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Etudes de toxicité
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Plusieurs niveaux d'organisation…
Organismes entiers Cellules en culture Organelles ou fonction Photosynthèse (chloroplastes) Protéines Cytochrome P450 (organique) Métallothionéine (inorganique) Acétylcholine estérase (cible moléculaire des insecticides organophosphorés)
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Chez divers types d'organismes
Invertébrés=> eau douce ou salée Daphnia magna (microcustacés) Poissons => eau douce ou salée Amphibiens (grenouilles…) Vers de terre => sol Caenorhabditis elegans Protozoaires et petits métazoaires Bactéries Sentinelles Test en labo
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Plusieurs types de réponses
Certaines protéines spécifiques Métallothionénine (Cd, Pb...) P450 (organiques) Monooxygénases (organiques)
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Plusieurs types de stress
Choc thermique … modèle et précurseur Plus vieille réponse de stress des êtres vivants Homéostasie des protéines Chaperones Assemblage Trafic transmembranaire et sécrétion
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Choc thermique Nombreuses protéines Hsp 27:
Hsp32: Heme oxygénase 1 (HO1)
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Choc thermique Caractéristiques Thermotolérance Régulation par HSF
Protéines communes à de nombreux autres stress: Stress oxydatif, mauvais repliment, stress toxique
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Stress oxydatif DRO (dérivés réactifs de l'oxygène - ROS)
H2O2, ROOH, O2•-, OH•-, ONOO-, ? Produits très réactifs (OH•-) Diffusant loin de leur point de formation (H2O2) Formant des radicaux libres capables d'amorcer/propager des réactions en chaine ( O2•-) Lipides insaturés des membranes => perte de propriétés Protéines => dénaturation ADN => mutations => Associé à pathologies: cancer, Alzheimer, asthme, ischémie, déficits fonctionnels liés au vieillissement, diabète,
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Stress oxydatif: systèmes protecteurs
Antioxydants endogènes ou alimentaires => Désactivateurs ("scavengers" intra- ou extracellulaires) Vitamine C (ascorbate), vitamine E, polyphénols, Méthionine et autres échangeurs thiol-disulfures… Systèmes Catalase-SOD Diverses peroxydases Glutathion Principal agent de maintien des conditions réductrices du cytoplasme Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)
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Stress oxydatif: glutathion
Principal agent de maintien des conditions réductrices du cytoplasme Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)
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Stress oxydatif: glutathion
Glutathion: tripeptide oscillant entre formes oxydées (GSSG) et réduites (GSH) Élimination de molécules oxydantes: H2O2 Regénéré par réduction en GSH avec NADPH + H+ Cytoplasme: GSH:GSSG = 50:1
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Stress oxydatif: superoxyde dismutase
2 O H > H2O2 + O2 Cofacteur métallique: Zn2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+ Tetrahymena: 1 Mn/Fe et 1 Cu/Zn formula
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Stress oxydatif: catalase
2 H2O2 ==> 2 H2O + O2 H2O2 seulement formula
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Stress oxydatif: GSH peroxydase et réductase
GSHPx 2 GSH + H2O2 ==> GSSG + 2 H2O Élimination du H2O2 + ac. gras peroxydés GSH réductase GSSH + NADPH + H+ ==> 2 GSH + NADP+ Régénération du GSH Régénération du NADPH: voie des pentoses formula
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Réponse aux protéines dépliées
UPR (unfolded protein response) Elimination des protéines mal repliées ou dénaturées Réticulum endoplasmique Protéines chaperon de type GRP Induites par absence de glucose Blocage/ralentissement de la production de protéines "normales"
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Applications Sentinelles Détection de toxiques QSAR Test de toxicité
Sur le terrain Au labo
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Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO
Heme oxygenase • Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO 3 types HO I : inductible (réponse à certains stress) 32 kDa = HSP32 HO 2 : constitutive 36 kDa HO 3: cerveau (?) ==> gènes différents (pas isoformes)
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Heme oxygenase I Induction
• Induite par nombreux stress dans toutes cell. étudiées Choc thermique Toxiques organiques ou inorganiques Autres stress (radiations UV, ) Sauf hypothermie
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Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO
Hème oxygénase • Heme ----(HO)----> Biliverdine + Fe2+ + CO Requiert aussi O2 et NADPH Hème = pro-oxydant à éliminer NADP+ doit être recyclé en NADPH + H+ Biliverdine = antioxydant Transformé en bilirubine (puissant anti-oxydant) Fe2+ = agent pro-oxydant Rn de Fenton (si H2O2) Doit être éliminé ou stocké (ferritine) CO Messager local (relié à NO)
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Heme oxygenase I Réaction catalysée
• Heme + 3 O NADPH + 3 H+ --> Biliverdine + Fe2+ + CO + 3 H2O + 3 NADP+ HO travaille de concert avec P450 et une réductase Biliverdine > bilirubine
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Heme oxygénase
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Heme oxygenase •
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Nomenclature • H2O2 peroxyde d'hydrogène O2•- superoxide
OH•- radical hydroxyde ONOO- peroxyde nitrique
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Réaction de Fenton Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + OH• + OH-
Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + HOO• + H+ => Formation de radicaux libres potentiellement dangereux
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