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République Algérienne démocratique et populaire
Ministère de l'enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Université de Jijel
Faculté des sciences exactes et sciences de la nature et de la vie
Département de biologie Moléculaire et Cellulaire
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1Mémoire de fin d'étude pour l'obtention du diplôme de Master Il en Pharmacologie Expérimentale
Intitulé
Evaluation de l'activité anti-hyperglycémique des extraits méthanolique de . Trois plantes médicinales chez les rats Wistar albinos
Présenté par : Bouchefra Amina
Mati Amira Lahouel Asma
Sou. ~nu devant un jury composé de:
Président : Dr. Alyan.M Rapporteur : Dr.Kebieche. M Examinatrice: Mme.Charbal.A
Nos remerciements les plus sincères et les plus chaleureux à DIEU le tout puissant qui a inséré dans nos cœurs la patience et le courage pour pouvoir réaliser ce
travail.
Un grand merci à Dr. Kebieche M. pour son encadrement, Un merci chaleureux aux membres de jury: Dr. Alyan M et
M"'e.
Cherbal. A. d'avoir accepté d'évaluer ce travail et pour leurs corrections qui vont permettre d'améliorer ce manuscrit.Nous adressons également nos remerciements aux ingénieurs du laboratoire Melle Bouhali. Set houria pour son aide pendant les jours de travail les plus longs et sa
capacité de supporter stoïquement notre imposition pmfois exagérée. lvferci à toute l'équipe du département de la Biologie Moléculaire et Cellulaire pour leur soutien.
Nos remerciements s'adressent également à Dr. Iklzalfoune et le Dr. Maiza sans oublier le service des rats.de l'institut de Pasteur (annexe el koubba).
Enfin, nous remercions infiniment nos familles, nos amis qui ont été là dans les bons comme dans les mauvais moments, pour leur soutien inestimable et leur
accompagnement jusqu 'au jour de la soutenance.
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Sommaire
Liste des Figures ... . ········· 1
Liste des tableaux ... ii
Liste des abréviations ... iii
Introduction ................................................................................. 01
Synthèse bibliographique ...... 03
Chapitre I : Diabète ... 03
Généralités et définition ................................... 03
I I.2. Physiopathologie de diabète ... 03
I.2.1.pancréas ... 03
I.2 2- La cellule bêta ... 04
I.2.2.1. La régulation de la masse des cellules ~ ... 04
I.2.2.2. Fonction de la cellule ~ ... 05
I.2.2.3. Le mécanisme d'action de l'insuline ... . . ... 07
I.3.Traitement antidiabétique ... . . ... 13
I.3. l .Antidiabétiques oraux (ADO) ... . ··· 13 I.3 .2. insulino thérapie ... . . ... 14
I.3.3.Les incrétines ... 14
' Chapitre II : Le stress oxydatif ···:··· 16
II. l .Définition ... ... 16
II.2. La production des ROS .... . ... 16
II.2.1. Origine endogène des ROS ... . .. ... 16
II.2.2. Origine exogène des ROS ... 18
II.3. Systèmes antioxydants ... 19
II.3 .1 Systèmes antioxydants endogènes ... 19
II.3 .2. Systèmes antioxydants exogènes ... 21
II.4. Impact des ROS sur l'organisme ... 21
II.5. Stress et diabète ... . ... 24
~
Chapitre III: flavonoïdes ... . . ... 27
III. l. Définition et généralités ... . . ... 27
III.2. Structure chimique et classification ··· 27
III. 3. Phaimacocinétique des flavonoïdes ... 29
III.4. Intérêts thérapeutiques des flavonoïdes ... . . ... 29
III.4.1.Propriétés anti-inflanunatoires ... . . .. 29
III.4.2.Activité antioxydante des flavonoïdes ... . . ... 29
III.5.Marrubiun1 vulgare ...... 31
III.6.0lea europea ...... . ··· 32
III. 7 .Pistacia lentiscus ... 34
Matériel et méthodes ... 37
Partie 1 : Phytochimie et propriétés des extraits des plantes Marrubium vu/gare, Pistacia lentiscus et Olea europea ... ...... . ... 37
1. Echantillonnage des plantes ... 37
2. Conservation et séchage ... . ··· 37
3. Broyage et tamisage ... 37
4. Préparation des extraits méthanoliques ... 37
5. Analyse des extraits méthanoliques par GC\ MS (Chromatographie en phase gazeuse couplé à la spectrométrie de masse) des extraits méthanoliques ... 38
6. Effet des extraits méthanoliques sur l'absorption du glucose par les cellules de levure ... 38
7. Effet des extraits méthanoliques sur l'activité de l'a- amylase ... 38
8. Effet des extraits méthanoliques sur l'activité de la sucrase ... 39
9. Effet des extraits méthanoliques sur l'inhibition de l'oxydation des protéines par le modèle H202/Fe +3 / ascorbate ... 40
1 O. Evaluation de l'activité des extraits méthanoliques sur la réduction du peroxyde d'hydrogène ... 40
Partie 2. Etude de l'effet antihyperglycémiant et antioxydant des extraits méthanoliques chez le rat ...
41
2.Répartition et traitement des animaux .... ··· 41
3.Test de tolérance au glucose ... . . ... 42
4.Prélèvement sanguin et récupération des urines ... 42
5.Sacrifice des animaux et prélèvement du foie et pancréas ... 43
6. Evaluation de l'effet des extraits méthanoliques sur le stockage de glycogène ... 43
7. Dosage des paramètres biochimiques ... . . ... 44
8. Evaluation des différents paramètres du statut redox dans le foie et le pancréas ... 45
Résultats et interprétations ...................................... 50
Partie 1 : Phytochimie et propriétés des extraits des plantes Marrubium vulgare, Pistacia lentiscus, Olea europea ... 50
1. Analyse des extraits méthanoliques par GC\ MS (Chromatographie en phase gazeuse couplet à la spectrométrie de masse) des extraits méthanolique ... 50
2. Effet des extraits méthanoliques sur l'absorption du glucose par les cellules de levure ... 50
3. Effet des extraits méthanoliques sur l'activité de l'a-amylase ... 52
4. Effet des extraits méthanoliques sur l'activité de la sucrase ... . .. ... 52
5. Effet des extraits méthanoliques sur l'inhibition de l'oxydation des protéines par le modèle H202/Fe +3 / ascorbate ... 53
6. Evaluation de l'activité des extraits méthanoliques sur la réduction du peroxyde d'hydrogène ... 54
Partie 2. Etude de l'effet antihyperglycémique et antioxydant des extraits méthanoliques chez le rat ... 55
1. Test de tolérance au glucose ... . ··· 55
2. Evaluation de l'effet des extraits méthanoliques sur le stockage du glycogène hépatique ... 57
3. Dosage des paramètres biochimiques ... ··· 59
4. Evaluation des différents paramètres du statut redox dans le foie et le pancréas ... 61
Discussion ... 72
Conclusion ... . ... 84 Références
Figure : 2 : Model de mécanisme sécrétion d'insuline par la cellule B associé à des
Mody et autre anomalies génétiques ... . . ... ?
Figure 3 : Structure moléculaire de récepteur de l'insuline ... 8
Figure 4 : Les voies de signalisation de l'insuline ... . . ... 9
Figure: 5: Translocation du transporteur de glucose GLUT4 à la membrane en réponse à l'insuline ... 11
Figure 6 : Site de production des ROS au niveau de la chaine respiratoire ... 18
Figure 7: Réactions en chaîne de la peroxydation lipidique et ses produits terminaux ... 22
Figure : 8: Nature de quelques modifications des chaines latérales d'acides anùnés des protéines après l'attaque radicalaire ... 23
Figure : 9: Illustration d'un mode d'action des radicaux hydroxyles avec une base de l' ADN, la guanine ... 23
Figure: 10: Formation des AGEs par la voie de Maillard .. . ... 26
Figure : 11 : Structure de base des flavonoïdes ... 27
Figure : 12 : Effet scavenger sur les radicaux libres (R 0) par les flavonoïdes ... 30
Figure : 13 : Flavonoïdes et leurs sites proposés pour la chélation des ions métalliques3 l. Figure : 14 : Description externe de Marrubium vu/gare ... 31
'°''°' Figure: 15: Photographie d'Olea europea ... . ... .) .) Figure : 16 : Photographie de Pistacia lentiscus ... . . ... 35
Figure : 17 : Degré d'absorption de glucose par la levure sous l'effet de différentes concentrations des extraits méthanoliques ( Olea europea, Pistacia lentiscus et Marrubiun1 vu/gare ... 51
Figure : 18 :Evaluation de pouvoir d'inhibition de l'activité de sucrase par les extraits méthanolique des feuilles de (Olea europea, Pistacia lentiscus, Marrubium vulgare) à différentes concentration ... 53
Figure : 19 : effet des extraits méthanoliques des feuilles de (Olea europea, Pistacia lentiscus, Marrubium vulgare) sur l'inhibition de l'oxydation des protéines ... 54
Figure : 20 : Effet scavenger du peroxyde d'hydrogène par les éxtraits méthanoliques des feuilles de (Olea europea, Pistacia lentiscus, Marrubium vulgare ... 54
Figure : 21 : Evaluation de la tolérance au glucose dans le jour d'administration du glucose chez les rats traités et non traites par les différents extraits méthanoliques ... 55
Figure : 22 : Evaluation de la tolérance au glucose après (07) jours d'administration du
glucose chez les rats traités et non traites par les différents extraits méthanoliques ... 56 Figure : 23 : La comparaison entre les deux tests de tolérance chez les rats traités et non
traités par différents extraits méthanoliques ... 57 Figure : 24 : Variation de la quantité du glycogène hépatique stocké chez différents
groupes de rats traités ou non après le premier test de tolérance ... 58 Figure : 25: Variation de la quantité du glycogène hépatique stocké chez différents
groupes de rats traités ou non après 7 jours ... 59 Figue : 26 Dosage de triglycéride chez les rats traités ou non après une semaine de
l'administration du glucose ... . . ... 60 Figure : 27 Dosage de cholestérol chez les rats traités ou non après une semaine de
l'administration du glucose ... . ··········································· 61 Figure : 28 : Variation du taux de MDA cytosolique dans les cellules hépatiques ...... 62
Figure : 29 : Variation du taux de MDA cytosolique dans les cellules pancréatique ... 63 Figure : 30 : Variation des taux de GSH cytosolique hépatique dans les cellules
hépatiques ... 64
Figure : 31 : Variation des taux de GSH cytosolique dans les cellules pancréatique ...... 65 Figure: 32: Variation de l'activité enzymatique de la catalase cytosolique hépatique
chez les différents groupes de rats ... 66
Figure: 33: Variation de l'activité enzymatique de la catalase cytosolique dans les
cellules pancréatique ... 67
Figure: 34 :Variation de l'activité enzymatique de la SOD cytosolique dans les cellules
hépatique ... 68
Figure: 35: Variation de l'activité enzymatique de la SOD cytosolique dans les cellules
pancréatique ... 69
Figure: 36: Variation de l'activité enzymatique de GST cytosolique dans les cellules
hépatique ... 70
Figure: 37: Variation de l'activité enzymatique de la GST cytosolique dans les cellules
pancréatique ... 71
Tableau 2: Répartition et traitement des animaux ... .42 Tableau 3 : Effet des extraits méthanoliques des plantes sur l'activité de l'a.- amylase ... 52
Liste des abréviations
ACC: Acetyl-CoA carboxylase ADO : Antidiabétiques oraux ADP : Adénosine di-phosphate AGEs : Glyacation avancés AGL : Acide gras libre AH2 : Acide dialurique
ALA T : Alanine-aminotransférase AST : Aspartate aminotransférase ATP: Adénosine triphosphate CAT: Catalase
Cbl: Casitas B-line age lymphoma CDK6: Cyclin-dependent kinase CM : Chylomicrons
DAG : Diacylglycérol
DPP-4: Dipeptidyl-peptidase-4
EDTA: Acide éthylène diamine tétra-acétique eNOS : Endothelial Nitric Oxide Synthase
ERK.1/2: Extracellular signal-regulated kinase 1 /2 ERO: Espèces réactives de l'oxygène.
FADH2 : Flavine-Adénosine-Dinucléotide, forme réduite FAS: Fatty acid synthase
Fl-0•: Radical flavonoxy FOXOMl: Forkhead box 01 G6Pase: Glucose 6 phosphatase Gabl: Grb2-adapter binderl
GAPDHase: Glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase
GFAT: Glutamine F6P amido-transférase GIP : Insulinotropique glucose-dépendant Glc-6-P: Glycosamine-6-phosphate
GLUT: Glucose transporteur GLUT2: Glucose transporteur 2 GLUT-4 : Glucose transporteur 4 GPx : Glutathion peroxydase GR: Glutathion réductase
Grb2: Growth factor receptor-bound protein 2 GS• : Radicaux thiyles
GSH : Glutathion réduit
GSK3: Glycogène synthase kinase-3 GSSG: Glutathion oxydé
HGF: Hormon growth factor HK: Hixoquinase
HLP: Hormone placentaire lactogène HN02: Acide nitreux
HO·: Radical hydroxyle HOCI : Acide hypochlorite HR02·-: Hydroperoxyl IL-1 : Interleukines 1 IP : Intra-péritonéal
IR : Récepteurs de l'insuline
IRAP : Insulin-responsive aminopeptidase IRS2: Insulimeceptor substrate 2
ISPK: Insulin stimulated protein kinase JNK: C-Jun NH2-terminal kinase KCL : Chlorure de potassium
Kir6.2: Inward rectifying potassium channel LPL: Lipoprotéine lipase
MAPK: Mitogen-activated protein kinase MDA: Malonyldialdéhyde
Mn+: Metal ion at the lower oxidation state Mody: maturity-onset diabetes of the young
NAD+: Nicotinamide adénine dinucléotide oxydé NADH: Nicotinamide-Adénine-Dinucléotide
NADP+: Nicotineamide adenine dinucléotide phosphate
NADPH: Oxydase Nicotinamide-Adénine-Dinucléotide-Phosphate oxydase NF-KB: Nuclear factor K B
p85 : Protiene 85
P AI-1: Plasminogen activator inhibitor-1 PDH: Pyruvate déshydrogénase
PDK -1: Phosphoinositide-dependent protein kinase PDXl: Pancreatic-duodenal homeobox 1
PEPCK: Phosphoénol pyruvate carboxykinase PFK: Phosphofructokinase
PH: Pleckstrin homology
PI 3-Kinase: Phosphatidyl-inositol-3-kinase PIP3: Phosphoatidylinositol 3 phosphate PKB: Protéine kinase B
PKC: Protéine Kinase C PLA2: Phospholipase A2 PLC: Phospholipase C PPl: Protéine phosphatase
PP AR: Peroxisome Proliferator Activated Receptor PPARy: Peroxisome proliferator-activated receptor-y PTEN: Phosphatase and Tensinhomolog
PTP lB: Protein Tyrosine Phosphatase lB PTP: Protéines tyrosine phosphatases Q: Coenzyme
QH : Ubisemiquinone R·: Radical d'acide gras
RER : Réticulum endoplasmique rugueux RH: Acide gras
RO·: Radical alkoxyle R02°: Peroxyl
RONOO: Alkyl peroxynitrate
ROT: Roténone
SH: Groupements thiols SH2: Src- homology- 2
SHC: Src Homology-Collagen SHIP2:SH2 inositol-5-phosphatase SOD: Superoxydes dismutases
SREBp-Cl: Sterol regulatory element-binding protein-lc SURl: Insulin receptor substrate
TBA: Acide thiobarbiturique
'TBARS: Thiobarbituric acid-reactive substances.
TCA: Acide trichloracétique
TGO: Glutamate oxaloacétique transaminase TGP: Glutamate pyruvate transaminase TO•: Radical tocophéroxyl
TOH: Tocopherol TRX: Thiorédoxine TZD: Thiazolidinediones UCP-2: Uncoupling protein
UDP-GlcNac: Uridine diphosphate-N-acétylglucosan1ine VLDL: Lipoprotéines de très basse densité
Introduction
Le diabète sucré est le syndrome métabolique le plus répandue dans le monde entier avec une incidence qui varie entre 1 et 8%. C'est la conséquence d'une insuffisance de sécrétion de l'insuline ou d'une déficience de son action. Caractérisé par une hyperglycémie chronique qui est à l'origine de complications micro/macro dégénératives. L'hyperglycémie chronique induit ces complications graves principalement via la production des radicaux libres oxygénés en induisant ainsi un état de stress oxydant. Ce dernier est connus par ses effets délétères vis-à-vis des différents constituants cellulaire (Cusi et al., 1990).
Au cours de ces dernières années, il semble que l'hyperglycémie a attirée beaucoup d'attention de la communauté scientifique. En effet de nouvelles évidences indiquent que l'hyperglycémie elle-même est susceptible d'induire les mêmes complications que le diabète, de plus elle peut même induire l'isulinorésistance (Brandon et al., 2011).
La thérapie actuellement disponible incluent l'insuline et les antidiabétiques oraux tels que les sulfonylurées, biguanides, les inhibiteurs de a-glucosidase, glinides et les thioglitazones utilisés seul ou en combinaison avec eux (shaw et al., 2005 ; Hardie, 2004). En effet, cette large gamme de médicaments ne reflète pas la prévalence mondiale du diabète estimée à augmenter en 2025 de 4% à 5.4% (Klaman et al., 2000) De plus le coût élevé de ces médicaments favorise l'augmentation de la prévalence des complications due au manque de bon contrôle de la glycémie et de l'hype1iension chez la majorité des diabétiques ( Brandon et al., 2011), Ce qui semble ironique est que ces médicaments même sont incriminés à l'induction et l'aggravation de complications graves. Le triglitazone par exemple est retiré du marché à cause son hepatotoxité élevé qui a induit la mort de 90 personnes. A vendia un autre médicament de la même classe est fortement impliqué à l'induction des complications cardiovasculaires ce pendant il est encore utilisé par les cliniciens.
Pour cela les chercheurs ont été obligés de trouver des molécules à cout moins chère et plus efficaces. L'exploitation des donnés de l'ethnopharmacologie semble être utile. En effet les pharmacopées traditionnelles comportent une large gamme de plantes médicinales à effet antidiabétique. Les méthodes d'analyses développées ont confirmé la validité de ces données, y reste d'investiguer le mécanisme d'action de ces composés et d'exploiter leurs effet bénéfiques au clinique ( Brownle et al., 2005; Koya et al., 1997)
1
Dans cette étude, nous avons fixé les objectifs suivants :
L'évaluation des effets délétères qui peuvent être provoqués par l'hyperglycémie induite par ingestion de glucose par voie orale
l'évaluation de l'effet antihyperglicemient et protecteur qui peut être apporté par des extraits méthanoliques de trois plantes médicinales de la willaya de Jijel (Olea europea, Pistacia lentiscus et Marribium vu/gare ) et connus par leur richesse par des flavonoïdes, on se basant sur un grand nombres des études indiquant qu'une large gamme de flavonoïdes possèdent un effet antidiabétique (Foretz et al., 1999).
Synthèse Bibliographique
Chapitre I: Le diabète 1.1.Généralités et définition
Le diabète sucré est une maladie métabolique se traduisant par une hyperglycémie chronique (Calop et al., 2008 ; Mimouni, 2008). Cette hyperglycémie pounait engendrer des complications micro-angiopathiques et macro-angiopathiques grave faisant du diabète la première cause pathologique de cécité chez l'adulte avant 65 ans dans les pays développés, première cause d'insuffisance rénale après 50 ans, une cause majeure d'amputation, d'accidents coronariens et d'accidents vasculaires cérébraux (Edwin et Etienne, 2008 ).
Globalement, la classification du diabète sucré est en trois catégories (Hannon et al., 2005 ; Singh et al., 2009).
-Type 1 (DTl): c'est une maladie caractérisée par une carence absolue à l'insuline via la destruction auto-immune des cellules~ pancréatiques. Elle survient le plus souvent avant l'âge de 20 ans et représente 10 à 15 % des diabètes (Calop et al., 2008).
-Type 2 (DT2) : L'OMS caractérise le diabète de type 2 comme dû à un déficit variable de.
l'insulino-secrétion associé à un déficit variable de la sensibilité des tissus périphériques à l'insuline. Il représente 85 à 90% du diabète et survient à âge adulte (Mimouni, 2008).
-Autre types : représentent 10% y compris les anomalies génétiques de la fonction de la cellule
~ et de l'insuline, les pancréatites, les abenations induites par des médicaments et le diabète gestationnel (Valko et al., 2007 ; Singh et al., 2007).
1.2. Physiopathologie de diabète
Le maintien de l'homéostasie glucidique dépend des mécanismes endocriniens et métaboliques qui contrôlent l'entrée et la sortie du glucose dans l'organisme, une anomalie dans l'un de ces mécanismes aboutit à l'apparition du diabète (Broberger, 2005).
1.2.1.pancréas
Le pancréas est une glande double, à la fois exocrine et endocrine, située dans une anse du duodénum. La glande endocrine est représentée par de petits îlots cellulaires, les îlots de Langerhans qui sont spécialisée à la production des hormones hyperglycémiants (le glucagon, la somatostatine) et une hormone hypoglycémiante (l'insuline) (Nelson et al., 2004).
1.2. 2. La cellule bêta
Les Cellules 13 constituent 60% à 80% des cellules des ilots de Langerhans (Cabrera et al., 2006) regroupées au centre de ces dernier ( hellerstrom et al., 1988). Elles sont spécialisées dans la synthèse, la sécrétion et le stockage de l'insuline (Barg et al., 2002), et caractérisées par un équilibre dynamique qui régit leur masse en réponse à des demande métaboliques. Ainsi, une altération de cette dynamique ou de la machinerie sécrétoire peut engendrer le diabète.
1.2.2.1. La régulation de la masse des cellules ~
En principe ils existent quatre mécanismes contrôlant la masse des cellules ~ pancréatiques (Rhodes, 2004):
La néogènèse: c'est la voie responsable de différentiation des cellules précurseurs probablement cellules canalaires épithéliales en cellules ~ ( Banner et al., 1993 ; Butler et al., 2003) pendant la vie embryonnaire et en moins fréquence durant la vie adulte (Bouwens et al., 1998), sous l'effet stimulateur de HGF (hormon growthfactor) (Garcia-Ocan et al., 2000 ; Cozar-Castellano et al., 2006) et GLPl( glucagon-like peptide 1) (Holst, 2003) et l'effet promoteur de PDXl(pancreatic- duodenal homeobox 1) (Guzet al., 1995).
La prolifération et l'hypertrophie: au cours du développement, les cellules ~' une fois différenciées, prolifèrent au sein des îlots (Kargar et al., 2009) sous l'effet stimulateur de glucose, de l'insuline (Movassat et al., 1997), le GLPl (Drucker, 2006), et de HLP (hormone lactogène placentaire) et de prolactine (Vasavada et al., 2000 ; Cozar-Castellano et al., 2006).
Des altérations dans l'un de ces phénomènes sont responsables de développement du DT2 chez les sujets obèses et/ou insulinoresistants (Rhodes, 2005). Les chercheurs suggèrent que ces altérations sont génétiquement programmées (Graeme et al., 2001).
L'apoptose : il est caractérisé par un rythme lent (Scaglia et al., 1997), inhibé par le glucose (Hoorens et al., 1996) via PDX en exprimant des protéines anti-apoptotiques (Ahlgren et al., 1998 ). Cependant, il s'accélère dans le DTl et DT2. Dans le DTl, l'apoptose est réalisée par les produits cytotoxiques des CD4/8 (Cullen et al., 2008 ; Trapani et al., 2002), ou via l'inflammation, essentiellement par les interleukinesl (IL-1) , où il y a une activation des NO synthases, et production accrue de radicaux libres (Darville et al., 1998 ). Cependant, dans le DT2 la cause principale de l'apoptose est les anomalies génétiques y compris les mutations au
Synthèse Bibliographique
mveau de IRS2 (Insu/in receptor substrate 2) (Withers et al., 1999) ou de ses substrats PI3K/AKt (phosphatidyl inositol 3-kinasel Protéine kinase B) (Wrede et al., 2002). De plus, le stress de réticulum endoplasmique engendré par la lypotoxicité (Scheuner et al., 2008 ) et le dépôt des plaques d'amyloïdes (Zraika et al.,2009) semblent avoir un rôle.
L2.2.2. Fonction de la cellule
p
A. La synthèse de l'insuline
L'insuline est une hormone polypeptidique (6KDa) composée de deux chaîne A et B reliées par deux ponts disulfures. La chaîne A contient en outre un pont dis.ulfure intracaténaire.
Le gène de l'insuline assure la synthèse de la molécule pré-pro-insuline (Docherty et al., 1994) qui déversée ensuite en pro-insuline. La conversion de cette dernière en insuline (fig.1) est effectué au niveau de trans-- golgi (Duckworth et al., 1998). L'insuline est ensuite stockée dans des vésicules qui sont ensuite libérées par exocytose (Duman et al., 2003).
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Figure 1. Biosynthèse et maturation de l'insuline (Delattre et al., 2003).
Le contrôle de l'expression et de la modulation du gène de l'insuline ainsi que leur sécrétion est effectué par des facteurs de transcription tel PDX-1 (Readm et al., 1993), la stimulation par le glucose (Melloul et al., 1993) ou par des hormones (GLP-1, la prolactine, HLP) (Melloul et al., 2002 ; Magnan et al., 2009).
B. La sécrétion de l'insuline
La sécrétion d'insuline se déroule sous formes de deux pulses, un précoce (chaque 10 min) dont le rôle est la sensibilisation des tissus cibles et un autre tardif (chaque 2 heures). Les molécules principales de la machinerie sécrétoire sont :
GLUT2 : grâce à leur Km élevé elle assure un équilibre très rapide entre la concentration extra et intracellulaire de glucose (17Mm) (Thorens et al., 1990 ; Richardson et al., 2007).
Hexokinase : elle assure la phosphorylation de glucose en G6P, leur affinité faible et le fait qu'elle n'est pas inhibée par leur produit (G6P) les rendent responsables de la sensibilité des cellules ~ au glucose en effet, leur hyperactivation est un des mécanismes provoquant l'hyperinsulinisme (Garcia et al., 2007; Fridlyand et al., 2000).
Le canal potassique ATP-dépendant: il comporte huit sous-unités de type Kir6.2 (inward rectifying potassium channel) et SURI (Jnsulin receptor substrate), (Jones et al., 2010 ; Mik et
ai. ,
1999). Leur inhibition suite à une augmentation du rapp01i ATP/ADP, induit une dépolarisation membranaire suivie par l'entrée massive de Ca++ via les canaux calciques voltage dépendants, en provoquant !'exocytose de l'insuline (Jones et al., 2010). Une seule mutation hétérozygote au niveau de gène de ces molécules ou de leurs facteurs de transcription induit le Mody (maturity-onset diabetes of the young) alors qu'une mutation homozygote induit le diabète néonatal (Stoffers et al., 1997 ) (fig.2). Par contre dans le DT2, la diminution de la sécrétion est progressive, causée par une perte de la masse et de la fonction des cellules ~· Le mécanisme de cette dernière est obscur, probablement programmé génétiquement (le polymorphisme E23K de KIR6,2 (Hani et al., 1998) induit la désensibilisation des KATP à l 'ATP (Schwanstecher et al., 2002) favorisé par l'obésité et l'âge (Ashcroft et aL, 2004) où il y 'a une diminution de 40%dans la production de l' ATP et aggravé par la glucotoxicité et glucolipotoxicité (Yaney et al., 2003) via la production des radicaux libres, ce qui altère la production de l'ATP par la mitochondrie par accumulation des mutations et activation des UCP-2 ( uncoupling protein ) (Krauss et al., 2004; Zhang et al., 2001).
Synthèse Bibliographique
l·
'J
~
ilFigure 2. Model de mécanisme sécrétion d'insuline par la cellule B associé à des Mody et autre anomalies génétiques (Graeme et al., 2001).
1.2.2.3. Le mécanisme d'action de l'insuline
A. Récepteur de l'insuline et voies de signalisation
La stimulation du métabolisme du glucose par l'insuline nécessite que l'hormone doit d'abord se lier à ses récepteurs spécifiques présents sur la surface des cellules cibles (Whitehead et al., 2000; Saltiel et al., 2001). Le récepteur de l'insuline (RI) est une glycoprotéine formée par l'assemblage de deux sous unités a. et de deux sous unités f3 (Defronzo, 1997). La suppression de l'activité tyrosine kinase (sous unité
f3)
rend les RI incapables à transmettre le signal de l'insuline (Ebina et al., 1987).La liaison de l'insuline à la sous unité a. produit un changement de conformation (Villa et al., 2002) suivi par une autophosphorylation de plusieurs sites tyrosine de la sous-unité f3 aboutissant à la transphosphorylation de plusieurs substrats : les protéines IRSs (insu/in receptor substrate),
SHC (Src Homology-Collagen), Gabl (Grb2-adapter binderl), Cbl (Casitas B-line age lymphoma), APS (Adaptor protein containing PH and SHJ domains), P60dok [ Roith et al., 2001 ; Vanden, 2006]. Ces derniers fournissent un site d'encrage pour différentes protéines ayant un domaine SH2 (Src- homology- 2) (fig. 3) (Roth et al., 2001 ; Delattre et al., 2003) .
....
S+l-S 1 1 S-H-S
s+t.s
1 1s.i+-s
Extracellular Membrane .
• ' •• ~ •. fo • -- ---.,._ ..
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Protease-
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Ty.rosineSensitive Kinase Reg ion . - Demains·
SH2-Domains~
Figure 3. Structure moléculaire de récepteur de l'insuline (Krippeit et al., 1994).
Ces événements déclenchent plusieurs voies de signalisation à savoir :
• Voie mitogen-activated protein kinase (MAPK) :
L'association du récepteur de l'insuline avec les protéines SHC et Grb2 (Growth factor receptor-bound protein 2) provoque une cascade de phosphorylations aboutissant à l"activatîon des molécules JNK(c-Jun NH2-terminal kinase), Erkl/2 (Extracellular signal-regulated kinase 111) et p38. Ces molécules sont impliquées dans la prolifération cellulaire et l'apoptose (Bougle et al., 2009).
• Voie liée à Pinsulin receptor substrates (IRS} :
Cette voie est caractérisée par la phosphorylation des PI3K par les IRS. La PI3K induit la production de- PIP-3- (phosphoatidylinositol 3, 4, 5 phosphate) qui se lie au domaine PH (pleckstrin homology) de la PDK -1 ( phosphoinositide-dependent protein kinase). A son tour,
Synthèse Bibliographique
celle-ci active l' AKT (Farees, 2001) qui joue un rôle crucial dans le métabolisme glucidique (favorise la translocation du GLUT4 (Glucose Transporter 4), lipidique et protéique (fig. 4) · (Okada et al., 1994).
Insuline
Transcription S}'Jlthèse proiéique Croissance cellulaire Différenciation
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1
Vasoconstriction 1 Vaso.relan:tion f.ndothéliwn
GSK3
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~
Néogl'IKogénèse '\._ Synthèsede glycogène Muscle Tissu adipeu~
Foie
Figure 4: Les voies de signalisation de l'insuline ( Muniyappa et al., 2007)
La voie PJ3-K régule le métabolisme du glucose dans le muscle squelettique, le tissu adipeux blanc et le foie ; e//e contrôle la production de NO et la vasodilatation au niveau des vaisseaux. La voie MAPK contrôle la croissance et la prolifération cellulaire. NO (nitric oxide ); eNOS ( endothelial Nitric Oxide Synthase) ; PKC (Protéine KinaseC) ( Muniyappa et al., 2007).
Au niveau de cette voie plusieurs anomalies surviennent et interviennent à la survenue et l'aggravation de l'insulinorésistance et le diabète type 2. Une diminution de nombres des RI et de leur activité tyrosine kinase probablement en réponse respectivement à une hyperinsulinisme et une glucotoxicité in vitro (Kellerer et al., 1994).
Un déficit de l'effet de l'insuline sur l'activation des IRS-1 au niveau des muscles des sujets obèses non diabétiques et des sujets diabétiques (Cusi et al., 2000) est fortement corrélé avec la diminution de l'activité de la glycogène synthase au niveau des muscles (Andreellif et al., 1999).
En effet, les IRS 1/2 peuvent subir une phosphorylation inhibitrice sur le résidu serine/thréonine sous l'effet de l'inflammation et stress oxydant ou par mutation des gènes IRS conduisant à l'interruption du signal (Tanti et al., 2009) et à un recrutement déficient de la PI3K ou à une augmentation de sa dégradation (Marette, 2002 ; Zick, 2003).
Un déficit de l'insuline sur l'expression génique des PI3K a été également démontré dans le muscle squelettique et les tissus aâipeux des sujets DT2 (Westermark et al., 1978).
L'augmentation de l'expression de la p85a de la PI3K musculaire observée dans de nombreux cas d'obésité, pouvant interférer entre le complexe p85/pl 10 et ses effecteurs, est une autre anomalie inhibitrice de la voie de signalisation de l'insuline (Draznin, 2006).
La voie MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) n'est pas affectée dans des conditions de l'insulinorésistance (Cusi et al., 2000 ; Jiang et al., 1999). Cependant son rôle dans l'aggravation de cette dernière est démontré par la surexpression des ERKl/2 suite à une hyperinsulinisme ( Sasaoka et al., 1994) en induisant la phosphorylation des IRS-1 au mveau serine/threonine (Defea et al., 1997).
B.Rétrocontrôle négatif de l'insuline
Plusieurs mécanismes sont impliqués dans l'interruption du signal de l'insuline:
- Les PTP (protéines tyrosine phosphatases) incluant ptp 1 b catalysent la déphosphorylation des RI et ses substrats (Elchebly et al., 1999 ; Klaman et al., 2000). Il est trouvé que Vanadate, inhibiteur de PTP, (Huyeret et al., 1997) possède un effet antidiabétique in vivo (Boden et al., 1996)
- Les PTEN (Phosphatase and Tensinhomolog) et SHIP2 (SH2 inositol-5-phosphatase) induisent la déphosphorylation des PIP3 (Lazar et al., 2006 ; Butler et al., 2002) on rapporté qu'un traitement par des oligonucléotides antisens spécifiques aux PTEN (réduction de 80% de taux d' ARNm dans le foie et les adipocytes) normalise la glycémie chez les rats .
Synthèse Bibliographique
C. Effe métabolique de l'insuline
a. Transport et phosphorylation du glucose
L'insuline favorise l'entrée du glucose dans les cellules en augmentant le nombre de transporteurs dans la membrane plasmatique (fig.5) (Shepherd et al., 1999; Garvey et al., 1998).
Deux types de transporteurs existent :
*La pompe Na+
!IC
ATPase (dépendant du Na+ a lieu dans de l'épithélium intestinal ou les tubules proximaux) (Foretz et al., 1999).* Les GLUT (glucose transporter) regroupés essentiellement en cinq isoformes couplés avec des exokinases (HK) spécifiques (tableau 1), (Bjornholm et al., 2005).
Les transporteurs membranaires de glucose sont caractérisés par une spécificités du distribution tissulaire (Bell et al., 1993 ; Kayano et al., 1988) et une affinité au glucose (Colowick et al., 1973) qui assurent à l'organe une fonction spécialisée afin de maintenir l'homéostasie glucidique.
La réduction de transport et d'utilisation du glucose musculaire et adipocytaire chez les sujets diabétiques est expliquée par une altération de translocation du GLUT4 (Kelley et al., 1996 ; Shepherd et al., 1999) ou une diminution de son activité intrinsèque (Napoli et al., 1995)
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Membi-ane
c ~
Réticulum EndoplasmïquePlasmatique
If GLUT4
/
Figure 5. Translocation du transporteur de glucûse GLlJT 4 à la membrnne en réponseà l'insuline (Bjomholm et al., 2005) .
Cette réduction est accompagné souvent par une diminution de la phosphorylation du glucose en glucose 6 phosphate par les hexokinases (Williams et al., 2001), particulièrement HKII qui joue un rôle crucial dans l'absorption de glucose par les adipocytes et les muscles (Halseth et al., 1999). La stimulation par l'insuline de l'expression génique ainsi que l'activité intrinsèque de cette dernière semblent être altérer (Vogt et al., 2000 ; Ducluzeau et al., 2001). Ces altérations apparaissent tôt chez les sujets diabétiques ainsi que les obèses et elles ne peuvent pas être expliques par une glucotoxicité (Rossetti, 1990) ni par des anomalies géniques (Lehto et al., 1995).
b. Stockage du glucose
Une fois le glucose est phosphorylé il peut être converti en glycogène dans les muscles ou le foie sous l'effet de l'insuline. La réduction de cet effet présente un déficit précoce et caractéristique de touts les types de l 'insulinorésistance (Gulli et al., 1992 ; Jones et al., 1997).
L'enzyme clé dans cette voie est la glycogène synthase (Sheperd et al., 1995 ; Frame et al., 2001), elle est activée par déphosphorylation par PPl(protéine phosphatase), (Frame et al., 2001) et PPl à son tour est activée par ISPK(insulin stimulated protein kinase), (Newgard et al., 2000).
Par conséquent, un déficit dans l'activité du glycogène synthase (Nikoulina et al., 2000) et PPl(Newgard et al., 2000) ainsi que leurs stimulation par l'insuline (Henry et al., 1996) jouent un rôle majeur dans le mécanisme de l'insulinoresistance dans les muscles. Des études transgéniques montrent que ces déficits ne peuvent pas être expliqués par des anomalies au niveau des gènes de ces enzymes (Procharzka et al., 1995 ; Schalin et al., 1992), suggérant que leurs cause majeur est des anomalies de phosphorylation des RI.
Dans le foie l'insuline active le glycogène synthase en favorisant leur déphosphorylation par inhibition de GSK3 (glycogène synthase kinase-3). Cette dernière semble être une cible thérapeutique majeure, selon plusieurs études (l'utilisation du lithium comme inhibiteur spécifique de GSK3 a activé la glycogène synthase et engendre des effets antidiabétiques in vivo (Ryves et al., 2001).
De plus, l'insuline inhibe les voies de la néoglucogenèse par l'inhibition des enzymes clé de la régulation de cette voie PEPCK (phosphoénol pyruvate carboxykinase) et le G6Pase (glucose 6 phosphatase) (Herzig et al., 2001 ; Yoon et al., 2001) essentiellement par l'inactivation de facteur transcriptionnel, FOXO 1 de ses gènes et la glycolyse dans le foie, par conséquent une
Synthèse Bibliographique
altération de son activité va augmenter la production hépatique du glucose. Cette dernière constitue la cause majeure del 'hyperglycémie chez les diabétiques [Defronzo et al., 1987).
L'insuline favorise la synthèse des lipides et inhibe leur dégradation par la stimulation de la synthèse des enzymes de lipogenèses tel que FAS (fatty acid synthase) et ACC (acetyl-CoA carboxylase) dans les tissus adipeux (Brown et al., 1998 ; Foretz et al., 1999) alors que dans le foie des études indiquent que SREBp-C 1 (Sterol regula(ory element-binding protein-1 c) est un médiateur majeur de l'action de l'insuline sur l'expression génique des lipokinases et glucokinases.
c.Glucooxydation et fermentation :
La voie de l'oxydation du glucose compte pour 90 % du flux glycolytique total, alors que la fermentation compte pour 10% (Groop et al., 1989). La déficience de ces deux voies est démontrée par plusieurs recherches dans le cas de diabètes type 2 (Avogaro et al., 1996). La phosphofructokinase (PFK) et la pyruvate déshydrogénase (PDH) jouent un rôle centrale dans la voie de fermentation et glucooxydation respectivement. La régulation de l'activité et de l'expression génique de PFK est indépendante de l'insuline (Browner et al., 1989). De plus il semble quelle n'est pas impliquée dans la pathogénèse de diabète type 2 (Wells et al., 1993). Par contre, l'activité de PDH est stimulée par l'insuline (Vestergaard et al., 1993), et la diminution de son activité est démontrée au niveau des adipocytes (Mandarino et al., 1986) et des muscles squelettiques (Kelley et al., 1992) du sujet diabétique. La rétro inhibition de PDH suite à w1e accélération de l'oxydation des acides gras libres (se trouvant en grandes quantité dans le DT2) peut expliquer la diminution de son activité (Defronzo et al., 2009).
1.3.Traitement antidiabétique 1.3.1.Antidiabétiques oraux (ADO)
La metformine : elle est impliqué dans l'inhibition de la néoglucogenèse hépatique et la stimulation de la captation du glucose dans le muscle (Cusi et DeFronzo, 1998 ; Bailey et Turner, 1996; Stumvoll et al., 1995) via l'activation de l'AMP-Kinase (Zhou et al., 2001), ce dernier régule la transcription des gènes impliqués dans la néoglucogenèse dans le foie et les transp01ieurs de glucose dans le muscle (GLUT4 ) (Shaw et al., 2005 ; Hardie, 2004 ).
Les sulfamides hypoglycémiants : Les sulfamides hypoglycémiants stimulent la sécrétion d'insuline sans influencer sa synthèse (Melander, 1996). Leur action sur la cellule~ se fait par le biais de l'inhibition des canaux potassiques et de l'activation des canaux calciques aboutissant à l'insulino-sécrétion (Cozma et al., 2002) , ils ont un risque d'hypoglycémie, dont la fréquence, la durée doivent être bien connues, surtout chez le diabétique insuffisant rénal ou âgé (Halimi,2006).
Les glinides : Ce sont des stimulateurs de la sécrétion de l'insuline est représentée par la répaglinide et la nateglinide. Ils ciblent plus spécifiquement la phase d'hyperglycémie postprandiale (Bolen et al., 2007).
Les inhibiteurs des alphaglucosidases : sont des analogues structuraux des oligo-saccharides alimentaires, s'exercent uniquement sur le tractus digestif. Ils diminuent la digestion des glucides et amortissent ainsi les excursions glycémiques postprandiales sans stimuler l'insulinosécrétion.
(Halimi et al., 2006 ; Bolen et al., 2007).
thiazolidinediones (TZD) ou glitazones : la rosiglitazone et la pioglitazone [Halirni., 2005]. Ils sont des agonistes des récepteurs nucléaire «Peroxisome Proliferator Activated Receptor» ou PP AR-gamma, abaissant les taux anormalement élevés d' AGL circulants (Yki-Jarvinen, 2005). Les TZD augmentent la concentration du transporteur de glucose GLUT4 (Szalkowsk et al., 1995) mais aussi sa translocation sur la membrane plasmique (Tafuri, 1996 ; Weinstein et al., 1993).
1.3.2. Insulinothérapie
Le but de l'insulinothérapie est d'induire une norrnoglycémie prolongée par multi-injections d'insuline ou par insuliné en continu grâce à la pose d'une pompe sous-cutanée d'insuline. Ce type de thérapeutique a pour base physiologique la mise au repos du pancréas avec possibilité d'une récupération partielle de l'insulinosécrétion au moment de l'arrêt du traitement insulinique intensif. La persistance d'une insulinosécrétion résiduelle suffisante (Bosquet, 2005).
1.3.3. Les incrétines
sont des hormones peptidiques sécrétées en réponse à l'ingestion d'aliments (Nauck et al., 1986), les plus importants sont GIP (insulinotropique glucose-dépendant ) et GLP-1 ( le
Synthèse Bibliographique
glucagon-like peptide-1 ), ce dernier est la plus intéressante pour la thérapie antidiabétique (Scheen, 2007) sécrété par les cellules L de l'iléon. Il stimule la sécrétion d'insuline, inhibe la sécrétion du glucagon, ralentit la vidange gastrique et réduit la prise alimentaire (Drucker et al., 2006 ; Nystrom et al., 2004 ). Il est inhibé très rapidement par une enzyme la DPP-4 (dipeptidyl- peptidase-4). les inhibiteurs de ce dernier sont des incrétinopotentiateurs administrés par voie orale (la sitagliptine, la vidagliptine et la saxagliptine) , les agonistes de GLP-1 (médicaments injectables) résistants à l'action de la DPP-4 (exénatide, liraglutide) sont Des nouveaux cibles thérapeutiques utilisées actuellement pour augmenter l'effet incrétine et donc la stimulation du sécrétion d'insuline (Gautier et al., 2005 ; Drucker et al., 2006).
Chapitre II: Le stress oxydatif 11.1. Définition
Le stress oxydatif est défini comme un excès de fo1mation et/ou déficit de l'élimination des ROS (reactive oxygen species) (Sies, 1991 ; Maritim et al., 2003). Les ROS incluent les espèces radicalaires (possèdant un électron célibataire) comme l'anion superoxyde (02·-), le radical hydroxyl (OH), peroxyl (R02"), hydroperoxyl (HR02._) et non radicalaire comme le peroxyde d'hydrogène (H202), l'acide hypochloreux (HOCl). Du fait de leur courte durée de vie, ces molécules réagissent quasi instantanément avec presque toutes les molécules organiques et inorganiques de la cellule (Bandarra et al., 1999 ; Guetteridge, 1993).
11.2. La production des ROS 11.2.1. Origine endogène
Dans l'organisme, il existe de nombreuses sources de ROS dont l'importance est variée selon les tissus :
11.2.1.1. La NADPH oxydase (NOX)
Elle se présente dans plusieurs types de cellules telles que les cellules endothéliales vasculaires, les cellules musculaires lisses et la membrane phagocytaire. Elle catalyse la formation d10 2·- (Griendling et al., 2000) selon la réaction :
20.~ + ~\ï_...fDPH
.K4D'PH ~.,~\~rd:CL!ie
- - - . . . 10--
11.2.1.2. La xanthine-oxydase
+ N.41JP,,_ +
H"
C'est une enzyme soluble qui génère 02·- et H202 en réduisant l'hypoxantine en xanthine et la xanthine en acide urique (Harrison, 2002) selon la réaction suivante :
Xw1i.J.fili,f1! ()_~· L!Jt.N
'1;7 -t. · ,
· "'o· •
ur< n
.. ~w1e111In f ~ h ;y-:- n.; v. _,,_ _ _ _ _ _ .,. .":!,>:, -~ ~.:...1,. i;i-H .,. ,,.,;., • "'! "I1 '.' ~· i • "-· ""O.· :1 ·-.!.. · ... ':l.a r r
Synthèse Bibliographique
11.2.1.3. Les ions métalliques
Le fer et le cuivre sont de remarquables promoteurs de processus radicalaires selon la réaction de Fenton (Grange, 2007; Januel, 2003), le peroxyde d'hydrogène est décomposé en radical plus réactif ·oH (korsloot et al., 2004) comme suit:
.:rw ~~ ..L.. ·T."' 21•
.n.~~1 . .r !II"" tW-
+
"OH + F., .Le radical ·oH est aussi produit Par la réaction de Herber-Weiss (Haliwell et Gutteridge, 1989 ; Sorg, 2004) selon la réaction suivante :
lf 20 2 -i- 0 2 ...
... ·oH OFJ. ... _ a
11.2.1.4. La NO Synthase
Plusieurs cellules sont capables de produire le monoxyde d'azote (NO.) par l'oxydation de l'un des atomes N- terminaux de la L-arginine, cette réaction est catalysée par la nitrique oxyde synthase (NOS) (Chaubaud, 2007 ; Crow et al., 1994 ; Sorg, 2004) selon la réaction suivante
' NOS
L,.,..i!r ginir;1,s + O; + J!UDPH
L-citn.mne -NO' .
.!. ~\~WP"'Le No· peut réagir avec 02·-en produisant Noo· (wiemsperger, 2003 ; Cai et Harrison, 2000)
o
~:.·-
~+ ?-.~1~0·· - - - --!'l·ia.- ;.,-0(..T 11.2.1.5. La mitochondrieElle est la source majeure des ROS. Au niveau de sa chaine respiratoire, 1'02 subit globalement quadruple réduction et protonation conduisant à la production d'H202 [Gardès et Davies, 2003] selon la réaction suivante :
0::.
dioxygène
+è ~~ (-lH-'\
+a
-~ (-H-)Ot _ ,
H::_(~ • 'OH(+'OE;• _____.,. H~Op.eroxy::le radical
d'hy-::Jrogène hydrnxyle
radical su p•erox·y<Je
Les sites de production de 1'02·-sont le complexe I (HADPH-ubiquinone oxydoréductase) et complexe III (cytochrome bc1) (Balaban et al., 2005; Szewczyk et Wojtczak, 2002) par la fuite des électrons dans la matrice de la mitochondrie avant la fin du transport (fig.06). Sous l'effet de glucotoxicité, le complexe II (succinate ubiquinone réductase) présente la source majeur de la production des ROS (Brownlee et al., 2001 ).
me11t1Jrrurr: intl!nre
, complexe 1 ~
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~ 1 •
2 H• . ~
AOP + P,. ATP
H• Succ~e- 2 H'
lllOU'H'IIK'Df d'électTODS
- inhibition dn n·ansfert d"elttn·ons 3 H
0
, . . , . , produ<"tiou de ROS
Figure 06. Site de production des ROS au niveau de la chaine respiratoire (Brownlee, 2005).
Lorsque le fonctionnement de la chaîne respiratoire est nomzal et que le potentiel de membrane est faible, la production d'02~ par les complexe I et fils 'effectue au cours du transfert des électrons du complexe I au cycle des quinones (forward electron transfer ),/'utilisation de la roténone (ROT)et de l 'antimycine (AA) a permis de localiser la production de ROS au niveau de ces complexes) (Liu et al., 2002; Herro et baya,1997).
II.2.2. Origine exogène des ROS
Des toxiques tels que l'oxyde d'azote (NO) et 1e dioxyde d'azote (N02), présents dans notre environnement (goudron, tabac, polluants industriels), participent à ]a genèse de radicaux libres car ils sont responsables d'une auto-oxydation des acides gras polyinsaturés des alvéoles pulmonaires (Bartsch etNair, 200-0).
L'ingestion de l'alcool est suivie par la formation des ROS. Elle diminue l'activité des enzymes antioxydants (SOD, GSH, GPx) et abaisse la concentration de silinium et de vitamine E, tel que l'éthanol stimule la production 02°par l'induction<le synthèse-de NADPH oxydase (Milla, 2004).
Synthèse Bibliographique
L'administration de certains agents oxydant tel que l'alloxane qui capable d'induire le diabète via la destruction des cellules ~- Parmi ces agents, Son mécanisme d'action repose sur l'oxydation des groupements SH essentiellement de GSH et des enzymes particulièrement la glucokinase (Lenzen et al., 1991 ). Ensuite le produit de sa réduction l'acide diallurique établie un cycle d'oxydoréduction (Grankvist et al., 1981) avec formation de radicaux superoxydes associé à l'internalisation de fortes doses de calcium dans le cytosol provoquant ainsi la destruction rapide des cellules ~ (Ammon et al., 1983 ; Lenzen et al., 1996 ).
11.3. Systèmes antioxydants
11.3.1 Systèmes antioxydants endogènes 11.3.1.1. Les superoxydes dismutases (SOD)
Ils sont des métalloprotéines catalysent la dismutation des ions superoxydes en peroxydes d'hydrogènes et d'oxygène (Nelson et al., 1994) selon la réaction suivante :
S O:D
2 ·0 =:.- -+ 2~ - - - -:FT:=O =-+ 0
=
11.3.1.2. La catalase (CAT)
La réaction catalysée par cette enzyme est une dismutation du peroxyde d'hydrogène en l'eau et en l'oxygène moléculaire (Clausse, 2001 ; Delattre et al., 2005).
C..:..4 T
? ..c.i7f.-.:...- 0 ~ O.= -+--::- """4.~-0
II. 3.1.3. La glutathion peroxydase (GPX) et réductase (GR)
La GPX est une sélénoenzyme présente dans le sang, les membranes et le cytosol, elle réduit l'H202 en H20 et les hydroperoxydes (ROOH) en alcools (ROH) (Delattre et al., 2005 ; Chaubaud, 2007) selon les réactions suivantes :
GFX (S"s)
2 H ::O:: + 2 G.~;H"
---!.,....
GS.S G + .2H"::OG~~ (S.s)
ROOE!~ + 2 GS H ROH+ H::O + GSS G
La GR régénère le GSH à partir du GSSG grâce au NADPH utilisé comme donneur d'électrons (Beby, 1991 ; Virot, 2004), selon la réaction ci-après:
GR
GS.S'G + '.!\"'..AJJP'H,
F
2&~.H+
}i,~4DP~II.3.1.4. Glutathion
C'est un tripeptide (acide glutamique-cysteine-glycine) synthétisé principalement au niveau du cytosol, il permet de produire certain espèces réactives telles qu'ONOO-, HOCl
G;,s~H +·.~îl:~ ;l!l!o; GS~
+
R::..~Il est capable d'inhiber la réaction de Fenton par la chélation les ions cuivreux et ferreux en produisant le radical thiyles (GS') (Delattre et al., 2005 ; Elia et al., 2006 ; Valko et al., 2007).
G
,.ir.· · n
...,·
...!.. • _ 'P S -+3 .·1. ;c. ··-.Li -+:;i).: · ._. Gr' ...:i r·, -l-• _ 'P ,!3 +1 , . .,. ."-·.. "' L.i :+~ /Il réduit aussi le peroxyde d'hydrogène et les radicaux formés par l'oxydation des vitamines E et C, baissant ainsi les niveaux de peroxydation lipidique (Power et Lennon, 1999)
II.3.1.5. La thiorédoxine (TRX)
La thiorédoxine (Trx-(SH)2) réduit des protéines clefs pour le développement, la division cellulaire ou la réponse au stress oxydatif (Reichheld et al., 2005) selon la réaction suivante :
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·1Le (Trx-(SH)2) réduite à son tour par le NDPH sous l'action de la thiorédoxine réductase Trx-S2 (Delattre et al., 2005) selon la réaction suivante :
frx~~1
+
~\~4DPH,Jt.
1kr.-(S~)".+ ~."ADP:.Synthèse Bibliographique
11.3.2. Systèmes antioxydants exogènes
11.3.2.1. La vitamine E (ou a-tocophérol)
C'est un antioxydant liposoluble, limite la peroxydation des acides gras membranaire polyinsaturés par l'interruption de la phase de propagation radicalaire des acides gras insaturés [Burton et al., 1982]. Les tocophérols sont oxydés par R", ROO", 02• en quinone et semi quinone (Celdman, 2005) selon les réactions ci-après :
RA 02 <> +
HO~ 0 __ :_:.. - -
hydropero.xy g '
0
0 ~~
R.o,•+
~«' '--
~·~a
R~OOH +
" . ...
hydroperoxyde A radical tocophérOJ1;.Yle (instable
R a OOH +
O ~ ~ .~ ~
.~
-"-..
- - - -To~OJ)hérvl llUinone
Il régule aussi à la hausse les enzymes antioxydants, telles que la SOD, la glutathion peroxydase, la catalase du foie, la glutathion-transférase et la NAD(P) H réductase (Vertuani et al., 2004).
11.3.2.2. La vitamine C (ou acide ascorbique)
Elle est un antioxydant hydrosoluble, empêche l'oxydation des LDL ; elle capte "OH et 02·- et peut aussi réduire le radical a.-tocophérol (Evans, 2000 ; Packer et al., 1997). Elle a un pouvoir scavenger puissant puisque elle peut réagir avec l,.OH ainsi que 1'02"-et le ROO", le radical ascorbyl qui en résulte ne développe pas de réactions ultérieures dommageables (Gardès et al., 2003).
11.4. Impact des ROS sur l'organisme
Le déséquilibre du statut redox intracellulaire a un impact grandiose sur le bon fonctiom1ement des organes et notamment via l'altération des constituants moléculaires de la cellule (lipides, protéines et ADN)
