Les! principaux! systèmes! antioxydants! non! enzymatiques! de! la! cellule! sont! le! plus! souvent! lipophiles! (vitamine! E,! coenzyme! Q! ou! ubiquinone! et! caroténoïdes)! ou! hydrophiles! (vitamine! C,! glutathion).!Sous!leur!forme!réduite!respective,!ces!molécules!sont!capables!de!piéger!de!manière! plus! ou! moins! efficace,! les! radicaux! libres! (O2.=,!.OH! et! ROO.).! Ces! molécules! peuvent! provenir! de! l’alimentation! comme! les! vitamines! C! et! E! ou! les! caroténoïdes! et! peuvent! également! être! synthétisées! par! l’organisme! (glutathion,! coenzyme! Q)! (Ashor! et! al.! 2014;! Bolhassani! et! al.! 2014;! Brandmeyer!et!al.!2014;!Carvalho!et!al.!2014;!Rizvi!et!al.!2014).!
Le!coenzyme!Q,!localisé!dans!les!membranes!biologiques,!agit!comme!piégeur!d’EAO!sous!sa!
forme! réduite,! et! comme! transporteur! d’électrons! pour! la! chaîne! respiratoire! où! il! constitue! une! source!essentielle!d’anion!superoxyde.!!
L’acide! α;lipoïque,! molécule! amphiphile! et! coenzyme! nécessaire! à! l’activité! de! différentes!
enzymes! (complexe! pyruvate! décarboxylase),! est! aussi! un! excellent! piégeur! de! la! plupart! des! EAO! (Packer!et!al.!1995).!!
Le!glutathion!est!un!tripeptide!(glutamate,!cystéine,!glycine)!présent!dans!toutes!les!cellules!
eucaryotes.!Le!rôle!antioxydant!du!glutathion!est!lié!à!la!présence!d’un!groupement!thiol!–SH!sur!le! glutathion!réduit!(GSH).!Le!couple!GSH/GSSG!est!le!principal!couple!redox!des!cellules!eucaryotes!et! protège! les! cellules! des! dommages! oxydatifs! induits! par! les! EAO.! Il! est! le! maillon! essentiel! de! la! régulation! de! la! présence! de! ponts! disulfure! (=S=S=)! sur! les! chaînes! peptidiques.! Le! GSH! est! le! cofacteur! spécifique! des! GPx,! qui! ont! pour! rôle! de! réduire! H2O2! ou! les! ROOH! en! eau! et! ROH! respectivement!(Figure!19).!Le!GSH!est!lui=même!piégeur!de!radicaux!libres!tels!que!les!radicaux!O2.=,! êOH!et!ROO..!La!régénération!du!GSH!à!partir!du!GSSG!est!réalisée!par!la!glutathion!réductase!(GR)!en! présence! de! NADPH,! H+.! Le! stockage! cellulaire! du! glutathion! se! fait! pour! 90!! %! dans! le! cytosol! et!
10!%!dans!la!mitochondrie!qui!ne!peut!le!synthétiser.!
Comme!le!glutathion,!la!thioredoxine!est!capable!de!réduire!les!résidus!cystéines!oxydés!par! les!EAO!et!est!(ré)générée!en!permanence!par!la!thioredoxine!reductase!(Conrad!et!al.!2013;!Lopert! et!al.!2012).!!
!
III. 4. La voie de signalisation du facteur de transcription NRF2
La! détoxification! des! EAO! peut! passer! par! l’utilisation! de! molécules! «! ARE! (Antioxidant! Responsive!Element)!inducers!»!qui!activent!la!translocation!de!facteurs!de!transcription!impliqués! dans!l’activation!de!l’expression!d’enzymes!de!détoxification,!présentant!la!séquence!ARE!au!niveau! de!la!région!promotrice!du!gène!(Hu!et!al.!2010).!NRF2!(Nuclear!Factor!(Erythroid=derived!2)=Like!2)! est! un! facteur! de! transcription! capable! d’activer! ces! gènes,! ce! qui! représente! une! des! principales! voies!de!détoxification!de!la!cellule.!Cette!protéine!orchestre!la!signalisation!des!EAO!à!la!fois!dans! les!conditions!physiologiques!et!pathologiques.!Outre!l’homme,!la!souris!et!le!rat,!des!orthologues!de! NRF2!ont!été!identifiés!chez!le!nématode!(Tullet!et!al.!2008),!la!drosophile!(Sykiotis!and!Bohmann! 2010),!et!le!poisson!(M.!Kobayashi!et!al.!2002).! NRF2!est!un!facteur!de!transcription!appartenant!à!une!famille!comprenant!NRF1,!NRF2!et! NRF3!(Sykiotis!and!Bohmann!2010).!NRF2!a!un!rôle!majeur!dans!le!contrôle!de!la!détoxication!des! xénobiotiques! électrophiles,! d’oxydants! et! de! molécules! chimiques! pro=oxydantes.! Ce! rôle! physiologique!confère!aujourd’hui!à!ce!régulateur!une!importance!grandissante!chez!l’homme!dans! la!protection!contre!des!stress!environnementaux!et!vis=à=vis!de!la!carcinogenèse!chimique!et!des! pathologies!inflammatoires!aigües!ou!chroniques.!!
Lorsque! la! cellule! est! dans! un! état! réduit,! Keap1! (Kelch=like! ECH=associated! protein! 1)! est! associé!au!cytosquelette!d’actine,!interagit!avec!NRF2!et!le!séquestre!dans!le!cytosol!(K!Itoh!et!al.! 1999;!Kang!et!al.!2004;!Kensler,!Wakabayashi,!and!Biswal!2007)!(Figure!21).!De!plus,!Keap1,!qui!est! un!adaptateur!d’un!complexe!E3!ligase!dépendant!de!la!culline!3!(Cul3),!permet!l’ubiquitinylation!de! NRF2!et!sa!dégradation!par!le!protéasome!(Cullinan!and!Diehl!2004;!Furukawa!et!al.!1993;!Ken!Itoh! et!al.!2003;!Kang!et!al.!2004;!McMahon!et!al.!2003;!Stewart!et!al.!2003;!Zhang!and!Hannink!2003;! Zhang!et!al.!2004).!En!présence!d’inducteurs!(endogènes!ou!exogènes)!(Figures!21!et!22),!Keap1!est! oxydé!sur!ses! résidus!cystéines,!ce!qui!induit!la!dissociation!du!complexe!Keap1/NRF2.!NRF2!n’est! alors! plus! ubiquitinylé,! sa! demi=vie! augmente! significativement! et! il! s’accumule! dans! le! noyau! des! cellules!via&un!transport!actif!grâce!à!un!signal!de!localisation!nucléaire!(NLS)!(Jain!et!al.!2005).!
! !
Figure!21!–!Signalisation!du!facteur!de!transcription!NRF2!
Des! inducteurs! exogènes! ou! endogènes,! tels! que! les! EAOs,! induisent! une! dissociation! de! NRF2! d’avec! Keap1,! ce! qui! empêche! l’ubiquitination! de! NRF2! et! donc! sa! dégradation! par! le! protéasome.! Après! une! phosphorylation! de! NRF2! par! une! série! de! kinases,! le! facteur! de! transcription! est! transloqué! au! noyau! pour! se! lier! aux! séquences! ARE,! en! s’associant! avec! d’autres! facteurs! de! transcription! comme! les! Mafs.! Cette! association! forme! un! complexe! transcriptionnel! qui! permet! la! transcription! de! gènes! cibles! comme! les! gènes! antioxydants.! La! voie!de!NRF2!constitue!une!réponse!adaptative!qui!améliore!la!résistance!des!cellules!aux!stress! environnementaux!ou!endogènes.!
Source&:&Kensler&TW.&et&al.,&2007.&!
L’activité!de!NRF2!est!également!contrôlée!par!phosphorylation.!La!phosphorylation!de!NRF2! au!niveau!de!la!tyrosine!568!par!la!kinase!Fyn,!induit!l’export!de!la!protéine!par!le!récepteur!d’export! nucléaire!Xpo1/Crm1,!et!par!conséquent!son!inactivation!(Jain!et!al.!2005;!Salazar!et!al.!2006).!NRF2! est!également!un!substrat!direct!de!la!kinase!PERK,!une!des!kinases!contrôlant!la!réponse!de!stress! de! surcharge! du! réticulum,! ou! UPR! (Unfolded! Protein! Response),! ayant! pour! effet! d’empêcher! l’interaction!de!NRF2!avec!Keap1!et!d’augmenter!la!synthèse!de!glutathion!réduit!(GSH)!(Cullinan!and! Diehl!2004;!Cullinan!et!al.!2004).!Le!monoxyde!de!carbone!active!aussi!NRF2!d’une!façon!dépendante! de!PERK,!bien!qu’il!n’induise!pas!de!stress!UPR!(Kim!et!al.!2007).!La!protéine!kinase!C!(PKC)!semble! également!avoir!un!rôle!important!dans!la!régulation!de!NRF2.!Elle!phosphoryle!la!protéine!au!niveau! de!la!sérine!40,!à!proximité!des!sites!d’ubiquitinylation,!induisant!ainsi!une!perte!d’interaction!avec! Keap1!(Bloom!and!Jaiswal!2003;!Huang!et!al.!2002).!De!même,!des!enzymes!de!la!famille!des!MAPKs! (Mitogen=Associated!Protein!Kinases),!permettent!la!régulation!de!gènes!présentant!la!séquence!ARE! comme! ERK! et! JNK! qui! sont! des! régulateurs! positifs! de! la! voie! NRF2! et! p38MAPK,! un! régulateur! négatif!(Keum!2012).!Les!sites!de!phosphorylation!ne!sont!pas!encore!décrits!pour!ces!kinases.!!
Une! fois! dans! le! noyau,! NRF2! s’associe! sous! forme! d’hétérodimère! avec! l’un! des! trois! membres!de!la!famille!des!protéines!Maf!(MafF,!MafG,!ou!MafK)!(Kobayashi!and!Yamamoto!2006)! (Figure!21).!Ce!complexe!se!lie!spécifiquement!à!un!site!de!reconnaissance!à!l’ADN!appelé!ARE!pour! «! Antioxidant! Responsive! Element! »! ou! encore! EpRE! pour! «! Electrophile! Response! Element! »,! présents! dans! les! régions! régulatrices! de! ses! gènes! cibles.! NRF2! reste! le! facteur! de! transcription! majeur!dans!l’activation!des!gènes!qui!présentent!les!séquences!ARE!(Itoh!et!al.!1997).!!
Le! répertoire! de! gènes! régulés! par! le! facteur! de! transcription! NRF2! a! été! révélé! par! l’utilisation!de!puces!à!ARN!(microarray)!(Kobayashi!and!Yamamoto!2006).!Plus!de!200!gènes!ont!été! répertoriés!comme!cibles!de!NRF2!et!codent!entre!autre!des!enzymes!antioxydantes!(SOD1,!SOD2,! catalase,! peroxyredoxine),! des! enzymes! du! métabolisme! du! glutathion! (glutathion! reductase,! γ=! glutamyl=cystéine! ligase),! des! enzymes! impliquées! dans! le! métabolisme! des! thiols! (thioredoxine! reductase!1,!thioredoxine!1),!des!enzymes!de!phase!II!(NQO1!«!NADPH:quinone!oxydoréductase!1!»,! GST! «!glutathion! S=transférase!»,! UGT! «! UDP=glucuronyl! transférase! »)!et! des! protéines! impliquées! dans!l’homéostasie!du!fer!(Hème!oxygénase!I,!Ferritine!chaîne!lourde!et!chaîne!légère)!(Prestera!et!al.! 1995;!Thimmulappa!et!al.!2002).!
!
!
INDUCTEURS"EXOGENES" INDUCTEURS"
ENDOGENES" Inducteurs(d'origine(naturelle((alimenta2on)( Inducteurs(synthé2ques(
EAOs((H2O2,(NO…)( Sulforaphane( D3T((3H51,25Dithiole535thione)(
155déoxy5Δ12,145Prostaglandin(
J2( α5Lipoic(acid(
CPDT((5,65Dihydrocyclopenta[c][1,2]5 dithiole53(4H)5thione)(
Aldéhydes( Curcumin(( Ol2praz(
Acides(gras(nitrosés( Nordihydroguaiare2c(acid( Salicylcurcuminoid(
Dopamine( DAS((diallyl(sulfide)( BG12(
Œstrogène( DADS((diallyl(disulfide)( Bardoxolonemethyl(
Hydroperoxydes( ( DATS((diallyl(trisulfide)( Resveratrol( Pteros2lbene( β5Carotene( Figure!22!–!Les!molécules!inductrices!de!NRF2!connues!à!ce!jour!
Le! tableau! résume! les! inducteurs! endogènes! et! exogènes! connus! à! ce! jour! induisant! une! activation!du!facteur!de!transcription!NRF2.!
Pour&revue&Keum&YS.&et&al.,&2012.!
III. 5. Les effets délétères des EAO
III. 5. 1. Le stress oxydant
L’équilibre!redox!peut!être!rompu!par!une!production!excessive!d’EAO!(stress!endogène!ou! exogène)!ou!par!une!diminution!des!capacités!antioxydantes!de!la!cellule,!incapables!de!tamponner! cet!excès!de!radicaux!libres!:!c’est!le!stress!oxydant!(Federico!et!al.!2012;!Finkel!2001;!Sohal!and!Orr! 2012;!Y.!Zhao!and!Zhao!2013).!! Le!stress!oxydant!est!caractérisé!par!un!niveau!élevé!des!EAO!qui!persiste!dans!le!temps.!Les! modifications!des!molécules!environnantes!sont,!cette!fois=ci,!irréversibles!et!non!spécifiques!(Dröge! 2002).!Les!protéines!sont!sujettes!à!une!oxydation!massive!de!divers!acides!aminés,!principalement! au!niveau!des!groupements!sulfydryles!(=SH)!de!la!cystéine,!ce!qui!conduit!à!la!formation!des!ponts! disulfures.! Des! modifications! irréversibles! et! non! spécifiques! provoquent! aussi! la! dégradation! des! acides! gras! polyinsaturés! (péroxydation! lipidique)! (Roberts! and! Morrow! 2000).! Des! dommages! à! l’ADN!par!l’oxydation!des!bases!azotées,!principalement!au!niveau!de!la!guanine!qui!une!fois!oxydée! donne! la! 8=hydroxy=2’=desoxyguanosine! (8=OHDG),! sont! également! rencontrés! (Valavanidis! et! al.! 2009).!