Etudes de toxicitéEtudes de toxicité

Diapo 2

Plusieurs niveaux d'organisation…Plusieurs niveaux d'organisation…

Organismes entiers

Cellules en culture

Organelles ou fonction• Photosynthèse (chloroplastes)

Protéines• Cytochrome P450 (organique)

• Métallothionéine (inorganique)

• Acétylcholine estérase (cible moléculaire des insecticides organophosphorés)

Diapo 3

Chez divers types d'organismesChez divers types d'organismes

Invertébrés=> eau douce ou salée• Daphnia magna (microcustacés)

Poissons => eau douce ou saléeAmphibiens (grenouilles…)Vers de terre => solCaenorhabditis elegansProtozoaires et petits métazoairesBactéries

SentinellesTest en labo

Diapo 4

Plusieurs types de réponsesPlusieurs types de réponses

Certaines protéines spécifiques• Métallothionénine (Cd, Pb...)• P450 (organiques)• Monooxygénases (organiques)

Diapo 5

Plusieurs types de stressPlusieurs types de stress

Choc thermique … modèle et précurseur• Plus vieille réponse de stress des êtres vivants• Homéostasie des protéines

• Chaperones

• Assemblage

• Trafic transmembranaire et sécrétion

Diapo 6

Choc thermiqueChoc thermique

Nombreuses protéines• Hsp 27:• Hsp32: Heme oxygénase 1 (HO1)

Diapo 7

Choc thermiqueChoc thermique

Caractéristiques• Thermotolérance• Régulation par HSF

• Protéines communes à de nombreux autres stress:• Stress oxydatif, mauvais repliment, stress toxique

Diapo 8

Stress oxydatifStress oxydatif

DRO (dérivés réactifs de l'oxygène - ROS) • H2O2, ROOH, O2

•-, OH•-, ONOO-, ?

• Produits très réactifs (OH•-)• Diffusant loin de leur point de formation (H2O2)• Formant des radicaux libres capables d'amorcer/propager des

réactions en chaine ( O2•-)

Lipides insaturés des membranes => perte de propriétésProtéines => dénaturation ADN => mutations=> Associé à pathologies: cancer, Alzheimer, asthme,

ischémie, déficits fonctionnels liés au vieillissement, diabète,

Diapo 9

Stress oxydatif: systèmes protecteursStress oxydatif: systèmes protecteurs

Antioxydants endogènes ou alimentaires• => Désactivateurs ("scavengers" intra- ou

extracellulaires)• Vitamine C (ascorbate), vitamine E, polyphénols,• Méthionine et autres échangeurs thiol-disulfures…

Systèmes Catalase-SODDiverses peroxydasesGlutathion

• Principal agent de maintien des conditions réductrices du cytoplasme

• Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)

Diapo 10

Stress oxydatif: glutathionStress oxydatif: glutathion

• Principal agent de maintien des conditions réductrices du cytoplasme

• Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)

Diapo 11

Stress oxydatif: glutathionStress oxydatif: glutathion

Glutathion: tripeptide oscillant entre formes oxydées (GSSG) et réduites (GSH)

Élimination de molécules oxydantes: H2O2

Regénéré par réduction en GSH avec NADPH + H+

Cytoplasme: GSH:GSSG = 50:1

Gly |Cys - SH |Glu

2Gly |Cys - S |Glu

Gly |S - Cys

|Glu

GSHGSSGAAH2

Diapo 12

formula

Stress oxydatif: superoxyde dismutaseStress oxydatif: superoxyde dismutase

• 2 O2- + 2 H+ ---> H2O2 + O2

• Cofacteur métallique: Zn2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+

• Tetrahymena: 1 Mn/Fe et 1 Cu/Zn

Diapo 13

formula

Stress oxydatif: catalaseStress oxydatif: catalase

• 2 H2O2 ==> 2 H2O + O2

• H2O2 seulement

Diapo 14

formula

Stress oxydatif: GSH peroxydase et réductase

Stress oxydatif: GSH peroxydase et réductase

• GSHPx• 2 GSH + H2O2 ==> GSSG + 2 H2O

• Élimination du H2O2 + ac. gras peroxydés

• GSH réductase• GSSH + NADPH + H+ ==> 2 GSH + NADP+

• Régénération du GSH

• Régénération du NADPH: voie des pentoses

Diapo 15

Réponse aux protéines dépliéesRéponse aux protéines dépliées

UPR (unfolded protein response)• Elimination des protéines mal repliées ou dénaturées• Réticulum endoplasmique• Protéines chaperon de type GRP

• Induites par absence de glucose

• Blocage/ralentissement de la production de protéines "normales"

Diapo 16

ApplicationsApplications

Sentinelles

Détection de toxiques

QSAR

Test de toxicité

Sur le terrain

Au labo

Diapo 17

Heme oxygenaseHeme oxygenase

•

Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO

• 3 types• HO I : inductible (réponse à certains stress)

• 32 kDa• = HSP32

• HO 2 : constitutive• 36 kDa

• HO 3: cerveau (?)

• ==> gènes différents (pas isoformes)

Diapo 18

Heme oxygenase IInduction

Heme oxygenase IInduction

•

• Induite par nombreux stress dans toutes cell. étudiées• Choc thermique• Toxiques organiques ou inorganiques• Autres stress (radiations UV, )• Sauf hypothermie

Diapo 19

Hème oxygénaseHème oxygénase

•

Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO

• Requiert aussi O2 et NADPH• Hème = pro-oxydant à éliminer• NADP+ doit être recyclé en NADPH + H+

• Biliverdine = antioxydantTransformé en bilirubine (puissant anti-oxydant)

• Fe2+ = agent pro-oxydant Rn de Fenton (si H2O2)• Doit être éliminé ou stocké (ferritine)

• CO• Messager local (relié à NO)

Diapo 20

Heme oxygenase IRéaction catalysée

Heme oxygenase IRéaction catalysée

•

Heme + 3 O2 + 3 NADPH + 3 H+ --> Biliverdine + Fe2+ + CO + 3 H2O + 3 NADP+

• HO travaille de concert avec P450 et une réductase• Biliverdine --> bilirubine

Diapo 21

Heme oxygénaseHeme oxygénase

QuickTime™ and aTIFF (LZW) decompressor

are needed to see this picture.

Diapo 22

Heme oxygenaseHeme oxygenase

•

Diapo 23

NomenclatureNomenclature

•

H2O2 peroxyde d'hydrogène

O2•- superoxide

OH•- radical hydroxydeONOO- peroxyde nitrique

Diapo 24

Réaction de FentonRéaction de Fenton

Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + OH• + OH-

Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + HOO• + H+

=> Formation de radicaux libres potentiellement dangereux