Le Stress Oxydant
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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 e 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