Transcript Eicosanoid_Deladoey_2013

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)
BCM 1502
Métabolisme des eicosanoïdes et
leurs fonctions biologiques
Voet, chapitre 25.7
Johnny Deladoëy MD PhD
CHU Sainte-Justine
[email protected]
Certaines dias sont
inspirées de…..
Eicosanoid Synthesis
Copyright © 1999-2008 by Joyce J.
Diwan.
All rights reserved.
•
•
•
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 antiinflammatoires 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
L’acide gras
arachidonate
est souvent
estérifié en OH
sur le C2 du
phosphatidyl
inositol.
Site of cleavage by
Phospholipase A2
O
R2
C
O
O
H2C
O
C
C
H
O
CH2O
P
R1
H
OH
O
Site of cleavage by OH
Phospholipase C
H
OH
OH
H
OH
OH
H
H
Phosphatidyl inositol
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.
O
La voie du
Phosphatidyl
inositol peut
auss conduire
à la relâche
d’arachidonat
e
O
R1
C
H2C
O
O
C
CH
H2C
cleavage by
Phospholipase C
R2
O
O
P
O
O
H
OPO32
OH
H
OH
PIP2
H
H
phosphatidylinositol4,5-bisphosphate
OH
H
H
OPO32
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.
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.
Voie cyclique
eicosanoïdes: survol
Voie linéaire
eicosanoïdes: survol
PGH
Prostacycline
Thromboxane
synthase
synthase
PGH synthase =
prostaglandine H synthase,
aussi nommée COX
2 activités:
•cyclo-oxygénase (inhibé par
aspirine)
•peroxydase
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++.
 PPARg, 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
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
O
COOH
PGE2
(prostaglandin E2).
HO
OH
PGE2
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.
Structure des prostaglandines
Prostaglandines et thromboxanes
eicosanoïdes: 2 voies
Voie cyclique
Voie linéaire
-prostaglandines
-prostacyclines
-thromboxanes
-leucotriènes
-lipoxines
Eicosanoïdes: 2
voies
Voie cyclique
Prostacycline synthase
Thromboxane synthase
Voie cyclique
PGH synthase =
cyclooxygénase COX
2 activités:
•cyclo-oxygénase (inhibé par
aspirine)
•peroxydase
Voie cyclique
PGH synthase = prostaglandine
H synthase
2 activités:
•cyclo-oxygénase (inhibé par
aspirine)
•peroxydase
PGH synthase = prostaglandine H synthase
Rose = hème
Orange = (de haut en bas) Tyr385; Ser530; Arg12
Bleu = tunnel hydrophobe
COOH
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.
arachidonic acid
2 O2
Cyclooxygenase
O
COOH
O
PGG2
OOH
2 e
Peroxidase
O
COOH
O
PGH2
OH
COOH
arachidonic acid
2 O2
PGH2 Synthase
(avec double activité
de cyclooxygénase &
peroxidase) est aussi
connue sous le nom
de Cyclooxygénase,
abrégé COX.
Cyclooxygenase
O
COOH
O
PGG2
OOH
2 e
Peroxidase
O
COOH
O
PGH2
OH
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
arachidonic acid
2 O2
Cyclooxygenase
O
COOH
O
PGG2
OOH
2 e
Peroxidase
O
COOH
O
PGH2
OH
PGH synthase = prostaglandine H synthase
Inhibition par AINS
Rose = hème
Orange = (de haut en bas) Tyr385; Ser530; Arg12
Bleu = tunnel hydrophobe
Les anti-inflammatoires non-stéroïdiens
(AINS), comme l’aspirine ou l’ibuprofen et
ses dérivés, inhibent l’activité
cyclooxygenase de la PGH2 Synthase.
H3C
CH3
CH
CH2
 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).
Ibuprofen & composés associés bloquent le
tunnel hydrophobe par lequel l’arachidonate
entre dans le site actif de la cyclooxygénase.
CH
H3C
COOH
Ibuprofen
O
COOH
O
C
CH3
Aspirin
+
Enz-Ser
CH2
OH
PGH2 Synthase (active)
COOH
O
OH
+
Salicylic acid
Enz-Ser
CH2 O
C
CH3
Acetylated PGH2 Synthase (inactive)
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 resynthétisent la PGH2 Synthase, cela restore l’activité
cyclooxygénase.
Inhibiteurs de l’activité cyclooxygénase
Non le paracétamol n’est PAS un AINS
aucune action sur COX1 et COX2 (evtl COX 3)
Paracétamol – Acétaminophène -Tylénol -
Le paracétamol a peu / pas d’effet sur COX-1 ou
COX-2, et conséquemment n’a pas d’effet antiinflammatoire.
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).
Voie cyclique
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.
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 antiinflammatoire 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 COX2 & 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 antithrombotique (PGI2) par cellules endothéliales
bordant les vaisseaux sanguins.
• Pas d’inhibition de la formation de thromboxanes
via COX-1 dans les plaquettes.
Voie linéaire
Voie cyclique
eicosanoïdes: survol
Voie linéaire
Voie linéaire (lipooxygénases)
5-; 12-; 15- lipoxygénases
Catalyzed by 5-Lipoxygenase:
E.g., 5-Lipoxygenase
(réside dans les
leucocytes), catalyse la
conversion de
l’arachidonate en
5-HPETE
(5hydroperoxyeicosatetraenoic acid).
5-HPETE est converti
en leucotriène-A4, qui à
son tour peut être
converti en
leucotriènes divers et
variés.
COOH
arachidonate
O2
OOH
COOH
5-HPETE
H2O
O
COOH
leukotriene-A4
Un Fer (non lié à l’hème)
du site actif des
lipoxygenase.
membranebinding
domain
Le fer est lié à la
lipoxygenase par 3 His.
L’arachidonate se place
dans une poche
hydeophobe adjacente au
site actif.
substrate
analog
adjacent to
Fe (green)
O2 vient de l’autre côté.
la 5-LO nécessite la
présence FLAP (5-Loactivating protein) pour
être active
15-Lipoxygenase
PDB 1LOX
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
arachidonate
O2
OOH
COOH
5-HPETE
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 leucotriènerecepteur (muscles lisses des voies respiratoires).
Résumé
BCM 1502
Biosynthèse 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
membranebinding
domain
A b-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.
substrate
analog
adjacent to
Fe (green)
15-Lipoxygenase
PDB 1LOX
COOH
COOH
O
Arachidonic acid
14,15-EET
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.
Shown is an EET
produced from
arachidonate by activity
of a cytochrome
P450 epoxygenase.
COOH
O
14,15-EET
(14,15-epoxyeicosatrienoic acid)
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.
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.