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BCM 1502 examen intra 20 questions (½ qcm; ½ développement court) Structure de molécules à savoir = cortisol. Voies métaboliques = vision globale et schématique.

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1 BCM 1502 examen intra 20 questions (½ qcm; ½ développement court) Structure de molécules à savoir = cortisol. Voies métaboliques = vision globale et schématique (tel que présenté sur les diapositives de résumé) Enzyme à connaître avec leur réactions = enzyme inhibés par un médicament, impliqué dans une maladie ou enzyme clé de la voie. Médicaments à connaître = tous les médicaments mentionnés sur les diapositives. Savoir leur nom et l’enzyme qu’ils bloquent. Je mets une emphase sur les molécules / enzymes / voies recoupant plusieurs cours (e.g.: cortisol)

2 Métabolisme des eicosanoïdes et leurs fonctions biologiques Voet, chapitre 25.7 BCM 1502 Johnny Deladoëy MD PhD CHU Sainte-Justine

3 Eicosanoid Synthesis Copyright © by Joyce J. Diwan. All rights reserved. Certaines dias sont inspirées de…..

4 comprendre les eicosanoïdes, c’est comprendre la synthèse des molécules proinflammatoire comme les prostaglandines et les leukotriènes comprendre leur rôle comme dans l’inflammation, l’asthme, la formation de caillot sanguin etc... comprendre le principe des médicaments anti- inflammatoires comme l’aspirine, l’ibuprofen et les corticostéroïdes

5 eicosanoïdes: survol Découvert dans les années 1930 dans le sperme humain par Ulf von Euler. Il pensait que ces molécules provenaient de la prostate, d’où le nom «prostaglandines». En fait, elles proviennent des vésicules séminales, mais le nom est resté. Eikosi = 20; contiennent 20 carbones se lient à des récepteurs liés aux protéines G sont instables (décomposé en moins d’une minute) sont des médiateurs locaux - paracrines

6 Phospholipases

7 Arachidonate est relâché de son phospholipide par hydrolyse catalysée par la Phospholipase A 2. Cet enzyme hydrolyse la liaison ester entre l’acide gras et le groupe OH en C2 du résidu glycérol, relâchant l’acide gras & un lysophospholipide comme produits de réaction. L’acide gras arachidonate est souvent estérifié en OH sur le C2 du phosphatidyl inositol.

8 Après phosphorylation du PI en PIP 2, la molécule est scindée via Phospholipase C et produit du diacylglycerol (et du IP 3 ). La relâche de l’arachidonate du diacylglycerol est ensuite catalysée par la Diacylglycerol Lipase. La voie du Phosphatidyl inositol peut auss conduire à la relâche d’arachidonate

9 Phospholipases

10 Les corticosteroïdes sont anti-inflammatoires car ils inhibe l’expression des Phospholipases A 2, reduisant ainsi la relâche d’arachidonate. Il y a de multiples Phospholipase A 2, sujettes à l’activation via differentes voies de signalisation.  Le platelet activating factor est impliquées dans l’activation de variants de la Phospholipase A 2.  Des essais infructueux ont été tentés afin de développer des médicaments pouvant inhiber que certaines isoformes particulières des Phospholipase A2, ce afin de traiter les maladies inflammatoires. Les succès ont été «limités» par la diversité des Phospholipases A2, et par le fait que les arachidonates peuvent être convertis en eicosanoïdes inflammatoires ou anti-inflammatoires dans différents tissus.

11 eicosanoïdes: survol Voie cyclique Voie linéaire

12 eicosanoïdes: survol PGH synthase = prostaglandine H synthase, aussi nommée COX 2 activités: cyclo-oxygénase (inhibé par aspirine) peroxydase Prostacycline synthase Thromboxane synthase PGH

13 Prostaglandines et thromboxanes: structure et fonction

14 Prostaglandines et composés apparentés sont connus sous le nom d’ eicosanoïdes. L’ acide arachidonique en est la source, c’est un acide gras polyinsaturé (5,8,11,14-eicosatetraenoic acid). Les eicosanoïdes sont considérés comme des ”hormones locales.” (effet autocrine et paracrine)  Paracrine: effet proche de leur lieu de formation.  Sont rapidement dégradées. En plus d’avoir un effet intercellulaire (paracrine), il y a des évidences d’effet “auto”-cellulaires (autocrine).

15 Récepteurs des prostaglandines (PG):  Les PG & composés associés sont transportés en dehors de la cellule qui les a synthétisé.  Interagissent avec d’autres cellules via les récepteurs couplés aux G-protèines (à la surface de la cellule).  Suivant le type de cellules, et le type de sous-unités des G-protéine qu’elles contiennent, les PG peuvent stimuler ou inhiber la formation de cAMP, ou peuvent activer la voie du phosphatidylinositol conduisant à la relâche intracellulaire de Ca ++.  PPAR , un récepteur nucléaire avec activité de facteur de transcription, est aussi un récepteur des protaglandines.

16  Les récepteurs prostaglandines sont nommés par les lettres codes des prostaglandines & co. correspondants. E.g., receptors for E-class prostaglandins = EP. Thromboxane receptors = TP.  Récepteurs multiples pour une classe de prostaglandine sont spécifiés par un indice numérique (E.g., EP 1, EP 2, EP 3, etc.). Différents récepteurs pour une prostaglandine particulière peuvent activer différentes voies de signalisation. Les effets d’une prostaglandine particulière peuvent varier dans différents tissus, dépendamment des récepteurs exprimés par un tissu particulier. E.g., dans différentes cellules, PGE 2 peut activer ou inhiber des G-proteins, conduisant soit à une augmentation ou à une diminution de la formation de cAMP.

17 eicosanoïdes: survol - fonction

18 eicosanoïdes: rôles physiologiques réponse inflammatoire production de la douleur et de la fièvre induction de la coagulation du sang régulation de la pression artérielle contrôle de plusieurs fonctions de la reproduction comme le déclenchement de l’accouchement régulation du cycle sommeil / éveil

19 PGE 2 (prostaglandin E 2 ). Les Prostaglandines ont un anneau cyclopentane.  Le code lettre est basé sur les modifications apportées à l’anneau (e.g., hydroxyl or keto groups).  L’ indice numérique = nombre de liaisons doubles dans les 2 chaînes latérales. Les Thromboxanes sont similaires mais ont un anneau cylcohexane.

20 Structure des prostaglandines

21 Prostaglandines et thromboxanes

22 eicosanoïdes: 2 voies Voie cyclique -prostaglandines -prostacyclines -thromboxanes Voie linéaire -leucotriènes -lipoxines

23 Eicosanoïdes: 2 voies

24 Voie cyclique Prostacycline synthase Thromboxane synthase

25 Voie cyclique PGH synthase = cyclooxygénase COX 2 activités: cyclo-oxygénase (inhibé par aspirine) peroxydase

26 Voie cyclique PGH synthase = prostaglandine H synthase 2 activités: cyclo-oxygénase (inhibé par aspirine) peroxydase

27 PGH synthase = prostaglandine H synthase Rose = hème Orange = (de haut en bas) Tyr385; Ser530; Arg120 Bleu = tunnel hydrophobe

28 PGH 2 Synthase contient un noyau heme dioxygénase, lié à la membrane du RE. (Une dioxygénase incorpore O 2 dans un substrat). PGH 2 Synthase exerce 2 activités: cyclooxygénase & peroxidase.

29 PGH 2 Synthase (avec double activité de cyclooxygénase & peroxidase) est aussi connue sous le nom de Cyclooxygénase, abrégé COX.

30 Un peroxide oxyde le fer de l’hème. L’hème oxydé accepte un electron du la tyrosine (Tyr385). Un remplacement par mutagénèse de Tyr385 annule l’activité COX The resulting tyrosine radical is proposed to extract a H atom from arachidonate, generating a radical species that reacts with O 2.

31 PGH synthase = prostaglandine H synthase Inhibition par AINS Rose = hème Orange = (de haut en bas) Tyr385; Ser530; Arg120 Bleu = tunnel hydrophobe

32 Ibuprofen & composés associés bloquent le tunnel hydrophobe par lequel l’arachidonate entre dans le site actif de la cyclooxygénase. Les anti-inflammatoires non-stéroïdiens (AINS), comme l’aspirine ou l’ibuprofen et ses dérivés, inhibent l’activité cyclooxygenase de la PGH 2 Synthase.  Ils inhibent la formation de prostaglandines impliquées dans la fièvre, la douleur, & l’inflammation.  Ils inhibent la formation de caillot sanguin en bloquant la formation de thromboxane par les plaquettes (thrombocytes).

33 L’aspirine acétyle une sérine un groupe hydroxyle proche du site actif, ce qui empêche la liaison de l’arachidonate. L’inhibition par l’aspirine est irréversible. Cependant comme toutes les cellules du corps re- synthétisent la PGH 2 Synthase, cela restore l’activité cyclooxygénase.

34 Inhibiteurs de l’activité cyclooxygénase Non le paracétamol n’est PAS un AINS aucune action sur COX1 et COX2 (evtl COX 3)

35 Le paracétamol a peu / pas d’effet sur COX-1 ou COX-2, et conséquemment n’a pas d’effet anti- inflammatoire. De là on hypothétise l’existence d’une 3ème isoforme de la PGH 2 Synthase, la COX-3, synthétisant des dérivés impliqués dans la douleur et la fièvre et sujette à l’inhibition via l’acétaminophène (Tylenol). Paracétamol – Acétaminophène -Tylénol -

36 Le Thromboxane A 2 stimule l’agrégation plaquettaire, étape essentielle à la formation de caillot sanguin.  Beaucoup de personne prennent quotidiennement de l’aspirine pour ces propriétés anti-thrombotiques, attribuée à l’inhibition de la formation de thromboxane par les plaquettes.  Cet effet dure au-delà de la ½ vie de l’aspirine car les plaquettes n’ont pas de noyaux et ne peuvent pas synthétiser de novo la COX. Voie cyclique

37 Aspirine: inhibition irréversible

38 Aspirine: augmentation de synthèse des leucotriènes (pro-inflammatoire) Chez certains asthmatiques, la consommation d’aspirine peut favoriser une crise d’asthme (bouffée de leucotriènes)

39 Aspirine: augmentation de synthèse des lipoxines (anti-inflammatoire) Par contre, dans certains tissus, l’activité anti- inflammatoire de l’aspirine peut être majorée par augmentation de synthèse des lipoxines (inhibant l’action des leucotriènes)

40 La PGH 2 Synthase a 2 isoformes: COX-1 & COX-2 (Cyclooxygénase 1 & 2):  COX-1 est exprimée constitutivement à bas niveaux dans quasiment tous les tissus.  COX-2 dont l’expression est finement regulée. La transcription de COX-2 est stimulé par des facteurs de croissance, des cytokines et des endotoxines. L’expression de COX-2 peut être augmentée par le cAMP, et dans plusieurs cellules le PGE 2 produit par COX-2 peut à son tour faire augmenter le cAMP.

41  COX-1 est essentiel pour la formation du thromboxane dans les plaquetes, et pour le maintien de l’intégrité de l’ épithelium gastrointestinal.  COX-2 : son niveau d’expression est augmenté dans les maladies inflammatoires comme l’arthrite. L’inflammation est associé avec la sur-expression de COX- 2 & l’augmentation subséquente de prostaglandines.  COX-2 : expression est augmenté dans les cellules cancéreuses. Angiogénèse, qui est essentiel à la croissance tumorale, requiert du COX-2. La surexpression de COX-2 conduit à une expression augmentée de VEGF (vascular endothelial growth factor). L’utilisation régulière de AINS est associée avec une diminution du risque de développer un cancer colo-rectal.

42 Inhibiteurs spécifiques de COX2 «COXIB» le volume du canal du site actif de COX2 est supérieur à celui de COX1 les COXIBs peuvent pénétrés dans le canal COX2 mais pas dans le canal COX1

43 Most AINS inhibent COX-1 & COX-2. Des inhibiteurs sélectifs de COX-2 ont été développé, e.g., Celebrex et Vioxx.  Les inhibiteurs COX-2 sont anti-inflammatoire & analgésique, et ont moins d’effet secondaire a/n gastrique associés avec prise chronique d’AINS bloquant les COX-1.  Un tendance à développer des caillots en prenant ce type de médicaments est attribué à: Diminution de production de prostaglandines anti- thrombotique (PGI 2 ) par cellules endothéliales bordant les vaisseaux sanguins. Pas d’inhibition de la formation de thromboxanes via COX-1 dans les plaquettes.

44 Voie linéaire

45 eicosanoïdes: survol Voie cyclique Voie linéaire

46 Voie linéaire (lipooxygénases) 5-; 12-; 15- lipoxygénases

47 E.g., 5-Lipoxygenase (réside dans les leucocytes), catalyse la conversion de l’arachidonate en 5-HPETE (5- hydroperoxy- eicosatetraenoic acid). 5-HPETE est converti en leucotriène-A 4, qui à son tour peut être converti en leucotriènes divers et variés.

48 Un Fer (non lié à l’hème) du site actif des lipoxygenase. Le fer est lié à la lipoxygenase par 3 His. L’arachidonate se place dans une poche hydeophobe adjacente au site actif. O 2 vient de l’autre côté. la 5-LO nécessite la présence FLAP (5-Lo- activating protein) pour être active

49 5-Lipoxygenase requiert la protéine membranaire FLAP (5-lipoxygenase-activating protein). FLAP lie l’arachidonate et facilite son interaction avec l’enzyme. La translocation de la 5-Lipoxygenase du cytoplasme vers le noyau, et la formation d’un complexe incluant la 5-Lipoxygenase, FLAP, & Phospholipase A 2 en association avec l’enveloppe nucléaire a été observée drant la synthèse active des leucotriènes dans les leucocytes.

50 Les réactions des lipoxygenase débutent avec l’extraction du H de l’arachidonate, avec transfert d’e  vers le fer, réduisant celui-ce de Fe 3+  Fe 2+. Le radical d’acide gras résultant réagit avec O 2 pour former un group hydroxyperoxy. Le H extrait, & la position du groupe hydroperoxy, varie selon les différentes lipoxygénases (e.g., 5-Lipoxgenase ici montrée, 15-Lipoxygenase, etc.)

51 Les Leucotriènes jouent un rôle dans l’inflammation. Ils sont produits dans les sites d’inflammation dans les vaisseaux sanguins dans le cadre de la pathogénèse de l’athérosclérose. Leukotrienes are also implicated in asthmatic constriction of the bronchioles. Certains leucotriènes agissent via des G-protein coupled receptors (GPCRs) spécifiques dans la membrane cellulaire. Médications anti-asthmatique inclut:  Inhibiteurs de la 5-Lipoxygenase, e.g., Zyflo (zileuton)  Médicaments bloquant l’ interactions leucotriène- recepteur (muscles lisses des voies respiratoires).

52 Résumé

53 BCM 1502 Biosynthèse et catabolisme des nucléotides Métabolisme des eicosanoïdes et leurs fonctions biologiques Synthèse du cholestérol, sels biliaires et hormones stéroïdiennes Intégration générale du métabolisme énergétique Synthèse et dégradation de l’hème

54 A  -barrel domain at the N-terminus of Lipoxygenase enzymes may have a role in membrane binding. Explore the structure of Lipoxygenase, with a substrate analog present at the active site.

55 Cytochrome P450 epoxygenase pathways: Epoxyeicosatrienoic acids (EETs) and hydroxyeicosatrienoic acids are formed from arachidonate by enzymes of the cytochrome P 450 family. Other members of the cytochrome P 450 family participate in a variety of oxygenation reactions, including hydroxylation of sterols.

56 EETs are modified by additional enzyme-catalyzed reactions to produce many distinct compounds. They may be incorporated into phospholipids, and released by action of phospholipases. EETs have roles in regulating cellular proliferation, inflammation, peptide hormone secretion, & various signal pathways relevant to cardiovascular and renal functions. E.g., EETs inhibit apoptosis in endothelial cells. Shown is an EET produced from arachidonate by activity of a cytochrome P 450 epoxygenase. (14,15-epoxyeicosatrienoic acid)

57 La molécule signal ·NO (nitric oxide) peut initier la synthèse des prostaglandines en réagissant avec l’anion superoxide anion (O 2 ·  ) pour produire du peroxynitrite, qui oxyde le fer de l’hème permettant un transfert d’électron depuis le site actif tyrosine. La synthèse des prostaglandines en réponse aux stimuli inflammatoires peut être diminuée par des inhibiteurs de la Nitric Oxide Synthase.


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