Les enzymes Nox

Les propriétés structurales des enzymes Nox sont conservées entre les différents membres de la famille et incluent :

Un site de liaison au NADPH côté C-terminal ; Une région de liaison au FAD ;

Six domaines transmembranaires conservés ;

Quatre histidines hautement conservées se liant au hème et localisées sur les domaines transmembranaires III et V (Figure 35).

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Figure 35 : Structure de l’isoforme Nox2 de la NADPH oxydase. Les histidines relient les deux hèmes contenant chacun un atome de fer (illustration extraite de la thèse de Minh Vu Chuong Nguyen (NGuyen, 2008)).

II.3.1.1. Nox2 : prototype Nox

Nox2 ou gp91phox a été décrite pour la première fois dans les neutrophiles et les macrophages et est encore appelée NADPH oxydase phagocytaire. Nox2 est également exprimée dans les cellules non phagocytaires comme les neurones (Serrano et al., 2003), les cardiomyocytes (Heymes et al., 2003), les myocytes (Javesghani et al., 2002), les hépatocytes (Reinehr et al., 2005), les cellules endothéliales (Gorlach et al., 2000; Jones

et al., 1996; Li and Shah, 2002) et les cellules souches hématopoïétiques (Piccoli et al.,

2005).

Nox2 est activée via une série d’interactions protéine/protéine. La phosphorylation de p47phox entraîne un changement conformationnel permettant à Nox2 d’interagir avec p22phox (Groemping et al., 2003; Sumimoto et al., 1996). p47phox

organise la translocation des autres facteurs cytosoliques, d’où son appellation de sous-unité organisatrice. La localisation membranaire de p47phox entraîne la sous-unité activatrice p67phox et la petite sous-unité p40phox directement en contact avec Nox2 (Han

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Figure 36 : Assemblage et activation de l’isoforme Nox2 ou gp91phox de la NADPH oxydase. Nox2 requiert p22phox, p47phox, p67phox et Rac. La phosphorylation de p47phox est requise pour l’activation de Nox2 (illustration extraite de http://www-timc.imag.fr).

Enfin, la GTPase Rac interagit directement avec Nox2 (Diebold and Bokoch, 2001) puis avec p67phox (Koga et al., 1999; Lapouge et al., 2000). Une fois assemblé, le complexe est actif et génère de l’O2^•- en transférant un électron du NADPH présent dans le cytosol vers l’oxygène présent dans l’espace extracellulaire.

Nox2 est une chaîne d’oxydo-réduction transmembranaire qui relie un donneur d’électrons, le NADPH à un accepteur d’électrons, l’oxygène, présent du côté de la membrane externe. Nox2 transfère les électrons via une série d’étapes impliquant le FAD et se liant aux acides aminés 337HPFTLSA et 355IRIVGD (Vignais, 2002) et à deux centres hèmes asymétriques présents dans les domaines transmembranaires III et V (Figure 35). Les histidines H101 et H209 se lient à l’hème interne et les histidines H115 et H222 à l’hème externe (Finegold et al., 1996). Dans une première étape, les électrons sont transférés du NADPH au FAD, processus régulé par le domaine d’activation de p67phox

(Nisimoto et al., 1999). Dans une seconde étape, un seul électron est transféré de la flavine réduite FADH2 vers le centre Fer de l’hème interne. Comme le centre Fer ne peut accepter qu’un seul électron à la fois, l’hème interne doit donner son électron à l’hème externe avant d’accepter un nouvel électron de la part de la flavine FADH partiellement réduite.

Page 99 Enfin, pour créer un état énergétiquement stable, l’oxygène doit se lier à l’hème externe et accepter l’électron (Cross and Segal, 2004; Doussiere et al., 1996; Vignais, 2002).

II.3.1.2. Nox1

Nox1 a été le premier homologue de Nox2 à avoir été décrit (Banfi et al., 2000; Suh et al., 1999). Nox1 est fortement exprimé dans l’épithélium du colon (Banfi et al., 2003; Suh et al., 1999; Szanto et al., 2005) et on le retrouve également dans certaines lignées cancéreuses comme la lignée de tumeurs colorectales Caco-2 (Clark et al., 2004; Perner et al., 2003).

La découverte dans le colon d’homologues des sous-unités cytosoliques de la NADPH oxydase phagocytaire a permit de montrer que la génération d’O2^•- par Nox1 dépendait de sous-unités cytosoliques (Banfi et al., 2003; Cheng and Lambeth, 2004; Geiszt et al., 2003; Takeya et al., 2003). Ces nouvelles sous-unités cytosoliques ont été appelées NoxO1 (pour Nox Organisatrice 1 ou homologue de p47phox) et NoxA1 (pour Nox Activatrice 1 ou homologue de p67phox) (Figure 37).

Figure 37 : Représentation structurale de l’isoforme Nox1 de la NADPH oxydase. NoxA1 : Nox Activatrice 1 ; NoxO1 : Nox Organisatrice 1 ; PIP : phosphatidyl-inositol phosphate (Opitz et

al., 2007).

En plus de son activité constitutive dans une grande variété de tissus (Tableau 4), Nox1 est induit dans certaines conditions.

Page 100 Dans le muscle lisse vasculaire, le facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF), la prostaglandine F2α et l’angiotensine II induisent l’expression de Nox1 (Katsuyama et al., 2002; Lassegue et al., 2001; Suh et al., 1999; Wingler et al., 2001). Des études sur l’expression inductible de Nox1 dans le système vasculaire ont montré le rôle majeur de la transactivation du récepteur au facteur de croissance épidermique (EGFR), de la PI3K et de la PKC-δ (Fan et al., 2005). Dans les kératinocytes, les travaux de Chamulitrat et al. ont montré que Nox1 était localisé au niveau nucléaire et faiblement au niveau cytoplasmique (Chamulitrat et al., 2003).

II.3.1.3. Nox3

Nox3 a été décrit pour la première fois en 2000 grâce à sa similarité de séquence avec les autres isoformes Nox (Kikuchi et al., 2000). D’après certaines études fonctionnelles, p22phox est requit pour l’activation de Nox3 (Kawahara et al., 2005; Ueno

et al., 2005) et la suppression de p22phox inhibe la production d’ERO induite par Nox3 (Kawahara et al., 2005). Les études actuelles semblent aller dans le sens d’une activation constitutive de Nox3 ; NoxO1 étant la sous-unité clé pour son activation.

II.3.1.4. Nox4

Nox4 est fortement exprimé dans le rein (Geiszt et al., 2000; Shiose et al., 2001) mais également dans les kératinocytes (Chamulitrat et al., 2004) et les mélanomes (Brar

et al., 2002). Nox4 est une enzyme dépendante de p22phox qu’elle stabilise (Ambasta et

al., 2004; Kawahara et al., 2005; Martyn et al., 2006). Néanmoins, l’activation de Nox4 ne

requiert pas la présence de sous-unités cytosoliques (Geiszt et al., 2000; Martyn et al., 2006; Shiose et al., 2001)

Page 101 II.3.1.5. Nox5

Nox5 a été découverte en 2001 par deux groupes (Banfi et al., 2001; Cheng et al., 2001). Les isoformes décrits dans les travaux de Banfi et al. (Nox5-α, -β, -γ et –δ) se distinguent des autres isoformes Nox1, Nox2, Nox3 et Nox4 par la présence d’un long domaine intracellulaire N-terminal contenant un domaine de liaison au calcium (Banfi et

al., 2001; Banfi et al., 2004) (Figure 38).

Figure 38 : Représentation structurale de l’isoforme Nox5 de la NADPH oxydase. Nox5 est activée par le calcium et ne semble pas nécessiter la présence d’autres sous-unités (Bedard and Krause, 2007).

L’activation de Nox5 est uniquement médiée par une augmentation de la concentration en calcium cytosolique (Banfi et al., 2004).

II.3.1.6. Duox1/2

Les protéines Duox ou thyroïdes oxydases ont été mises en évidence pour la première fois dans la thyroïde (De Deken et al., 2000; Dupuy et al., 1999). En plus de leur domaine de liaison au calcium, les Duox possèdent un septième domaine transmembranaire en N-terminal contenant un domaine péroxydase (Figure 39).

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Figure 39 : Représentation structurale des isoformes Duox de la NADPH oxydase. Duox contient un domaine de liaison au calcium ainsi qu’un domaine péroxydase en N-terminal (Dworakowski et al., 2006).

Duox1 est induite en réponse à l’IL-4 et à l’IL-13 et Duox2 est induite en réponse à l’IFN-γ dans l’épithélium respiratoire (Harper et al., 2005). Ces enzymes ne requièrent pas la présence de sous-unités cytosoliques et peuvent directement être activées par le calcium (Ameziane-El-Hassani et al., 2005).