Cours 6 - Biomarqueurs et effets moléculaires Flashcards
Est-ce que les rétinoïdes sont toujours biologiquement actifs ?
Non, ils peuvent aussi être en réserve dans les tissus
Que font les CYP monooxygénases ?
dégradent les contaminants organiques et drogues (permettent l’oxydation)
sur quoi renseigne un biomarqueur d’effet ?
l’effet sur les organismes (pas nécessairement néfaste).
Qu’est-ce qu’un biomarqueur ?
un changement observable et/ou mesurable au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental, qui révèle l’exposition présente ou passée d’un individu à au moins une substance chimique à caractère polluant.
Quelles sont les protéines de stress dont on a parlé dans le cours ?
protéines de choc thermique (HSP) : hps60, 70, 90, ubiquitine
Dans quoi sont impliqués les protéines de stress ?
dans la protection et la réparation cellule, en réponse à divers stress (Elles font partie des outils dont dispose une cellule pour se protéger)
Qu’est-ce qui peut potentiellement former des adduits d’ADN ?
la malondialdéhyde (ERO) ainsi que les produits de la phase I
pourquoi les réactions de la phase I augmente-elle la réactivité des composés ?
Pour permettre la prise en charge par la phase II (là où la réactivité sera diminuée)
À quoi associe-t-on le mécanisme d’hydrolyse de la phase I ?
des hydrolases epoxides esterases et amidases
De quoi sont issus les rétinoïdes ?
des caroténoïdes, qui viennent dans la nourriture pour la majorité des vertébrés.
Quels sont les principaux enzyme antioxydants ?
- superoxydes dismutases
- catalases
- peroxydases
Comment un métal peut altérer l’activité enzymatique d’une protéine ?
Certains contaminants peuvent avoir des effets sur les enzymes cellulaires.
- Les métaux peuvent lier des protéines et altérer leur structure secondaire ou tertiaire.
- Les métaux peuvent aussi bloquer les sites actifs, changeant le fonctionnement de la protéine
Où se situe les mécanismes du système de phase I ?
Dans les microsomes et parfois le cytoplasme.
Quelles sont les qualités d’un bon biomarqueur ?
- caractère précose
- spécifique à un contaminant
- relation dose-réponse claire
- applicable à plusieurs espèces
- les sources de variabilité non-écotoxicologique du biomarquer sont connues et comprises
- mesurable rapidement et facilement
- lié au déclin du fitness de l’organisme
Concrètement, que mesure la méthode EROD ?
l’activité des CYP1A
À quoi sert la sulfotransferase ?
Lors de la phase II, elle ajoute un sulfate aux contaminants ce qui facilite l’élimination
Est-ce que la production de MT est inductible ? Qu’est-ce que ça engendre ?
Oui, la concentration augmente avec l’exposition aux métaux. Il peut donc y avoir un délai dans l’expression des protéines (MT)
Comment les CYP monooxygénases peuvent-elles avoir autant de substrats possibles ?
Grâces aux isoformes : différentes protéines de la même famille, dont le substrat varie à cause de polymorphisme génétique. Le génome humain comporte 57 gènes encodant des CYPs différentes.
Quel est le rôle des phytochélatines (PCs) ?
rôle important dans les processus d’homéostasie et de détoxification des métaux chez les algues et les plantes
Une fois le produit conjugué dans la phase II, que se passe-t-il ? Comment ?
Le produit conjugué peut être éliminé par deux mécanismes :
- le produit conjugué devient plus polaire, donc plus facile à excrété
- le contaminant est plus reconnaissable par des processus d’élimination, comme des transporteurs membranaires
Qu’est-ce qui est de meilleur biomarqueurs, les enzymes de la phase I ou II ?
I, ils sont utilisés comme biomarqueurs d’exposition plus ou moins spécifiques (facile à mesurer)
Quels sont les différents types de biomarqueurs ?
- exposition
- effet
- suseptibilité
sur quoi renseigne les biomarqueurs d’exposition ?
ils ne renseignent pas directement sur les effets bénéfiques ou néfastes
d’où vient probablement la diversification des CYP ?
De l’exposition aux xénobiotiques
Que cause la péroxydation des lipides de la membrane cellulaire ?
Ça change la perméabilité cellulaire et augmente donc les risques de lyse et produit d’autres ERO.
Pourquoi s’inquiéter des ERO ?
Puisqu’en grande quantité, elles….
- Forment des liens covalents avec des enzymes et récepteurs → changements de structure et de fonction
• Oxydent les thiols de certains enzymes → changements dans la fonction
• Causent la péroxydation des lipides membranaires → dommages à la membrane cellulaire, production de métabolites cancérigènes
• Altération d’acides nucléiques, formation d’adduits d’ADN → mutations, risques accrus de cancers
Pourquoi la mesure de l’ARNm et la présence des protéines MT ne sont pas les meilleurs indicateurs de la présence de métaux ?
- d’autres molécules peuvent induire les MT (glucocorticoïdes, réactifs d’oxygène)
- âge, température et autres facteurs
Explique l’exemple de la synthèse de hème et le disfonctionnement enzymatique comme biomarqueur
L’exposition au mercure interfère avec les enzymes de la synthèse de l’hème (complexe), et cause l’oxydation des porphyrines réduits. Celles-ci sont ensuite excrétés via l’urine et peuvent ainsi servir de biomarquer de l’exposition au mercure chez les dentistes.
Nomme les caractéristiques de métallothionéines (MT)
- Riches en cystéine (~33% des acides aminés), sans acides aminés aromatiques
- Thermostables et résistantes à l’acide
- Ont une grande affinité pour les métaux et un grand contenu en métaux (fortes constantes d’association avec les métaux)
- 2 domaines de liaison aux métaux
Est-ce que l’UDP-GT peut uniquement utilisé des substrats qui ont été transformés phase I ?
Non, il utilise des composés transformés ou pas par la phase I
Que peuvent inclure les groupes conjugués aux contaminants ?
- glucides
- acides aminés
- glutathion
- sulfate
Quelles sont les limites de la méthode EROD ?
Pas très spécifique, couvre une grande classe de contaminants
Quand survient le stress oxydatif ?
Lorsqu’il y a un déséquilibre entre le système pro-oxydants et antioxydants.
Les enzymes de la phase II sont de moins bons biomarqueurs, mais les ________ peuvent être utilisés
conjugués
Quels sont les réactions chimiques effectuées lors de la phase I ?
- hydrolyse
- réduction
- oxidation
de contaminants
Que sont les rétinoïdes ?
des composants essentiels à plusieurs fonctions biologiques
différentiation cellulaire, croissance, développement, reproduction, vision
Explique l’induction des MT
- protéine de transport membranaire qui fait rentrer le métal dans la cellule
- un ligand précédemment lié au zinc libère celui-ci pour lier le métal. Le zinc est donc libre
- Le zinc libéré lie un inhibiteur de transcription (EIT) précédemment lié à un facteur de transcription (MTF-1)
- MTF-1 est transporté vers le noyau, où il y a une induction de l’expression des MT
- la MT lie du métal
- le complexe MT-métal va se faire excrété via exocytose de lysosomes.
Est-ce que la résistance aux métaux conférée par les MT est la première propriété des MT ?
Non, elle semble être une propriété secondaires, parmi d’autres fonctions (comme la régulation du zinc dans la cellule).
sur quoi renseigne un biomarqueur de suseptibilité ?
la capacité innée ou acquise d’un organisme de se défendre face à un contaminant
Qu’est-ce que tous les isoformes des CYP monooxygénase ont en commun ?
Tous les isoformes comprennent un groupe hème, et tous les isoformes sont lipophiles, donc parfaits pour lier les contaminants organiques.
par quoi sont régulés positivement (induits) les gènes encodant les CYP monooxygénases ?
par la présence de contaminants (l’expression des gènes CYP augmente donc en fonction de l’exposition aux contaminants), via des facteurs de transcription associés à des ligands ou mécanismes post-transcriptionnels.
De quelle famille font partie les rétinoïdes ?
la famille de composés de la vitamine A.
Dans la diversoté des CYP, qu’est-ce qu’un polymorphisme ?
Le changement d’un seul aa peut changer la spécificité du substrat d’une protéine CYP
De quoi sont constituées les PCs ?
d’un glutathion (GSH) et d’un élongation de gutamate-cystéine
qu’est-ce qu’implique la phase II ?
La conjugaison (l’ajout de groupes endogènes polaires et disponibles in vivo à un contaminant)
Quels sont les principaux antioxydants non-enzymatiques ?
- GSH
2. Vitamines D, E
Bien que les organismes aérobies utilisent l’oxygène pour leur respiration, l’oxygène peut être délétère. Pourquoi ?
Puisque sont implication dans des processus cellulaires peut produire des espèces réactives d’oxygène (ERO)
Quels sont les limites aux protéines de stress (hsp) comme biomarqueur ?
- Elles manquent de spécificité, répondent à plusieurs stimulis
- Elles ont un seuil de réponse aux contaminants qui est non linéaire
Est-ce que les HSP peuvent être utilisées comme biomarqueurs ?
Oui, mais leur expression augmente souvent jusqu’à l’atteinte d’un certain seuil (où la biosynthèse de celles-ci est affectée par la concentration de métal élevée).
Est-ce que la méthode EROD peut être utilisée pour d’autres espèces que les téléostéens ?
Oui.
Quel peut être l’effet du stress sur les protéines ?
Le stress cellulaire peut causer le mauvais repliement de protéines pendant leur synthèse. Ceci peut ensuite causer l’agrégation des protéines, les rendant non fonctionnelles.
Les principaux dommages génotoxiques limitent la réplication fidèle du génome,
et se font par :
- bris d’ADN simple brin
- bris d’ADN double brin
- formation d’adduits d’ADN (ajout de molécule sur certaines portions d’ADN)
Qu’est-ce que les ERO ?
Des radicaux libres, qui sont hautement réactifs dû à leur structure électronique instable (apparaissent par des processus aérobiques).
Où sont retrouvées les CYP monooxygénases ?
Principalement dans la fraction microsomale (parfois mitochondriale) des tissus exposés à des xénobiotiques (poumons, intestin grêle, peau) ou dans les organes associés à la détoxification (foie, reins)
À quoi associe-t-on le mécanisme de réduction de la phase I ?
le cytochrome b5
Comment fonctionne les CYP monooxygénase ? Qu’est-ce qu’on obtient alors ?
- Fonctionne en ajoutant un oxygène au substrat (R).
- Cela rend alors le substrat plus polaire, et donc plus facilement excrétable par la cellule.
quand est fréquemment utilisée la méthode EROD ?
Pour l’exposition aux contaminants organiques chez les téléostéens
Que se passe-t-il lorsqu’il y a un autre contaminant dans la cellule ?
La cellule doit séparer ses ressources (dont la cystéine pour les GSH) et produit alors moins de MT que lorsqu’il y a un seul contaminant = détoxification moins efficace
Quel est le groupe d’enzyme le plus important de la phase II ?
UDP-GT
Nomme un facteur de transcription important chez les vertébrés pour l’induction des CYP
le récepteur aryl hydrocarbures (AHR) qui a une haute affinité pour les HAP, qui mène à l’induction de CYP1A1
À quoi est appliqué la sulfotransférase ?
aux composés phénoliques (agir aussi seulement à basse concentration)
Les thiols sont des molécules avec un rôle central dans quoi ? Qu’est-ce que ça engendre ?
La régulation des stress oxydatifs chez la cellules. Ce sont entre-autres de la cystéine et le glutathion (GSH).
Ainsi, il peuvent facilement être limitant.
Quels sont les ERO les plus communes ? Quand sont-elles produites ?
O2 et H2O2 (produits lors de la réduction de l’oxygène pendant la respiration aérobie).
Que peuvent être les contaminants génotoxiques ?
- mutagènes → augmenter le nombre de mutations
- Clastogènes → briser ou perturber les chromosomes
- Tératogènes → induire des malformations pendant le développement
- Cancérigènes → mener à la multiplication cellulaire non-contrôlée
Quel est le lien entre les contaminants et le stress oxydatif ?
Certains contaminants peuvent induire du stress oxydatif, en interférant avec les mécanismes de défense du système antioxydant, ou en contribuant directement à la génération d’ERO (les ERO répondent donc aux contaminants)
De quelle famille fait partie les CYP monooxygénases ?
ce sont des protéines faisant partie de la superfamille des hémoprotéines (contenant un groupe hème)
Quelle est l’une des conséquence les plus rapide du stress oxydatif en présence de contaminants organiques ?
la peroxydation des lipides de la membrane cellulaire.
Dans un étude, on dit que l’activité enzymatique d’UDP-GT ne suivait pas l’exposition à un contaminant. Pourquoi ?
Les conjugués sont plus difficile à mesurer. De plus, pas tous les enzymes de la phase II ont une réponses dose-dépendantes aux contaminants (sulfatotransférase).
Quel effet à l’exposition aux contaminants organiques sur les rétinoïdes ?
diminue le stockage du rétinol (chez les oiseaux, poissons, amphibiens et mammifères)
Par quoi est produit OH (ERO)
Par la réduction du H2O2.
La concentration en MT liée aux métaux est un bon prédicteur de la concentration
en métaux dans la cellule, et de si ______________________
la détoxification est efficace
À quoi associe-t-on le mécanisme d’oxydation de la phase I ?
Flavine monooxygénase, cytochrome P-450 monooxygénase
Quel biomarqueur est lié au stress oxydatif ?
Le malondialdéhyde.
Quelle est l’ERO la plus toxique ? Pourquoi ?
OH. Puisqu’il peut attaquer tous les types de constituants cellulaire
Pourquoi on dit que les produits de la phase I peuvent devenir des adduits d’ADN ?
puisqu’ils sont encore plus réactifs que les contaminants initiaux avant d’entrer dans la phase II.
À quels composés s’applique les réactions de la phase I ?
aux composés organiques.
Vrai ou Faux. Le système antioxydant contient des antoxydants non-enzymatiques et enzymatiques ?
Vrai.
Comment on utilise la génotoxicité comme biomarqueur?
en marquant les adduits d’ADN (notamment au 32P)
Nomme différentes enzymes impliquées dans la phase II
- GST
- Sulfotransferase
- Conjugaison d’acides aminés par méthylation ou acétylation
- UDP-GT
Comment le disfonctionnement enzymatique peut-il être un biomarqueur ?
L’altération de l’activité de ces enzymes peut servir de biomarqueur
Quels sont les 4 utilités d’étudier les effets moléculaires ?
- mieux comprendre les effets en aval à des niveaux d’organisation supérieurs
- comprendre la racine des effets observés aux niveaux supérieurs
- prédire les effets de nouveaux contaminants, en fonction de leurs modes d’action similaire à des contaminants connus
- identification de biomarqueurs avant l’apparition d’effets adverses.
Quels sont les effets moléculaires ou cellulaires de contaminants ?
- mauvais repliement des protéines
- interférences avec la synthèse protéique
- liaison à l’ADN limitant la réplication
- agrégation protéique
- attaque de la membrane cellulaire
- déplacement de substrats de ligands cellulaires
À quoi sert l’UDP-GT ?
Catalyse la glucoronidation, soit l’ajout d’un acide glucoronique pour produire un conjugué
polaire.
De quelles manières agissent les HSP ?
- en se liant aux protéines en synthèse en empêcher leur mauvais repliement
- en reconnaissant des régions exposées de protéines dénaturées et en facillitant leur repliement à une conformation fonctionnelle.
Que regroupe la génotoxicité ?
les dommages induits à l’ADN qui peuvent survenir pendant l’exposition à des contaminants
Nomme un produit de la péroxydation des lipides. Comment l’utilise-t-on alors ?
Le malondialdéhyde, on l’utilise alors comme biomarqueur
Comment les CYP peuvent être biomarqueurs ?
Par la méthode EROD, on homogénise les tissus hépathiques pour isoler la fraction microsomale (surtout là que se retrouvent les CYP dans les microsomes) et on ajoute de ethoxyresorufin + NADPH puis on passe au truc qui décèle la fluorescence
Sous quels formes peuvent être retrouvés les thiols dans la cellule ?
Sous forme «libre» dans l’espace intracellulaire ou intégrés aux protéines
Pourquoi parfois l’ensemble des métaux ne sont pas liés aux MT ?
Il y a des phénomènes de débordement cellulaire : l’induction (lente) des MT est maximale et leurs site de liaisons sont tous comblés : le reste des métaux se lient à d’autres ligands dans la cellule causant potentiellement des effets délétères
Quel est le meilleur indicateur de la détoxification par les MT ?
MT liées aux métaux
Quand est formé un adduit d’ADN ?
lorsqu’un composé se lie de manière covalente à l’ADN, empêchant la réplication de se faire correctement et modifie l’expression
À quoi sert la conjugaison d’acides aminés, par méthylation ou acétylation dans la phase II ?
elle n’augmente pas l’hydrophilicité du composé, mais masquent plutôt des sites réactifs et donc moins toxiques dans la cellule.
Comment se servie des MT comme biomarqueur ?
trois méthodes
- ARNm
- Présence de protéines
- MT liées aux métaux
Où sont stockés la majorité des rétinoïdes ?
Dans le foie
Pourquoi ne pas utiliser les ERO comme biomarqueur ?
Puisqu’ils ont une demi-vie relativement courte.
quels sont habituellement les biomarqueurs les plus précoses ?
les biomarqueurs moléculaires
Quelle est la ligne de défense naturelle contre les ERO ? Quel sont leurs rôles ?
Le système antioxydant.
Les rôles de ce système sont :
- limiter les ERO et les catalyseurs de leur formation
- induire la synthèse d’antioxydants
-augmenter l’activité des systèmes de réparation/dégradation de molécules déjà endommagées par les ERO.
Qu’est-ce que les CYP monooxygénases dégradent ?
- hydrocarbures aromatiques
- polycycliques (HAP)
- organochlorés,
- polychlorobiphényls (PCB)
- hydrocarbures
- dioxines
- dibenzofurane
- drogues
Quel est l’effet sur le composé des réactions de phase I ?
- diminue la lipophilicité du composé
- augmente la réactivité
À quoi sert la GST ?
GST (glutathion S-transférase)
- Lors de la phase II, elle ajoute un glutathion (GSH), qui rend le conjugué hydrophile et facilement reconnaissable par les transporteurs membranaires
À quoi servent les biomarqueurs moléculaires principalement ?
les biomarqueurs moléculaires
représentent les premiers effets des contaminants, et permettent de réagir avant
que les dommages ne soient vus aux niveaux d’organisation supérieurs.
pourquoi les réactions de la phase I diminuent-elle la lipophilicité du composé ?
Pour faciliter l’excrétion par la cellule
