Le Stress Oxydant

Le Stress Oxydant
Alain FAVIER
Département de Biologie Intégrée CHU
Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques CEA
[email protected]
Qu’est ce que le stress ?
• Rupture dans le fonctionnement d’une
fonction biologique traduisant un
défaut d’adaptation à l’environnement
– Stress psychologique: fatigue, dépression
– Stress nerveux: adrénaline
– Stress oxydant
Stress environnement et nutrition
Pb
NO2
ULTRA VIOLETS
SO2
O3
TABAC
ALCOOL
PROTECTION
supplémentation
Vitamines
Oligoéléments
couche
d'ozone
micronutriments
antioxydants:
vitamines E, C
caroténe
oligoéléments
Se Cu Zn Mn
Grenoble 10 décembre 1993
Herbicides
GREP
Les radicaux et les espèces
actives de l’oxygène
• L’oxygène singulet
1O
• L’anion superoxyde
O2°
• Le peroxyde d’hydrogène
HOOH
• Le monoxyde d’azote
NO°
• Le peroxynitrite
HOONO
• Le radical Hydroxyle
OH°
2
D’où viennent les espèces
actives et radicaux de l’oxygène
• De cellules spécialisées:
– les macrophages, monocytes et polynucléaires
• De nos toutes nos cellules:
– Par la source d’énergie, la mitochondrie
• De l’oxydation de composés:
– Enzymes oxydases, Cycle redox, P450
• De comportements dangereux:
– Tabac, alcool
• De l’environnement et de la pollution:
– Rayonnement radioactif, ultraviolets, pesticides,
Cadmium, Fer, Ozone, NOx
Phagocytose de
E coli par
polynucléaire
neutrophile
Comment nous protégeons
nous?
• En neutralisant les radicaux par des
piégeurs venant de la nutrition
• En neutralisant les radicaux par des
piégeurs fabriqués par nos cellules
• En prévenant leur formation par des
protéines qui contrôlent le Fer
• En les éliminant par des enzymes
antioxydants
Les piégeurs
de radicaux
ou
« scavengers »
R° + PiégeH Æ RH + [P°]
Prennent l’électron célibataire du
radical en formant un nouveau
radical non dangereux qui sera
détruit et éliminé
Les antioxydants apportés
par l’alimentation
• Les antioxydants
majeurs
• Vitamines:
– Ascorbat
– Vitamine C
– Bêta carotène
– Ubiquinone
• Oligoéléments
– Zn, Cu, Se, Mn
• Autres antioxydants
•
•
•
•
•
Caroténoïdes
Poly phénols
Dérivés soufrés
Essences antioxydantes
Dérivés indoliques
Les produits végétaux du sud sont
très riches en antioxydants
• La photosynthèse génère
beaucoup de radicaux libres
• Les antioxydants protégent les
plantes contre:
•
•
•
•
•
•
– Le soleil
– La sécheresse
– Les bactéries et virus
Tomate: lycopéne
Romarin: huiles essentielles
Safran africain: curcumine
Sauge: acide salvianolique
Ail, oignon: centaines de dérivés soufrés
Thé: aflavines
O2°
1O2
O2°
H2O2
chloroplaste
O2
Arginine
Les enzymes oxygè ne
antioxydants
NO qui
Opar des gènes
monoxyde
Ils sont codés
anion superoxy de
d’azo te
supe roxyde dismutase CuZn
s’adaptent à la teneur en radicaux
2
supe roxyde dismutase Mn
H 2O 2
ONOOH
peroxy de d’hydrogè ne
glutathion peroxydase
Se
catalase
Fe
thioredox ine peroxydase
perox initrite
Fe
Cu
u
H 2O
sélénopro téine P Se
HO
radical hydroxy le
thioredox ine réducta se Se
ADN oxydés
Lipides oxydés
Proté ines oxy dées
Le stress: rupture d’adaptation
antioxydante
Déficit d’adaptation
Forte capacité d’adaptation
Stress !!
1
1
Pas d’exposition
Pas d’exposition
50
50
surproduction
Les conséquences
du stress oxydant
stress oxydant
détivés secondaires
toxiques (MDA,HNE)
oxydation lipides
adduit aldehydes
peroxydes
oxydation ADN
adduit radical
protéine
oxydation LDL
réparation
G ---> C
mutations
oxydation protéines
protéines
modifiées
regulation redox
des signaux
cellulaires
cellules spumeuses
activation de
génes
redox sensibles
cancer
atherome
proliferation
fibrose
autoimmunité
apoptose
Nos apports alimentaires en
antioxydants sont ils suffisants
• Pas de déficits sévères entraînant des
carences
• Des apports insuffisant en nombreuses
vitamines et oligo-éléments par rapport
aux recommandations
• Les apports diminuent chez le sujet âgé
%
Pourcentages
de femmes dont les apports sont inférieurs aux Apports Nutritionnels
Conseillés (ANC) dans l ’étude SU.VI.MAX
2/3 ANC< <ANC
60
(moyenne de 12 enregistrements alimentaires de 24 h sur 2 années)
<2/3 ANC
50
40
30
20
10
Fe
r
in
eB
Vi
ta
1
m
in
e
B2
N
ia
ci
Vi
ne
ta
m
Fo
in
la
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ci
B6
ne
(v
it
Vi
B9
ta
m
)
in
e
B1
Vi
2
ta
m
in
e
C
C
al
ci
um
ta
m
Vi
Vi
ta
m
in
e
E
0
Apports
en Se en
Europe
38
67
65
32
1976
52
113
1986
45
129
70
42
Maladies héréditaires par mutations
de gènes antioxydants
• A.
Sclérose latérale amyotrophique
– vers 40 ans elle entraîne une atrophie musculaire progressive
puis la mort par paralysie respiratoire en 2 à 3 ans. Le gène
anormal a été identifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD
cytosolique
– Ex Exon 2 GGA -> AGA (Gly 37 -> Arg)
• B.
dégénérescence maculaire
– augmentation de la fréquence de l'allèle alanine et du génotype
alanine /alanine de la SOD
• C.
Chorée de Huntington
– fraxatine régule le fer intrra mitocho,ndriale
ALS : Sclérose latérale
amyotrophique
• Apparaissant vers 40 ans l’ALS entraine une atrophie
musculaire progressive puis la mort par paralysie
respiratoire en 2 à 3 ans. L'incidence est de 1 à 2
/100000 habitants en Europe et Amérique du Nord, et
5 à 10 % des cas sont familiaux et donc héréditaires .
• Certaines formes familiales de cette maladie
dégénérative des motoneurones sont liées à une
anomalie du chromosome 21q. Un géne anormal a été
identifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD
cytosolique.
Le transfert du gène muté des
malades est létal pour la souris
Le gène muté dans les formes
familiales est celui de la SOD Cu-Zn
survival analysi of mice transgenic for G93A SOD mutation (from Gurney
GGA -> AGA
CTG -> GTG
GGC -> AGC
GGC -> GAC
120
life span of control mic
100
CAT -> CGC
80
GGC -> CGC
60
GGT -> TGT
40
GGT -> GCT
20
GAA -> GGA
0
CTC -> GTC
age (days
ATT -> ACT
La théorie radicalaire du vieillissement
Theories of aging
:Harman un visionnaire?
metabolic
rate
changes in immunologica
function
Pearl 1928
Error
catastrophe
O
Harman 1956
Orgel 1963
molecular cross
linking
Bjorksten
1968
somatic
mutation
Szilard 1959
senescence
genes
Hayflick 1968
GRE
P
Que se passe il lorsque nous
vieillissons ?
• Les sujet âgé ont des apports diminués en
antioxydants
– Folates, vitamine C
– Sélénium, zinc
• Baisse de l’absorption intestinale: zinc, bêta
carotène
• Mitochondrie relâche beaucoup plus de RLO
• Gènes antioxydants perdent leur inductibilité par
RLO et donc leur adaptation
• Fréquence de l ’inflammation activant les
phagocytes
Effet du vieillissement sur l’adaptation des
effect
of age
on capacity
of
gènes
d’un
vers au stress
SOD induction in
250 e.
Caenorhabditis
160
Darr 1995
young
140
middle
120
old
SOD activity % of control
SOD activity % of control
200
100
80
60
40
20
0
150
100
50
0
0
3H
24H
48H
0
stimulation, by plumbagin
24h
48h
GRE
P
hyperbaric
oxygen
72h
Relation entre la richesse en SOD des
correlation
life
espèces
et leur between
espérancemaximum
de vie maximale
span potential and SOD
16
(from Cutler 1985
SOD(U/mg prot)/
SMR (cal/gxday)
man
12
rhesus
chimpanzee
08
tree shrew
house
mouse
04
gorilla
baboon
green monkey
squirrel monkey
20
deer mouse
40
LifespanYears
60
80
100
Augmentation des peroxydes
lipidiques avec l’âge
• Résultats obtenus au
laboratoire du CHU de
Grenoble
• Méthode
fluorométrique à
l’acide
thiobarbiturique
2,9
MDA
2,7
2,5
2,3
2,1
1,9
1,7
1,5
11 ans
33 ans
50 ans
suvimax
86 ans
Minvitaox
Peut on vivre plus longtemps en
modifiant nos défenses antioxydantes?
• Par les manipulations
génétiques
• En évitant les expositions
• En augmentant nos apports en
antioxydants
Les manipulations génétiques
lifespan curves of adult Cu-Zn SOD-transgenic and
control Drosophila ( from Fleming 1992)
100
90
control
80
P (bSOD)11
percent alive
70
60
50
40
30
20
age (days)
10
0
0
20
40
60
80
100
GR
P
Suppression du gène p66 chez la
souris
Migliaccio M.
Nature 1999, 402 ; 309
Le knock out d’un gène chez la souris
prolonge l’espérance de vie de 30% (36 mois
au lieu de 26). L’absence de la protéine
correspondante p66 protége les cellules des
radicaux libres générée par les UV ou H2O2 .
La protéine p66 exercerait un effet inhibiteur
sur les mécanismes de réparation de l’ADN
L’enrichissement en antioxydants de
l’alimentation et la prévention des
maladies liées à l’âge
•
•
•
•
Troubles oculaires
Vieillissement cutané
Cancers
Dégénérescence neurologique
Que peut faire la nutrition:
Améliorer la durée de vie moyenne en diminuant la
fréquence de ces maladies
Peu d’effet sur l’espérance maximale de vie
Maladies liées à l’âge
À 70 ans un sujet a 100 fois plus de risque de faire un cancer qu’à 20 ans
incidence des cancers
Dégénérescence
maculaire
• Dégénérescence du centre visuelle de la rétine:
la macula
• Altération du champ de la vision centrale
• D’abord gène à la lecture Æ grave déficience
• 25% des personnes au delà de 80 ans
• Teneur en lutéine, zéaxanthine diminuées avec
âge et tabac
Lutéine et MLA
Apport moyen en France
1,25 mg/J
Aliments riches luteine:
choux , broccoli, épinards
Aliments riches en zéaxanthine:
maïs , oranges, épinards
Extraites de la rose d’Inde (tagetes erecta)
Carcinogénes générant des
radicaux libres
•
•
•
•
•
•
•
HAP
Ultraviolets A
Rayons gamma
Cr6+, Fe2+,
Amiante
Particules de diesel
nitrosamine
• CCl4
• Tabac
• Alcool
Etude SUVIMAX
Etude de l ’effet d ’un apport nutritionnel d ’antioxydant
en prévention des maladies du vieillissement: cancer,
maladies cardiovasculaires, cataracte….
15000 volontaires de 40 à 60 ans
Randomisée placebo ou supplément
1994
2002
SUVIMAX: Kaplan-Meier curves for the
cumulative incidence of total cancer in the
intervention and the placebo group
0,06
Placebo
0,05
Incidence rate
0,04
men
Intervention
0,03
0,02
Log-Rank test p<0.01
0,01
0
0
365
730
1095
1460
time (days)
1825
2190
2555
2920
6 (37)
13 (82)
Others
12 (74)
11 (70)
Haematological
SUVIMAX
Cancer incidence in men
3 (19)
6 (37)
Thyroid
More details the 21 of June 2003
6 (37)
7 (44)
Urinary tract
29 (179)
32 (203)
Genital
6 (37)
9 (57)
Skin
6 (37)
14 (89)
Respiratory tract
17 (105)
23 (146)
Digestive tract
1 (6)
5 (32)
Oral cavity
86 (531)
Total
120
0
20
40
60
80
100
120
(761)
140
potential risk induced by
betacarotene:the Finland study
"Alpha tocopherol Beta carotene Cancer
Prevention Study"
29133 male smokers
incidence of lung cancer
5 to 8 years
Attention aux excès
p=O.O1 by the log rank test
474
d’antioxydants
50 mg vitE
20 mg carot
5OmgE+20 mg car
placebo
Betacarotene
443
no beta carotene
2
4
6 years
Comment enrichir notre
alimentation
Plus de légumes:
choux, broccoli: vitamine C, quercétine
carottes, tomates:
caroténe, lycopéne
Plus de fruits: vitamine C, caroténoides, antocyanes, cuivre
Céréales complétes, Germe de blé: apigénine, sélénoium
Moins de viandes rouges Fer
Des huiles végétales (raisin, noix, colza): vitamine E
Du poisson: sélénium, zinc
De l’ail et de l’oignon: diallyle sulfide, allicine, quercétine
Des épices: curcumine, ac salvianolique…
Thé: aflavine Raisin et vin rouges : resvératrol
conclusions
• Les radicaux libres jouent un rôle physiologique
important, reconnu maintenant par les grandes
équipes de recherche
• Le vieillissement favorise le stress oxydant
• Un stress oxydant est démontré exister dans de
nombreuses maladies humaines
• On ne peut pas espérer prolonger l’espérance de vie
maximale de façon considérable
• On peu espérer mieux vieillir et faire régresser la
fréquence de certaines de ces maladies par un apport
supplémentaire d’antioxydants
• Ces conclusions rejoignent les recommandations des
nutritionnistes et du PPNAS