Transcript Etudes de toxicité

Etudes de toxicité
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 2
Chez divers types d'organismes
Invertébrés=> eau douce ou salée
• Daphnia magna (microcustacés, puces d'eau)
Poissons => eau douce ou salée
Amphibiens (grenouilles…)
Vers de terre => sol
Caenorhabditis elegans
Protozoaires et petits métazoaires
Bactéries
Sentinelles
Test en labo
Diapo 3
Plusieurs types de réponses
Certaines protéines spécifiques
• Métallothionénine (Cd, Pb...)
• P450 (organiques)
• Monooxygénases (organiques)
Diapo 4
Plusieurs 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 5
Choc thermique
Nombreuses protéines
• Hsp 27:
• Hsp32: Heme oxygénase 1 (HO1)
Diapo 6
Choc thermique
Caractéristiques
• Thermotolérance
• Régulation par HSF
• Protéines communes à de nombreux autres stress:
Stress oxydatif, mauvais repliment, stress toxique
Diapo 7
Stress oxydatif
Déséquilibre entre formation de dérivés réactifs de
l'oxygène et le métabolisme protecteur
DRO (dérivés réactifs de l'oxygène - ROS)
• Réduction partielle (un e-) de O
• sous-produits (indésirables) du métabolisme normal ou de
défense
Cause du vieillissement ?
Diapo 8
Sources des ROS
Principale source cellulaire: chaine respiratoire
•
•
•
•
•
Complexe IV qui réduit O2 en H2O
Cycle Q (quinone): •Q + O2 -> •O2 -> •OHNiveau basal de ROS durant fonctionnement normal
Amplifié par anoxie ou hypoxie
Poisons mitochondriaux
Peroxysomes
Radiations ionisantes
Diapo 9
Sources des ROS
Métabolisme: xanthine oxydase, cyt P450
Réactions spécifiques: Rn de Fenton
Phagocytes (•O2-), oxide nitrique (•NO),
peroxynitrite (OONO-)
Agents exogènes (H2O2)
Pathologies? (causes ou conséquences)
Diapo 10
Stress oxydatif: dommages cellulaires
Lipides insaturés des membranes => perte de
propriétés
Protéines => dénaturation
ADN => mutations
=> Associé à pathologies: cancer, Alzheimer,
asthme, ischémie, déficits fonctionnels liés au
vieillissement, diabète, etc……..
Diapo 11
Stress oxydatif: DRO
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 chaîne (O2•)
Diapo 12
Principaux ROS
•O2- : anion superoxide - réactif - chaine respiratoire ou
auto-oxydation de O2
H2O2: peroxyde d'H - réactif - dismutation O2- - soluble
dans membranes
•OH-: radical hydroxyle - très réactif - Rn Fenton
HOCl: acide hypochloreux -très réactif: acides aminés,
thiol - soluble dans membranes
Autres: hydroperoxydes organiques (ROOH), oxyde
nitrique (•NO), peroxyde nitrique (OONO-)
Diapo 13
Roles catalytiques des métaux
Fe, Cu, Cr, Va, Co
Réaction de Fenton
• Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + OH• + OH• Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + HOO• + H+
• => Formation de radicaux libres potentiellement
dangereux
Réaction de Haber-Weiss
Quinones
Diapo 14
Stress 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-SOD
Diverses peroxydases
Glutathion
• Principal agent de maintien des conditions
réductrices du cytoplasme
• Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)
Diapo 15
Stress oxydatif: glutathion
Principal agent de maintien des conditions
réductrices du cytoplasme
Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)
Diapo 16
Stress 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
GSH
GSSG
Gly
|
2 Cys - SH
|
Glu
Gly
|
Cys - S
|
Glu
A
AH2
Gly
|
S - Cys
|
Glu
Diapo 17
Stress oxydatif: glutathion
Glutathion peroxydase
2 GSH + A ----> GSSG + AH2
• 2 GSH + H2O2 ==> GSSG + 2 H2O
• Élimination du H2O2 + ac. gras peroxydés
Glutathion réductase
GSSG + NADPH + H+ -----> 2 GSH
• Régénération du GSH
NADPH: produit par voie des pentoses (cyto)
transfert du NADH (mito)
Diapo 18
Stress oxydatif: superoxyde dismutase
SOD
formula
2 O2- + 2 H+ ---> H2O2 + O2
Cofacteur métallique: Zn2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+
Tetrahymena: 1 Mn/Fe et 1 Cu/Zn
Diapo 19
Stress oxydatif: catalase
2 H2formula
O2 ==> 2 H2O + O2
H2O2 seulement provenant SOD ou autre
Diapo 20
Réponse aux protéines dépliées
UPR (unfolded protein response)
Stress du réticulum endoplasmique
• Elimination des protéines mal repliées ou dénaturées
• Réticulum endoplasmique et mitochondries
• Protéines chaperon de type GRP
• Induites par absence de glucose
• Blocage/ralentissement de la production de protéines
"normales"
Diapo 21
Réponse aux protéines dépliées
2 types de mécanismes
• Levures
• Cellules mammaliennes
=> réponse des autres types cellulaires ?????
• Plantes
• Protozoaires
• algues
Diapo 22
Diapo 23
Autres stress
Choc osmotique
Hypthermie
Radiations
Bris mécaniques
Diapo 24
Applications
Sentinelles
Détection de toxiques
QSAR
Test de toxicité
Sur le terrain
Au labo
Diapo 25
Heme oxygénase
•
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 26
Heme oxygenase I
Induction
•
• Induite par nombreux stress dans toutes cell. étudiées
• Choc thermique
• Toxiques organiques ou inorganiques
• Autres stress (radiations UV, )
• Sauf hypothermie
Diapo 27
Hème oxygénase
•
Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO
•
•
•
•
Requiert aussi O2 et NADPH
Hème = pro-oxydant à éliminer
NADP+ doit être recyclé en NADPH + H+
Biliverdine = antioxydant
Transformé 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 28
Heme oxygenase I
Réaction 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 29
Heme oxygénase
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Diapo 30
Heme oxygenase
•
Diapo 31
Nomenclature
•
H2O2 peroxyde d'hydrogène
O2•- superoxide
OH•- radical hydroxyde
ONOO- peroxyde nitrique
Diapo 32
Réaction de Fenton
Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + OH• + OHFe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + HOO• + H+
=> Formation de radicaux libres potentiellement
dangereux
Diapo 33
Apoptose
Destruction cellulaire
Nécrose
Autophagie
apoptose
Diapo 34