Caractéristiques enzymatiques V1 Réactions enzymatiques

Les MAOs catalysent la déamination oxydative des amines primaires aliphatiques et aromatiques, ainsi que des amines secondaires et tertiaires. La réaction d’oxydo-réduction est la suivante :

R-CH2-NH2 + H2O + O2 → RCHO + NH3 + H2O2

Cette réaction se décompose en deux étapes: le substrat est tout d’abord oxydé, générant l’imine correspondante et le cofacteur FAD (flavine adénine dinucléotide) est réduit en hydroquinone (1). L’imine s’hydrolyse spontanément en aldéhyde en libérant de l’ammoniaque (2). La réoxydation du cofacteur FAD par l’oxygène produit du peroxyde d’hydrogène est produit (3).

1) RCH2NH2 + E-FAD → RCH=NH + E-FADH2 2) RCH=NH + H2O → R-CHO + NH3

3) E-FADH2 + O2 → E-FAD + H2O2

L’aldéhyde produit lors de cette réaction est ensuite transformé en acide carboxylique ou en alcool, par l’aldéhyde déshydrogénase ou l’aldéhyde réductase selon les tissus et les amines considérés.

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VII.3.2. Cofacteur FAD

Les MAOs sont des enzymes appartenant à la famille des flavoprotéines ayant pour cofacteur le FAD. Le FAD est un groupement qui se lie de manière covalente à une cystéine (liaison 8-a-cystéinyl-FAD). Chez l’homme, c’est la cystéine 406 pour la MAO-A et la cystéine 397 de la MAO-B (Bach et al. 1988). Il existe également des liaisons non covalentes entre l’acide glutamique 34, la tyrosine 44, la glycine 226 et l’acide aspartique 227 de la MAO-B humain et le 2’hydroxyl du ribose du groupement AMP du FAD (Kwan et al. 1995; Zhou et al. 1995).

VII.3.3. Site catalytique

Des études de mutagénèse dirigée et des constructions de protéines chimériques ont permis de spécifier les domaines de l’enzyme responsables de son activité, de sa spécificité de liaison avec des substrats et avec des inhibiteurs.

La mutation des neufs cystéines de chaque isoforme de MAO en sérine a montré que la cystéine 374 de la MAO-A et les cystéines 156 et 365 de la MAO-B jouent un rôle clé dans l’activité enzymatique (Wu et al. 1993). La partie carboxy-terminale de la MAO-B est également indispensable pour son activité enzymatique (Chen et al. 1996).

La construction de protéines chimériques a aussi permis d’identifier des domaines responsables de la spécificité des substrats. Les acides aminés 120-220 de la MAO-A et 152- 366 de la MAO-B confèrent la spécificité aux substrats aux d’inhibiteurs (Tsugeno et al. 1995; Grimsby et al. 1996). Un rôle pour la spécificité au substrat a également été montré pour la phénylalanine 208 de la MAO-A et l’isoleucine 199 de la MAO-B (Tsugeno et al. 1997).

Enfin, des approches structurales par cristallographie des MAOs ont été récemment réalisées et doivent permettre d’avancer dans l’identification de leur site catalytique et de leurs sites de liaison aux inhibiteurs ou aux substrats. L’identification fine du site catalytique présente un grand intérêt dans le développement de nouveaux inhibiteurs des MAOs (Binda et al. 2003; De Colibus et al. 2005) (Figure 22).

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Figure 22 : Structure tridimensionnelle des MAOs.

MAO-A. Adaptée de http://opm.phar.umich.edu/images/proteins/1o5w.gif et MAO-B ancré dans la bicouche lipidique. Adaptée de (Binda et al. 2003).

VII.3.4. Substrats et inhibiteurs

a) Les substrats

Il existe une spécificité au substrat pour chaque isoforme. La MAO-A métabolise préférentiellement la sérotonine (5-HT) et la MAO-B possède une grande affinité pour la phényléthylamine (PEA) et la benzylamine. Certains substrats sont communs aux deux isoformes comme la dopamine, la noradrénaline, l’adrénaline et la tyramine qui sont métabolisés avec la même efficacité par les deux enzymes (Tableau 6).

Cependant, il y a parfois quelques exceptions. En effet la spécificité des MAOs pour un substrat donné dépend de la concentration, de l’affinité et du turn-over du substrat. Par exemple 10 μM de PEA sont oxydés par la MAO-B mais 1 mM de PEA devient un substrat commun aux deux isoformes. Des xénobiotiques sont également susceptibles d’être dégradés par les MAOs, dont l’exemple le plus connu est le 1-méthyle 4 - phényl 1,2,3,6-tétrahydro pyridine (MPTP)(Trevor et al. 1987).

b) Les inhibiteurs

Les premiers inhibiteurs des MAO (IMAOs) ont été utilisés pour traiter la dépression à la fin des années 50. Ces IMAOs étant non sélectifs d’une isoforme de MAO et irréversibles (Cesura et al. 1992) (pargyline, phénelzine, iproniazide, tranylcypromine) ont entraîné des effets secondaires qui ont été caractérisés au début des années 60 (Tipton 1994). En effet, leur utilisation a entraîné une hépatotoxicité importante et des risques d’interaction avec les antidépresseurs de type tricycliques (inhibiteurs du transport de la sérotonine). Etant donné

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crises hypertensives dites « cheese-effect » chez les patients qui consomment une alimentation riche en tyramine comme le fromage, la bière et le chocolat (Tipton 1994). Une large gamme d’IMAOs a été développée par les industries pharmaceutiques dont les inhibiteurs irréversibles ou réversibles, spécifiques ou communs à l’une des deux isoformes (Tableau 6).

Tableau 6: Principaux substrats et inhibiteurs des monoamine oxydases.

VII.4. Régulations

Les MAOs sont principalement régulés par les hormones stéroïdiennes, l’alcool, le tabac et l’âge. Au niveau rénal, des travaux ont montré que l’expression des MAOs peut être régulée par la dopamine via son récepteur Dopamine 2 (Pizzinat et al. 2003). De plus, lors d’un régime pauvre en sodium, l’angiotensine II (Ang II) entraîne une augmentation de l’activité et de l’expression de la MAO rénale permettant d’augmenter la réabsorption de sodium (De Luca Sarobe et al. 2005).

a) Hormones stéroïdiennes

Les stéroïdes (glucocorticoïdes et œstrogènes) jouent un rôle important dans la régulation de l’expression des MAOs.

Certains travaux ont suggéré un lien entre la dépression et les taux d’hormones sexuelles circulantes et un effet direct de ces hormones sur les catécholamines.

La diminution du taux d’œstrogènes est impliquée dans les dépressions postménopausales car ils régulent le turn-over des catécholamines et diminuent l’activité des MAOs (Chakravorty et al. 1997; Halbreich 1997). Les travaux de Youdim ont montré que l’œstradiol diminue in vitro l’activité de la MAO-A de cellules endothéliales de la surrénale

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bovine (Youdim et al. 1989). Ces résultats ont été confirmés chez des rates ovariectomisées traitées à l’œstradiol qui présentent une diminution de l’activité MAOs au niveau de différents organes (Holschneider et al. 1998). Cette diminution est tissu spécifique avec une diminution de l’activité de la MAO-A au niveau de l’hypothalamus, du rein et de l’utérus et pour la MAO-B une diminution observée dans le foie de 30%, dans les reins de 22%, et dans l’uterus de 57%.

Les glucocorticoïdes augmentent l’activité et l’expression des MAOs (Bompart et al. 2001; Lindley et al. 2005). En effet, il a été montré que des cas de dépression s’accompagnent d’hypersécrétion de glucocorticoïdes qui pourraient être liés à la régulation de l’activité des MAOs (Lee et al. 2002).

b) Tabac

Il a été mis en évidence en 1981 chez des fumeuses une activité MAO plaquettaire inférieure vis-à-vis des non-fumeuses. Cette activité redevient normale suite à l’arrêt de la cigarette (Oreland et al. 1981). En 1987, deux groupes ont montré que la fumée de cigarette a des propriétés inhibitrices sur l’activité MAO plaquettaire (Norman et al. 1987; Yu et al. 1987). Cette inhibition est irréversible (Yu et al. 1987) et serait la conséquence d’adduit 1,2,3,4-tétraisoquinoline (Mendez-Alvarez et al. 1997). Un autre composé de la cigarette, la 2-naphtylamine bloque la MAO-A et la MAO-B (Hauptmann et al. 2001). De plus, il semble que la cigarette inhibe la MAO-A cérébrale (fowler JS 1996).

Enfin, une étude récente a montré qu’une diminution ou une inhibition de l’activité MAO augmente l’addiction à la nicotine (Talhout et al. 2007). Il semble donc y avoir une interdépendance étroite entre l’activité MAO et le tabagisme.

c) Alcool

L’alcool entraîne des altérations du métabolisme des neurotransmetteurs amines dans le cerveau. En effet, il a été montré sur des primates qu’une consommation excessive d’alcool est associée à une diminution de l’activité MAO plaquettaire (Fahlke et al. 2002). Des études à plus grand échelle sur une large population a montré que le sexe masculin, le tabagisme, et la durée de dépendance à l’alcoolisme sont associés à une faible activité MAO au niveau plaquettaire (Snell et al. 2002). Enfin, une étude menée sur des homogénats de cerveau de rats supplémentés en alcool n’a montré aucune modification de l’activité MAO (Della Corte et al. 1994). La régulation des MAOs par l’éthanol reste pour l’instant mal caractérisée au vu de ces différentes études.

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d) Age

Au niveau cérébral, l’activité des MAOs, plus particulièrement la MAO-B, a tendance à augmenter, favorisant l’apparition de certaines maladies neurodégénératives liées au vieillissement, comme la maladie de Parkinson ou d’Alzheimer. Chez le rat, cette activité augmente entre 18 jours et 36 mois (Rao et al. 1995). Concernant la MAO-A, peu ou pas de changements ont été observés au cours du vieillissement dans le cerveau humain (Saura et al. 1997). Toutefois, les avis concernant les variations de l’activité des MAOs dans le cerveau sont très divergents au cours du vieillissement (Nicotra et al. 2004).

Au niveau périphérique, les taux de MAO-B diminuent dans le foie (Saura et al. 1994; Saura et al. 1997) et augmente dans le cœur avec l’âge (Saura et al. 1994).