrophiles de la cellule où elle niveau des compartiments hydrophiles de la cellule où elle
est trouvée capable de réduire l’anion superoxyde ainsi que est trouvée capable de réduire l’anion superoxyde ainsi que
les radicaux hydroxyles. les radicaux hydroxyles.
Toutes ces systèmes de défenses peuvent être renforcées Toutes ces systèmes de défenses peuvent être renforcées
par des apports exogènes en flavonoides (quercétine, par des apports exogènes en flavonoides (quercétine,
rutine, resvératol, pycnogénol) qui se retrouvent en grande rutine, resvératol, pycnogénol) qui se retrouvent en grande
quantité dans le vin rouge, le thé vert, les légumes et dans quantité dans le vin rouge, le thé vert, les légumes et dans
les extraits de Gingko biloba, de myrtille et d’algues les extraits de Gingko biloba, de myrtille et d’algues
marines. marines.
Au niveau cellulaire, il existe donc un équilibre entre la Au niveau cellulaire, il existe donc un équilibre entre la
production de ROS et leur élimination. production de ROS et leur élimination. Le stress oxydant est Le stress oxydant est
classiquement défini comme un déséquilibre en faveur de la classiquement défini comme un déséquilibre en faveur de la
production des radicaux libres dans la cellule qui conduit production des radicaux libres dans la cellule qui conduit
donc à une oxydation accrue des composants cellulaires donc à une oxydation accrue des composants cellulaires
essentiels. essentiels.
ANTIOXIDANTSANTIOXIDANTSOXIDANTSOXIDANTS
Oxygen Free RadicalsOxygen Free RadicalsNitrogen Free RadicalsNitrogen Free Radicals
Specific EnzymesSpecific EnzymesVitamin E, Vitamin C,Vitamin E, Vitamin C,Carotenoids, SeleniumCarotenoids, Selenium
La cellule possède tout un arsenal de défense pour se La cellule possède tout un arsenal de défense pour se
protéger des effets délétères de l’attaque radicalaire protéger des effets délétères de l’attaque radicalaire
(enzymatiques, non enzymatiques).(enzymatiques, non enzymatiques).
Lorsque ces mécanismes de défenses sont submergés Lorsque ces mécanismes de défenses sont submergés
par les agressions, l’équilibre prooxydant/antioxydant est par les agressions, l’équilibre prooxydant/antioxydant est
perturbé, il s’établit un stress oxydant. perturbé, il s’établit un stress oxydant.
Les modifications qui peuvent survenir en réponse au Les modifications qui peuvent survenir en réponse au
stress oxydant comprennent l’augmentation de la stress oxydant comprennent l’augmentation de la
lipoperoxydationlipoperoxydation, de l’oxydation des , de l’oxydation des protéinesprotéines et des et des
altérations de l’altérations de l’ADNADN. .
3. Les dégâts cellulaires 3. Les dégâts cellulaires
Espèces réactives de l’oxygène
Protéines Lipides ADN
Péroxydation lipidique...
Oxydation... Bases modifiées : bases hydroxylées (8-OH guanine...),Simples et doubles cassures de l’ADN,Modification des sucres et des protéines de l’ADN.
Altération de l’expression des gènes ...
Altération Membranaire...
Altérations destransports ioniquesSystèmes enzymatiques...
ATTEINTE CELLULAIRE
La peroxydation lipidique ou lipoperoxydation est une La peroxydation lipidique ou lipoperoxydation est une
réaction radicalaire en chaîne qui peut provoquer une réaction radicalaire en chaîne qui peut provoquer une
altération structurale et fonctionnelle des membranes altération structurale et fonctionnelle des membranes
cellulaires. cellulaires.
Les acides gras polyinsaturés sont les plus susceptibles Les acides gras polyinsaturés sont les plus susceptibles
aux attaques radicalaires et génèrent des peroxydes aux attaques radicalaires et génèrent des peroxydes
lipidiques qui sont eux-mêmes très réactifs et capables lipidiques qui sont eux-mêmes très réactifs et capables
d'altérer la perméabilité membranaire pouvant même d'altérer la perméabilité membranaire pouvant même
provoquer sa désintégration.provoquer sa désintégration.
3.1 La peroxydation lipidique 3.1 La peroxydation lipidique
LA PEROXYDATION DES LIPIDESLe tetrachlorure de carbone (CCl4)
Métabolisation de CCl4
Initiation : LH =Acide gras insaturé (phospholipides)
CCL 3.+ LH CHCL 3+ L. Radical lipidique
Propagation
L. + O2 LOO . Radical peroxyle
LOO. + L’H LOOH + L’. Peroxyde
Terminaison
L. + L’. L-L’ Produits
LOO . + L’OO . LOOL’ + O2 non réactifs
LOO . + L’. LOOL’
P450-Fe 3+
P450-Fe 3+-CCL4
P450-Fe 3+-CCL 3.
CCL4
e-
Cl-
CCL 3 .
Cascades d’évènements induisant la nécrose du foie par le CCl4
Formation des hydropéroxydes d’acide gras (LOOH) dans la membrane du Réticulum Endoplasmique
L.
LH
O2
CCl4 CCl3.
CHCl3
P450
Oxydation et déstabilisation de la bicouche lipidique
Libération de produits solubles
Atteinte de la membrane cellulaireNECROSE
Les protéines sont également des cibles pour les radicaux Les protéines sont également des cibles pour les radicaux
libres qui peuvent être attaquées par les radicaux libres.libres qui peuvent être attaquées par les radicaux libres.
L’oxydation des protéines apparaît de façon précoce par L’oxydation des protéines apparaît de façon précoce par
rapport à la lipoperoxydation. rapport à la lipoperoxydation.
D’une manière générale, cette oxydation est mise en D’une manière générale, cette oxydation est mise en
évidence par l’augmentation des groupements carbonyles (-évidence par l’augmentation des groupements carbonyles (-
CHO) et l’oxydation des groupements thiols (-SH). CHO) et l’oxydation des groupements thiols (-SH).
3.2. L’oxydation des protéines3.2. L’oxydation des protéines
Si l’attaque radicalaire touche des acides aminés Si l’attaque radicalaire touche des acides aminés
localisés au site actif des enzymes clés du métabolisme, localisés au site actif des enzymes clés du métabolisme,
ceci peut entraîner leur inactivation. ceci peut entraîner leur inactivation.
Les protéines oxydées ou altérées peuvent subir un Les protéines oxydées ou altérées peuvent subir un
repliement anormal et former des agrégats protéiques repliement anormal et former des agrégats protéiques
cytosoliques.cytosoliques.
L'apparition de groupe carbonyle est considérée L'apparition de groupe carbonyle est considérée
comme marqueur de l'état d'oxydation des protéines comme marqueur de l'état d'oxydation des protéines
cellulaires. cellulaires.
Il existe, au sein de la cellule deux types d’ADN : l’ADN Il existe, au sein de la cellule deux types d’ADN : l’ADN
nucléaire et l’ADN mitochondrial. Ce dernier est la cible nucléaire et l’ADN mitochondrial. Ce dernier est la cible
privilégiée des oxydations par les radicaux libres du fait des privilégiée des oxydations par les radicaux libres du fait des
systèmes de réparation moins efficaces que ceux de l’ADN systèmes de réparation moins efficaces que ceux de l’ADN
nucléaire et de sa proximité directe de l’une des principales nucléaire et de sa proximité directe de l’une des principales
sources des espèces réactives de l’oxygène : la chaîne sources des espèces réactives de l’oxygène : la chaîne
respiratoire mitochondriale. respiratoire mitochondriale.
Ainsi le taux de bases oxydées serait 2 à 3 fois supérieur Ainsi le taux de bases oxydées serait 2 à 3 fois supérieur
dans l’ADN mitochondrial par rapport à l’ADN nucléaire. dans l’ADN mitochondrial par rapport à l’ADN nucléaire.
3.3. Dommages oxydatifs à l’ADN3.3. Dommages oxydatifs à l’ADN
Les bases puriques et pyrimidiques sont les cibles Les bases puriques et pyrimidiques sont les cibles
privilégiées de nombreux oxydants tels que l’OH•privilégiées de nombreux oxydants tels que l’OH•
La plus abondante des bases oxydées est la 8-oxo-La plus abondante des bases oxydées est la 8-oxo-
desoxyguanosine (8-oxodGu). desoxyguanosine (8-oxodGu).
Ces différents dommages semblent fortement impliqués Ces différents dommages semblent fortement impliqués
entre autres dans les phénomènes de cancérisation entre autres dans les phénomènes de cancérisation
Les mutations de l’ADN mitochondrial pourraient être Les mutations de l’ADN mitochondrial pourraient être
impliquées dans les phénomènes de mort cellulaire en impliquées dans les phénomènes de mort cellulaire en
altérant le fonctionnement de cet organite. altérant le fonctionnement de cet organite.
Espèces réactives de l’oxygène
Réponse cellulaire
Activation de facteurs de transcription
Induction de gènes de réponse au stress oxydantAnti-oxydantsEnzymes de Réparation de l’ADNEnzymes de Réparation des lipidesProtéases, cytokines, protéines de choc thermique...
ApoptoseNécrose
Adaptation au Stress oxydant
Prolifération cellulaire abérrante
