Production d’espèces réactives de l’oxygène

Alors que la plupart de molécules possèdent des paires d’électrons dont les spins sont opposés sur leurs couches électroniques, les radicaux libres sont des espèces viables ayant au moins un électron non apparié. Celles-ci sont très réactives, car leurs électrons non appariés tentent d’interagir avec d’autres molécules afin de stabiliser l’espèce radicale en s’appariant. L’oxygène moléculaire, ses métabolites (peroxyde d’hydrogène) et les radicaux libres dérivés (anion superoxyde, radical hydroxyle) sont fréquents dans les systèmes biologiques. Ceux-ci sont importants dans des fonctions biologiques comprenant la défense contre les pathogènes (Apel et

al., 2004). En effet, l’activité bactéricide des neutrophiles envers les pathogènes phagocytés

repose en partie sur leur système d’oxydase NADPH-dépendante membranaire produisant des radicaux superoxydes de façon efficace (Closa et al., 2004).

Les cellules comptent sur des sources variées de ROS. Par exemple, de 1 à 5 % des molécules d’oxygène participant à la phosphorylation oxydative deviennent des intermédiaires toxiques au lieu d’être réduites en eau (Turrens et al., 1991). De plus, une forme de l’oxydase xanthine oxydoréductase utilise l’oxygène plutôt que le NAD+ _{en tant qu’accepteur d’électrons lors de}

l’oxydation de l’hypoxanthine en xanthine ou de l’oxydation de la xanthine en acide urique, générant ainsi des radicaux superoxydes (C. E. Berry et al., 2004). Lorsque des espèces telles que le radical hydroxyle interagissent avec des composantes cellulaires, ils induisent la formation de radicaux secondaires puis tertiaires, déclenchant ainsi une cascade oxydative. Celle-ci induit des dommages cellulaires tels que des brisures d’ADN, la peroxydation de lipides membranaires ou la perturbation de la fonction de protéines (Aldridge, 2002, Closa et al., 2004, Hybertson et al., 2011).

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La cellule compte sur certains mécanismes pour piéger les ROS et se protéger des dommages qu’elles génèrent. Ces mécanismes incluent les enzymes à activité antioxydante telles que la superoxyde dismutase, la catalase et la glutathionne peroxydase. D’autres antioxydants tels que l’acide ascorbique, l’α-tocophérol et le glutathionne contribuent également à la protection envers les dommages oxydatifs (Irshad et al., 2002). Enfin, les éléments métalliques ayant un potentiel redox actif sont maintenus liés à des protéines (ex. le fer sur la transferrine) (Aust et al., 1985). Toutefois, lorsque les ROS sont trop abondantes, elles dépassent la capacité des systèmes de protection de la cellule et induisent un état de stress oxydatif cellulaire. La cellule tente alors de réparer les dommages ayant été induits sur ses protéines ou ses structures. Or, si ceux-ci s’avèrent trop importants, la cellule entre en apoptose (Finkel, 2003).

La flambée oxydative, caractérisée par la production de ROS telles que l’anion superoxyde, le peroxyde d’hydrogène et l’anion hydroxyle, est une fonction importante lors des processus immunitaires. Il permet de tuer les pathogènes ayant été captés par les phagocytes professionnels tels que les neutrophiles ou les macrophages. Il est largement dépendant de l’activation de l’oxydase NADPH-dépendante chez la majorité des cellules immunitaires. Chez les éosinophiles, la sous-unité cytochrome b558 (composé des p22phox et gp91phox) activée de

l’enzyme gagne la membrane cellulaire et s’associe avec Rac ainsi qu’avec p47phox _etp67phox

phosphorylées (DeLeo et al., 1996, Lacy et al., 2003). La localisation membranaire de l’oxydase NADPH-dépendante chez les éosinophiles leur permet de produire des anions superoxydes extracellulaires de façon très efficace. Elle en produirait jusqu’à dix fois plus que chez les neutrophiles; des cellules au sein desquelles l’enzyme demeure granulaire ou cytosolique et dont l’anion superoxyde produit demeure majoritairement intracellulaire (Kobayashi et al., 1998). Il est à noter que la quantité de ROS totales générées par l’enzyme demeure semblable chez ces deux granulocytes (DeChatelet et al., 1978). La production préférentielle de ROS extracellulaires par les éosinophiles serait compatible avec leur rôle de défense contre les vers parasitaires dont la taille est plus grande. De plus, même s’ils peuvent phagocyter des bactéries, leur capacité cytotoxique est déficiente. Au contraire, les neutrophiles phagocytent et tuent les microorganismes pathogènes très efficacement, en accord avec leur production préférentielle de ROS intracellulaires (Someya et al., 1997).

Des études in vitro ont démontré que la libération de ROS par les éosinophiles pourrait être induite par des chimiokines telles que l’éotaxine et qu’elle serait potentialisée par des cytokines telles que l’IL-5, deux médiateurs solubles dont la présence est augmentée dans les voies respiratoires de patients avec des allergies respiratoires ou asthmatiques (Sannohe et al., 2003). Des études

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menées sur ces types de patients ont démontré que leurs éosinophiles libèrent des quantités de ROS extracellulaires supérieures à celles libérées par les cellules des volontaires sains (Lavinskiene et al., 2015). D’autres études auraient aussi démontré que les ROS agiraient en tant que messagers cellulaires. En effet, ils seraient en mesure de moduler l’activation de facteurs de transcription tels que le NFκB ou l’activateur de l’apoprotéine 1. Ainsi, ils réguleraient l’expression de cytokines pro-inflammatoires telles que l’IL-6, l’IL-8, ou le TNF-α et des molécules d’adhésion impliquées dans la réponse inflammatoire, telles que le CD11b et le CD18 (Law et al., 2013). Considérant que les patients allergiques ou asthmatiques ont souvent un nombre d’éosinophiles pulmonaires élevés, que leurs éosinophiles produisent davantage de ROS et que les ceux-ci sont en mesure de réguler à la hausse l’expression de médiateurs solubles pro-inflammatoires, les éosinophiles seraient des puissants agents pro-inflammatoires. Alors, les agents thérapeutiques ciblant ces cellules représentent alors des stratégies logiques pour le traitement de ces maladies d’origine inflammatoire (Barnes, 1990, Teresa Ramírez-Prieto et al., 2006)