CHAPITRE 1 : ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
2. ANTIOXYDANTS
2.1. MODES D’ACTION DES ANTIOXYDANTS
2.1.1. Détoxification endogène enzymatique des EROs
La détoxification des EROs constitue une voie de prévention primordiale de l’oxydation, principalement relayée par les systèmes antioxydants enzymatiques endogènes. Tout d’abord, les superoxyde dismutases (SOD) catalysent la réaction de dismutation de l’anion superoxyde (première espèce toxique de l’oxygène) en peroxyde d’hydrogène et en oxygène, assurant
ainsi la première ligne de défense contre le stress oxydant. La réaction 16 représente le bilan des demi-équations 14 et 15. SOD-(ox) + O2•- → SOD-(red) + O2 (14) SOD-(red) + O2•- + 2 H+ → SOD-(ox) + O2 + H2O2 (15) 2 O2•- + 2 H+ SOD → H2O2 + O2 (16)
La famille des SODs regroupe trois métallo-enzymes qui diffèrent en fonction de leur localisation et des oligo-éléments contenus dans leur site actif. Il existe ainsi deux SODs à cuivre et zinc (Cu-Zn-SOD), l’une cytosolique, l’autre extracellulaire, ainsi qu’une SOD à manganèse (Mn-SOD) présente dans la membrane mitochondriale interne. La surexpression de cette enzyme antioxydante chez la mouche Drosophila melanogaster a fait l’objet de plusieurs études qui ont conduit à des résultats discordants. Parmi ces études, citons celle de Parkes et al. (1998) qui a montré que la surexpression spécifique de la SOD cytosolique humaine dans les neurones moteurs des drosophiles conduisait à un allongement de leur durée de vie pouvant atteindre 40 %. Par ailleurs, au niveau structural, la surface de la SOD cytosolique est chargée négativement, repoussant de ce fait les anions superoxydes, à l’exception de ceux qui s’engagent dans un « chemin » chargé positivement qui conduit au site actif de l’enzyme (Thérond et Bonnefont-Rousselot, 2005). Finalement, dans les conditions physiologiques normales, le peroxyde d’hydrogène généré par les SODs sera détoxifié par d’autres systèmes endogènes enzymatiques, tels que la catalase, les glutathion peroxydases, les thiorédoxine peroxydases, ainsi que le système thiorédoxine/thiorédoxine réductase.
La première d’entre elles, la catalase (Cat), a pour unique substrat le peroxyde d’hydrogène qu’elle réduit en eau et en oxygène moléculaire (réaction 17) par dismutation.
2 H2O2 Cat →
2 H2O + O2 (17)
Cette enzyme héminique contenant un atome de fer à l’état Fe3+ est essentiellement présente dans les peroxysomes, les érythrocytes (globules rouges), les hépatocytes et les reins. Plusieurs polymorphismes du gène ont été décrits, dont la plupart sont associés à l’acatalasémie, maladie caractérisée par une activité catalasique érythrocytaire égale à 0,2-4 % de l’enzyme sauvage (Forsberg et al., 2001).
Un deuxième groupe d’enzymes connu sous le nom de glutathion peroxydases (GSH-Px), exerce une action détoxifiante vis-à-vis de trois espèces réactives : le peroxyde d’hydrogène, les hydroperoxydes lipidiques et le peroxynitrite qui est une espèce très réactive de l’azote. Les GSH-Px qui sont des enzymes séléno-dépendantes contenant quatre atomes de sélénium situés aux centres actifs de l’enzyme (sélénocystéine), voient leur activité diminuer lors du vieillissement et du diabète (Muruganandam et al., 1992 ; Vericel et al., 2004). Ces enzymes accélèrent la réaction d’oxydation de la fonction thiol du glutathion (tripeptide de γ-glutamyl-cystéinyl-glycine, symbolisé ici par GSH) par le peroxyde d’hydrogène, qui est alors réduit en eau (réaction 18) ou par un hydroperoxyde alors réduit en alcool et en eau (réaction 19). Notons que ce thiol peut s’oxyder directement avec les EROs, bien qu’il semble principalement utilisé dans l’organisme comme substrat des GSH-Px.
H2O2 + 2 G-SH GSH−Px→
2 H2O + GS-SG (18)
ROOH + 2 G-SH GSH−Px→
R-OH + H2O + GS-SG (19)
Par la suite, un autre système enzymatique impliquant la glutathion réductase (GSH-Red) permet de régénérer le glutathion à partir de son dimère (GS-GS) restaurant ainsi l’activité des GSH-Px. Pour ce faire, la GSH-Red a besoin de cofacteur NADPH (réaction 20).
GS-SG + NADPH GSH Re−d→
GSH + GS- + NADP+ (20)
Enfin, bien qu’il fût initialement pensé que les GSH-Px utilisaient exclusivement le glutathion comme substrat réducteur, des preuves récentes militent en faveur d’une spécificité de la plupart des enzymes de type GSH-Px pour la thiorédoxine (protéine à thiol) qui serait utilisée comme agent réducteur à l’instar du glutathion. Ainsi, Toppo et al. (2008) ont montré que la GSH-Px cytosolique basée sur la sélénocystéine et utilisant le glutathion comme substrat est une « invention » récente de l’évolution et, qu’à l’opposé de ce qui était jusqu’alors pensé, les peroxydases spécifiques de la thiorédoxine et basées sur la cystéine (appelées thiorédoxines peroxydases, Trx-Px) semblent à la fois plus anciennes et plus répandues dans la plupart des organismes de tous les règnes vivants.
Si les thiorédoxines semblent être des substrats réducteurs pour les peroxydases, elles sont également les substrats oxydants des thiorédoxines réductases. Ainsi, les thiorédoxines (Trx-(SH)2) qui sont des protéines à disulfure/thiol majoritaires dans le monde vivant, exercent une activité antioxydante intrinsèque par l’intermédiaire de leurs groupes thiols. Ces
protéines sont notamment impliquées dans la réduction des ponts disulfures présents au sein d’autres protéines oxydées (Protéine-S2), sous l’action catalytique de la thiorédoxine réductase (Trx-Red) (réaction 21).
Protéine-S2 + Trx-(SH)2 Trx Re−d→
Protéine-(SH)2 + Trx- S2 (21)
Une fois oxydée, la thiorédoxine (Trx-S2) est réduite par la thiorédoxine réductase qui possède un groupe sélénocystéine dans son site actif (réaction 22).
Trx-S2 + NADPH Trx Re−d→
Trx-(SH)2 + NADP+ (22)
En marge de la réduction des ponts disulfures protéiques, la Trx-(SH)2 intervient non seulement dans la détoxification des peroxydes lipidiques et du peroxyde d’hydrogène, mais également dans la régénération de l’acide ascorbique à partir du radical ascorbyle. Malgré leur plus faible efficacité catalytique par rapport aux GSH-Px et Cat, ces enzymes pourraient jouer un rôle majeur dans l’élimination des hydroperoxydes du fait de leur quantité importante (0,1 à 0,8 % des protéines solubles cellulaires) et de leur large distribution dans la cellule.
In vivo, il est classiquement admis qu’il existe une coopération étroite entre ces différentes
enzymes. Ainsi, l’activité SOD qui dismute l’anion superoxyde conduit à la formation de peroxyde d’hydrogène dont la détoxification est alors prise en charge par le système catalase et/ou GSH-Px.