Cours 11 - Oxidative stress and neurodegeneration - Christine Vande Velde Flashcards
Quelles sont les caractéristiques des espèces réactives à l’oxygène (ROS)?
- Oxygène hautement réactif;
- Caractérisé par un seul électron non apparié dans une orbite externe;
- Très réactif;
- De courte durée;
- Peut endommager pratiquement TOUTES les macromolécules biologiques (ADN, protéines, lipides, sucres);
- Peut être auto-catalytique!
Pourquoi les ROS sont de l’oxygène hautement réactif?
À cause de son électron libre.
Quels sont les ROS?
- Oxygène (O2)
- Anion superoxide (O2 -)
- Peroxide (O2 -2)
- Peroxide d’hydrogène (H2O2)
- Radical hydroxyle (OH)
- Ion hydroxyle (OH -)
Quel est le ROS qui n’est pas toxique pour les humains?
Oxygène.
Quel est le ROS qui est le plus toxique pour les humains?
Anion superoxide
Vrai ou Faux : Le radical hydroxyle est très réactif.
Vrai.
Avec quelles composantes le radical hydroxyle réagit-il?
- Protéine
- ADN
- Lipide
La cellule métabolise l’anion superoxide à l’aide de 3 différentes …?
Enzymes
Quels sont les 3 enzymes utilisés pour le métabolisme de l’anion superoxide?
- NO (O2 - vers ONOO-)
- SOD (O2 - vers H2O2)
- Catalase (H2O2 vers H2O + O2)
Vrai ou Faux : H2O2 est diffusable.
Vrai.
La réaction de Fenton se produit entre … (1) et … (2).
(1) H2O2
(2) OH
Vrai ou Faux : Toutes les ROS sont toxiques.
Faux.
Quelles sont les fonctions physiologiques de OH - en tant que molécule de signalisation dans les processus cellulaires normaux?
- NF-kB, transduction du signal JNK
2. Réponses inflammatoires
Quelle est la fonction physiologique de NO en tant que molécules de signalisation dans les processus cellulaires normaux?
Vasodilatation.
Que font les ROS physiologiques?
Activent les facteurs de transcription (Nrf2 et NF-kB).
Quelle est l’action des ROS physiologiques sur le facteur de transcription Nrf2?
Perturbe sa liaison avec son inhibiteur, permettant de moduler l’expression de SOD, PRX, GPX, l’héméoxygénase.
Quelle est l’action des ROS physiologiques sur le facteur de transcription NF-kB?
Provoque une phosphorylation et une dégradation de son inhibiteur, permettant de moduler l’expression de SOD, PRX, GPX, l’héméoxygénase.
De quelles façons peut se faire l’initiation des ROS dans les cellules?
- Adsorption de l’énergie radiante (UV, rayons X)
- Métabolisme enzymatique de substances chimiques ou de médicaments exogènes
- Réactions d’oxydation-réduction du métabolisme normal
- Métaux de transition
- Oxyde nitrique
L’oxyde nitrique est un important … de plusieurs types cellulaires.
Médiateur chimique.
L’oxyde nitrique peut être converti en … (1), … (2) ou en … (3).
(1) ONOO -
(2) NO2
(3) NO3 -
Quels sont les métaux de transition?
- Fer
- Cuivre
Quelles sont les réactions d’oxydation-réduction du métabolisme normal?
- ETC
- Respiration mitochondriale
D’où provient la source primaire de ROS dans le cerveau?
Complexe I de la chaîne de transport des électrons au sein de la mitochondrie.
La mitochondrie produit de l’ATP en …?
Prenant de l’oxygène.
Quelles sont les conséquences cellulaires des ROS?
- Peroxidation lipidique
- Modification oxidative des protéines
- Lésions dans l’ADN
Que se passe-t-il dans la peroxidation lipidique?
- En présence d’oxygène, les doubles liaisons des acides gras insaturés des lipides membranaires sont attaquées (OH);
- La réaction produit des peroxydes (instables!), donc auto-catalytiques.
Quels sont les 4 types de modifications oxidatives des protéines?
- Oxydation des chaînes latérales d’acides aminés et du squelette protéique
- Réaction non enzymatique de monosaccharides avec des groupes amino de protéines (glycation)
- Formation de liaisons transversales entre protéines (liaisons disulfure)
- Les modifications oxydatives améliorent la dégradation des protéines induite par les protéosomes
Que retrouve-t-on comme lésions dans l’ADN?
Les réactions avec la thymine (nucléaire et ADN mito) produisent des cassures simple brin.
Quels sont les mécanismes de défense des ROS?
- Antioxydants
- Protéines de transport
- Enzymes
Que fait le mécanisme de défense « antioxydant » des ROS?
- Peut bloquer l’initiation de la formation de radicaux libres.
OU - Piéger les radicaux libres et ainsi mettre fin aux dommages.
Quels sont les antioxydants ROS?
- Vitamine E (a-tocophérol);
- Vitamine C (acide ascorbique);
- Bilirubine;
- Glutathion;
- Coenzyme Q10.
Que fait le mécanisme de défense « protéine de transport » des ROS?
Liaison des ions de métaux de transition (Fe, Cu) aux protéines de transport, pour minimiser la formation d’OH.
Quelles sont les protéines de transport ROS?
- Transferrine (très importante);
- Ferritine;
- Lactoferrine;
- Céruloplasmine.
Quelles sont les enzymes ROS?
- Catalase (peroxysomes)
- Superoxyde dismutases
- Glutathion peroxydases
Quelles sont les méthodes de détection des ROS?
- La plupart sont labiles - détectés indirectement
* Mesure des niveaux de ROS dans les cellules vivantes
Quelles sont les mesure des niveaux de ROS dans les cellules vivantes?
- Imagerie par résonance électronique paramagnétique (RPE)
- Colorants sensibles à l’oxydoréduction (cellules fluorées)
- Anticorps anti-HNE (lipides), 8-OH guanine (acides nucléiques), carbonyles (protéines)
Qu’est-ce que le stress oxidatif?
Un déséquilibre entre les systèmes générant des radicaux libres et les captant les radicaux (désintoxication).
Le stress oxydatif dans la maladie est dû à une augmentation de la … (1), mais également à une diminution des … (2).
(1) Production de ROS
(2) Mécanismes de défense anti-oxydants.
Dans quelles maladies le stress oxydatif est présent?
- Maladie de Parkinson
- Maladie d’Alzheimer
- Sclérose latérale amyotrophique
Pourquoi le cerveau est-il sujet aux dommages causés par le stress oxydatif?
- Cerveau consomme de l’oxygène à un taux très élevé (20% de l’oxygène total au repos du corps!)
- Production élevée de superoxyde (O2-)
- Cerveau et moelle épinière ont une teneur élevée en substrats facilement oxydables
- Cerveau et moelle épinière ont une pauvreté relative en systèmes anti-oxydants
Qu’est-ce que la théorie des radicaux libres du vieillissement?
- L’accumulation de radicaux libres liée à l’âge entraîne la destruction de composants cellulaires.
- Ainsi, les troubles neurodégénératifs d’apparition tardive résultent d’une accélération du processus de vieillissement naturel.
Quelle est la preuve de la théorie des radicaux libres du vieillissement?
La théorie du vieillissement avec les radicaux libres mitochondriaux.
Qu’est-ce que la théorie du vieillissement avec les radicaux libres mitochondriaux?
- Forte corrélation entre l’âge chronologique et le niveau de génération de ROS et les dommages oxydatifs
- Fonction mitochondriale progressivement perdue au cours du vieillissement
- L’inhibition de la fonction mitochondriale améliore la production de ROS
- Plusieurs maladies liées à l’âge sont associées à une augmentation sévère du stress oxydatif
Quels sont les récents défis de la théorie du vieillissement avec les radicaux libres mitochondriaux?
- Manque de corrélation entre le niveau de production de ROS et la longévité chez diverses espèces
- Effets délétères plutôt que bénéfiques sur la durée de vie dus à la transmission d’antioxydants chez diverses espèces
- L’inactivation ou la surexpression d’activités antioxydantes chez plusieurs espèces modifiées par génie génétique n’est pas favorable à cette théorie
Quelle est la théorie révisée depuis octobre 2011?
La génération de ROS représente un signal de stress en réponse aux dommages liés à l’âge.
ROS bas favorise …?
L’adaptation
… exacerbe le vieillissement.
ROS élevé
Qu’est-ce que les ROS attaquent au niveau :
(1) PD?
(2) AD?
(3) ALS?
(1) Neurones dopaminergiques de la substance noire
(2) Neurones du cortex entorhinal, de l’hippocampe CA1, du cortex frontal, de l’amygdale
(3) Motoneurones
Sensibilité … (1) des populations neuronales du système nerveux central au … (2) qui causent des lésions cellulaires ou la mort des cellules et conduisent à la neurodégénérescence.
(1) Différentielle
(2) Stress
En quoi résulte la MP?
Perte de neurones producteurs de dopamine dans la substance noire du cerveau.
La perte de neurones dopaminergiques causent une … (1), ce qui engendre une … (2)
(1) Diminution de la disponibilité de la dopamine
(2) Perte de neurotransmission
La MP affecte quelles parties du cerveau?
- Neurones DA de cortex
- Striatum
- Thalamus
Quels sont les symptômes cliniques de la MP?
- Diminution des mouvements spontanés
- Difficulté à marcher
- Instabilité posturale
- Rigidité
- Tremblements
L’oxydation de la dopamine par la MAO produit du …?
H2O2
Vrai ou Faux : Fe2+ présent dans le SN.
Vrai.
Qu’est-ce que la réaction de Fenton?
H2O2 + Fe2 + –> Fe3+ + OH + OH-
Quelles composantes retrouve-t-on dans l parkinsonisme induit par la MPTP?
- Métabolite MPP +
- Paraquat
(les deux sont des pesticides)
Quelle découverte a-t-on fait avec le MPTP?
La destruction de neurones dopaminergiques dans la substance noire a été découverte.
Quelles sont les 3 preuves expérimentales de la présence de ROS dans la MP?
- Augmentation du 4-hydroxy-2,3-nonénal (HNE) dans le cerveau des personnes atteintes de la MP, lequel est un produit de décomposition finale de l’oxydation des PUFA.
- Détection accrue de 8-OH guanine dans le striatum de patients atteints de MP.
- Déficit du complexe mitochondrial I (base du modèle roténone de la MP!) = Déficit en complexe mitochondrial I dans la MP.
Roténone inhibe le …?
Complexe mitochondrial I
Quelle est la preuve expérimentale du repliement incorrect des protéines à médiation ROS?
- Oligomérisation de l’alpha-synucléine induite par les ROS;
- Oligomères alpha-synucléines peuvent se lier au transporteur de la dopamine.
Quelles sont les preuves de la présence de ROS dans la MP?
- Accumulation liée à l’âge de marqueurs de stress oxydatif trouvés dans du matériel humain post mortem;
- Modèles animaux de MP montrent un stress oxydatif et une dégénérescence des neurones dopaminergiques;
- Modèle animal MP basé sur le stress oxydatif (roténone);
- Gènes liés à la MP familiale affectent la mitofonction et augmentent le stress oxydatif;
- Thérapies anti-oxydantes peuvent bloquer certaines neurodégénérescences.
Qu’est-ce que la MA?
Forme la plus courante de démence humaine.
Que cause la MA?
- Détérioration de la fonction cognitive, changements de comportement;
- Impact sur les zones du cerveau qui contrôlent la pensée, la mémoire et le langage.
Quelles sont les découvertes de ROS dans la MA?
- Peroxydation lipidique
- Oxydation de protéines (carbonyles)
- Oxydation de l’ADN (8-OH 2-désoxyguanine)
- Oxydation de l’ARN (8-OH guanine)
- Glyco-oxydation (produits finis de glycation avancée)
- Diminution des niveaux d’antioxydants
Quelle est la preuve expérimentale de la présence de ROS dans la MA?
Les différents modèles de souris de la MA montrant la présence de stress oxidatif.
Plusieurs études ont montré la présence de … dans la MA chez l’humain.
ROS
Quels sont les signes pathologiques de la MA?
- Plaques amyloïdes
2. Enchevêtrements neurofibrillaires
Les plaques amyloïdes sont des …?
Repliement et traitement incorrects de la protéine précurseur bêta-amyloïde (APP).
Dans la MA, les petits fragments se sont … (1) et forment des … (2).
(1) Accumulés
2) Plaques «insolubles» (extracellulaires
Les NFTs sont des …?
Fibres torsadées faites de la protéine Tau trouvées dans les neurones.
Dans la MA, Tau est … (1), provoquant … (2) des microtubules.
(1) Anormal
(2) L’effondrement
Le peptide Aβ est un fragment coupé de … ?
L’APP.
L’agrégation de Aβ entre neurones peut impliquer des … ?
Radicaux libres.
La … à partir de Aβ peut être accélérée par la présence d’oxygène
Formation in vitro synthétique de plaques d’amyloïde.
Les plaques amyloïdes stimulent la … ?
Production de ROS.
Quelle est la preuve expérimentale de la présence de ROS dans la MA?
Souris triple MA
- Diminution de l’activité MMP, ETC
- ROS augmenté
- Suggère une interaction entre APP et Tau
Vrai ou Faux : Il existe des preuves que ROS cause la production et l’agrégation de Aβ.
Vrai.
Quel est l’âge moyen au diagnostic de la SLA?
55 ans.
Qu’est-ce que la SLA?
Perte progressive et sélective des motoneurones dans le cortex moteur, le tronc cérébral et la moelle épinière (perte préférentielle des MN de «gros calibre»).
Dans la SLA, la mort résulte de la dénervation des … ?
Muscles respiratoires
Quelles sont les preuves de la présence de stress oxidatif dans la SLA?
- Glycoxydation des protéines
2. Protéines carbonyles dans les fractions mitochondriales
La glycation est … ?
L’addition non enzymatique de sucres ou de dicarbonyles réactifs à une protéine, favorisée par le stress oxydatif.
Vrai ou Faux : Le SOD1 WT normal peut se comporter comme le SOD1 mutant lorsqu’il est oxydé.
Vrai.
Quelle est la similarité entre la MP, la MA et SLA en ce qui trait à ROS?
Il est prouvé que les ROS contribuent au mauvais repliement des protéines, ce qui est considéré comme l’un des principaux contributeurs à la maladie.
Quelles sont les preuves que la présence de ROS est un des principaux contributeurs à la SLA?
- ROS détectée dans les astrocytes
* Ce pool de ROS a un impact négatif sur les MNs
Que devrait-on retrouver chez des NMJ saines, sans stress oxidatif?
- ROS limitée induite par les mitochondries et le muscle en activité
- Bassin d’émetteurs facilement libérable
- Résultat fonctionnel: de nombreuses zones actives qui libèrent efficacement les quanta d’ACh
Que devrait-on retrouver chez des NMJ en début de SLA?
- Taille normale du terminal nerveux
- Niveau élevé de ROS ciblant les mitochondries et déclenchant la boucle positive: libération de ROS induite par les ROS
- Ca2 + intraterminal régulé à la hausse
- Pool d’émetteurs réduit inhibé par la libération de ROS via SNAP25
Que devrait-on retrouver chez des NMJ en fin de SLA?
- Taille réduite du terminal nerveux et nombre réduit de zones actives
- Action dommageable persistante de la ROS élevée
- ATP extracellulaire activant la NADPH oxydase dans les TSC
- Inflammation exagérée par la perte de facteurs trophiques neuroprotecteurs
- Résultats fonctionnels de la SLA: lenteur de la libération spontanée de l’Ach
Quels sont les 2 types de superoxyde dismutase?
- Cu
2. Zn
Quels sont les 2 co-facteurs des superoxyde dismutase?
- Cu : requis pour l’activité
2. Zn : requis pour le repliage correct, structurel
Vrai ou Faux : La superoxyde dismutase est très abondante.
Vrai.
1-3% des protéines totales du cerveau.
La superoxyde dismutase est un homodimère exprimé de manière …?
Omniprésente
Quelle est l’utilité de la superoxyde dismutase?
Elle enlève les anions superoxydes.
Combien retrouve-t-on de mutations SOD1?
> 130 mutations causant des maladies.
Pourquoi dit-on qu’il y a présence de stress oxydatif dans la SLA?
- SOD1 a un cuivre hautement réactif
- Peut-être des mutations relâchent le «grip» de SOD1 sur le cuivre?
- Des opportunités pour une “mauvaise” chimie?
Vrai ou Faux : Le cuivre est un métal de transition.
Vrai.
Combien d’histidines coordonnent le cuivre dans SOD1?
4 histidines.
Que se passe-t-il lors de mutations au niveau des histidines de SOD1?
La souris développe des problèmes moteurs comme ceux qu’on retrouve chez la souris SOD1.
Quels sont les faits qui nous font hésiter si ROS est un initiateur ou un propagateur de la neurodégénérescence (neurone vs glie)?
• On ignore si les ROS sont un facteur initiateur de la neurodégénérescence, mais :
- De nombreuses preuves suggèrent que la microglie joue un rôle important dans la progression de la maladie (SLA et DA).
- Microglie = un peu comme les macrophages du SNC
- ROS est un important médiateur de la microglie / macrophages
Quels sont les antioxydants utilisés en thérapie?
- Coenzyme Q10
- Vitamine C
- Vitamine E
- N-acetyl cystéine (NAC)
La N-acetyl cystéine (NAC) est précurseur de la … ?
GSH
Quel est le problème des antioxydants utilisés en thérapie?
Ils fonctionnent dans les souris, mais ont un succès limité dans les humains.
Quelles sont les 6 raisons pour lesquelles les thérapies par antioxydants échouent-elles chez l’homme?
- Dosage insuffisant / Timing inapproprié / Durée inappropriée (manque de biomarqueurs dans le cerveau pour surveiller les ROS)
- Stress oxydatif peut ne pas être la cause première / seule cause
- Un seul antioxydant est sous-optimal (c.-à-d. que plus d’un type de ROS est important!)
- Antioxydants ont été administrés trop tard (les patients avaient une MA ou une MP avancée)
- Différence interindividuelle dans les niveaux d’antioxydants endogènes (c.-à-d. répondeurs par rapport aux non-répondants)
- Souris n’est pas un humain.
Quelle solution pour remédier à un manque de biomarqueurs dans le cerveau pour surveiller les ROS?
Besoin de biomarqueurs dans le cerveau et non en périphérie.
Quelle est la solution pour remédier au stress oxydatif qui pourrait ne pas être la cause première / seule cause?
Besoin d’une approche combinatoire des médicaments.
Quelle est la solution pour remédier à un seul antioxydant qui est sous-optimal?
Besoin d’une approche combinatoire d’antioxydants.
Quelle est la solution pour remédier à des antioxydants qui ont été administrés trop tard?
Nécessité d’optimiser le temps et la durée (prophylactique).
Quelle est la solution pour remédier à une différence interindividuelle dans les niveaux d’antioxydants endogènes?
Besoin de médecine personnalisée (connaître le niveau des participants avant de s’inscrire ou corréler ces données avec une réponse / non-réponse).
Quand survient le métabolisme de ROS?
- Métabolisme normal
- Inflammation
- Détoxification
- Dommages tissulaires
Qui est impliqué dans le métabolisme de ROS?
- Leucocytes phagocytes (Phox)
- Cellules non-phagocytes (Phox, Nox, Duox, autres)
Où est impliqué le métabolisme de ROS?
- Mitochondrie
- Peroxisomes (oxidases, catalases)
- Membranes / Cytoplasme
- RE
Quels sont les impacts positifs du métabolisme de ROS?
- Tue les microorganismes
- Régulation du signal de transduction et de transcription
= Contrôle immunitaire + signalisation cellulaire
Quels sont les impacts négatifs du métabolisme de ROS?
- Peroxidation des lipides
- Crosslinking et inactivation des protéines
- Mutations dans l’ADN
= Stress oxydatif + maladies, vieillissement
Que retrouve-t-on comme antioxydants et charognards?
- Enzymes
- Superoxyde dismutases
- Thioredoxins
- Catalases
- Peroxidases
- Peroxiredoxins - Autres
- Vitamines (A, C, E)
- Hormones (melatonine)
- Co-facteurs (coenzyme Q)
