Le Stress Oxydant

Le Stress Oxydant
Alain FAVIER
Département de Biologie Intégrée CHU
Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques CEA
Alain.Favier@ujf-grenoble.fr

Qu’est ce que le stress ?
• Rupture dans le fonctionnement d’une
fonction biologique traduisant un
défaut d’adaptation à l’environnement
– Stress psychologique: fatigue, dépression
– Stress nerveux: adrénaline
– Stress oxydant

Stress environnement et nutrition
Pb
SO2
NO2
ULTRA VIOLETS
O3
TABAC
ALCOOL
supplémentation
Vitamines
PROTECTION
couche
d'ozone
Oligoéléments micronutriments
antioxydants:
vitamines E, C
caroténe
oligoéléments
Se Cu Zn Mn
Herbicides
Grenoble 10 décembre 1993
GREP

Les radicaux et les espèces
actives de l’oxygène
• L’oxygène singulet
• L’anion superoxyde
• Le peroxyde d’hydrogène
• Le monoxyde d’azote
• Le peroxynitrite
• Le radical Hydroxyle
1
O 2
O 2 °
HOOH
NO°
HOONO
OH°

D’où viennent les espèces
actives et radicaux de l’oxygène
• De cellules spécialisées:
– les macrophages, monocytes et polynucléaires
• De nos toutes nos cellules:
– Par la source d’énergie, la mitochondrie
• De l’oxydation de composés:
– Enzymes oxydases, Cycle redox, P450
• De comportements dangereux:
– Tabac, alcool
• De l’environnement et de la pollution:
– Rayonnement radioactif, ultraviolets, pesticides,
Cadmium, Fer, Ozone, NOx

Phagocytose de
E coli par
polynucléaire
neutrophile

Comment nous protégeons
nous?
• En neutralisant les radicaux par des
piégeurs venant de la nutrition
• En neutralisant les radicaux par des
piégeurs fabriqués par nos cellules
• En prévenant leur formation par des
protéines qui contrôlent le Fer
• En les éliminant par des enzymes
antioxydants

Les piégeurs
de radicaux
ou
« scavengers »
R° + PiégeH RH + [P°]
Prennent l’électron célibataire du
radical en formant un nouveau
radical non dangereux qui sera
détruit et éliminé

Les antioxydants apportés
• Les antioxydants
majeurs
• Vitamines:
– Ascorbat
– Vitamine C
– Bêta carotène
– Ubiquinone
• Oligoéléments
– Zn, Cu, Se, Mn
par l’alimentation
• Autres antioxydants
• Caroténoïdes
• Poly phénols
• Dérivés soufrés
• Essences antioxydantes
• Dérivés indoliques

Les produits végétaux du sud sont
très riches en antioxydants
• La photosynthèse génère
beaucoup de radicaux libres
• Les antioxydants protégent les
plantes contre:
– Le soleil
– La sécheresse
– Les bactéries et virus
• Tomate: lycopéne
• Romarin: huiles essentielles
• Safran africain: curcumine
• Sauge: acide salvianolique
• Ail, oignon: centaines de dérivés soufrés
• Thé: aflavines
O2°
H2O2
chloroplaste
O2°
1
O2

Les enzymes
antioxydants
O 2
oxygè ne
Arginine
Ils sont codés Opar des gènes 2
NO qui
superoxyde dismutase CuZn
anion superoxy de
monoxyde
d’azote
s’adaptent à la teneur en radicaux
superoxyde dismutase
glutathion peroxydase
catalase
thioredox ine peroxydase
Mn
Se
Fe
H 2 O 2
peroxy de d’hydrogène
H 2 O
Fe
Cu
u
HO
radical hydroxy le
ONOOH
peroxinitrite
sélénopro téine P
Se
thioredox ine réducta se
Se
ADN oxydés
Lipides oxydés
Protéines oxy dées

Le stress: rupture d’adaptation
antioxydante
Déficit d’adaptation
Forte capacité d’adaptation
Stress !!
1
Pas d’exposition
50
surproduction
50
1
Pas d’exposition

stress oxydant
Les conséquences
du stress oxydant
détivés secondaires
toxiques (MDA,HNE)
oxydation lipides
oxydation LDL
cellules spumeuses
atherome
protéines
modifiées
fibrose
oxydation protéines
regulation redox
des signaux
cellulaires
adduit aldehydes
peroxydes
adduit radical
protéine
activation de
génes
redox sensibles
proliferation
oxydation ADN
réparation
G ---> C
mutations
cancer
autoimmunité
apoptose

Nos apports alimentaires en
antioxydants sont ils suffisants
• Pas de déficits sévères entraînant des
carences
• Des apports insuffisant en nombreuses
vitamines et oligo-éléments par rapport
aux recommandations
• Les apports diminuent chez le sujet âgé

Pourcentages de femmes dont les apports sont inférieurs aux Apports Nutritionnels
Conseillés (ANC) dans l ’étude SU.VI.MAX
(moyenne de 12 enregistrements alimentaires de 24 h sur 2 années)
60
50
40
30
20
10
%
2/3 ANC<

Apports
38
en Se en
67
Europe
65
32
1976
52 113
1986
45
129
70
42

• A.
• B.
• C.
Maladies héréditaires par mutations
de gènes antioxydants
Sclérose latérale amyotrophique
– vers 40 ans elle entraîne une atrophie musculaire progressive
puis la mort par paralysie respiratoire en 2 à 3 ans. Le gène
anormal a été identifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD
cytosolique
– Ex Exon 2 GGA -> AGA (Gly 37 -> Arg)
dégénérescence maculaire
– augmentation de la fréquence de l'allèle alanine et du génotype
alanine /alanine de la SOD
Chorée de Huntington
– fraxatine régule le fer intrra mitocho,ndriale

ALS : Sclérose latérale
amyotrophique
• Apparaissant vers 40 ans l’ALS entraine une atrophie
musculaire progressive puis la mort par paralysie
respiratoire en 2 à 3 ans. L'incidence est de 1 à 2
/100000 habitants en Europe et Amérique du Nord, et
5 à 10 % des cas sont familiaux et donc héréditaires .
• Certaines formes familiales de cette maladie
dégénérative des motoneurones sont liées à une
anomalie du chromosome 21q. Un géne anormal a été
identifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD
cytosolique.

Le transfert du gène muté des
malades est létal pour la souris
Le gène muté dans les formes
familiales est celui de la SOD Cu-Zn
GGA -> AGA
CTG -> GTG
120
100
80
60
40
20
0
survival analysi of mice transgenic for G93A SOD mutation (from Gurney
age (days
life span of control mic
GGC -> AGC
GGC -> GAC
CAT -> CGC
GGC -> CGC
GGT -> TGT
GGT -> GCT
GAA -> GGA
CTC -> GTC
ATT -> ACT

La théorie radicalaire du vieillissement
Theories of aging
:Harman un visionnaire?
metabolic
rate
Pearl 1928
Error
catastrophe
Orgel 1963
molecular cross
linking
Bjorksten
1968
changes in immunologica
O
Harman 1956
function
somatic
mutation
Szilard 1959
senescence
genes
Hayflick 1968
GRE
P

Que se passe il lorsque nous
vieillissons ?
• Les sujet âgé ont des apports diminués en
antioxydants
– Folates, vitamine C
– Sélénium, zinc
• Baisse de l’absorption intestinale: zinc, bêta
carotène
• Mitochondrie relâche beaucoup plus de RLO
• Gènes antioxydants perdent leur inductibilité par
RLO et donc leur adaptation
• Fréquence de l ’inflammation activant les
phagocytes

Effet du vieillissement sur l’adaptation des
SOD activity % of control
160
140
120
100
80
60
40
20
0
effect of age on capacity of
SOD induction in
Caenorhabditis 250 e.
gènes d’un vers au stress
0 3H 24H 48H
SOD activity % of control
200
150
100
stimulation, by plumbagin
50
0
young
middle
old
Darr 1995
0 24h 48h 72h
GRE
P
hyperbaric
oxygen

Relation entre la richesse en SOD des
correlation between maximum life
espèces et leur espérance de vie maximale
span potential and SOD (from Cutler 1985
16
12
SOD(U/mg prot)/
SMR (cal/gxday)
man
08
tree shrew
house
mouse
04
rhesus
chimpanzee
gorilla
baboon
green monkey
squirrel monkey
LifespanYears
deer mouse
20 40 60 80 100

Augmentation des peroxydes
lipidiques avec l’âge
• Résultats obtenus au
laboratoire du CHU de
Grenoble
• Méthode
fluorométrique à
l’acide
thiobarbiturique
2,9
2,7
2,5
2,3
2,1
1,9
1,7
MDA
1,5
11 ans 33 ans 50 ans
suvimax
86 ans
Minvitaox

Peut on vivre plus longtemps en
modifiant nos défenses antioxydantes?
• Par les manipulations
génétiques
• En évitant les expositions
• En augmentant nos apports en
antioxydants

Les manipulations génétiques
lifespan curves of adult Cu-Zn SOD-transgenic and
control Drosophila ( from Fleming 1992)
100
90
80
control
P (bSOD)11
70
percent alive
60
50
40
30
20
10
age (days)
0
0 20 40 60 80 100
GR
P

Suppression du gène p66 chez la
souris
Migliaccio M. Nature 1999, 402 ; 309
Le knock out d’un gène chez la souris
prolonge l’espérance de vie de 30% (36 mois
au lieu de 26). L’absence de la protéine
correspondante p66 protége les cellules des
radicaux libres générée par les UV ou H2O2 .
La protéine p66 exercerait un effet inhibiteur
sur les mécanismes de réparation de l’ADN

L’enrichissement en antioxydants de
l’alimentation et la prévention des
maladies liées à l’âge
• Troubles oculaires
• Vieillissement cutané
• Cancers
• Dégénérescence neurologique
Que peut faire la nutrition:
Améliorer la durée de vie moyenne en diminuant la
fréquence de ces maladies
Peu d’effet sur l’espérance maximale de vie

Maladies liées à l’âge
À 70 ans un sujet a 100 fois plus de risque de faire un cancer qu’à 20 ans
incidence des cancers

Dégénérescence
maculaire
• Dégénérescence du centre visuelle de la rétine:
la macula
• Altération du champ de la vision centrale
• D’abord gène à la lecture grave déficience
• 25% des personnes au delà de 80 ans
• Teneur en lutéine, zéaxanthine diminuées avec
âge et tabac

Lutéine et MLA
Apport moyen en France
1,25 mg/J
Aliments riches luteine:
choux , broccoli, épinards
Aliments riches en zéaxanthine:
maïs , oranges, épinards
Extraites de la rose d’Inde (tagetes erecta)

Carcinogénes générant des
radicaux libres
• HAP
• Ultraviolets A
• Rayons gamma
• Cr 6+ , Fe 2+ ,
• Amiante
• Particules de diesel
• nitrosamine
• CCl4
• Tabac
• Alcool

Etude SUVIMAX
Etude de l ’effet d ’un apport nutritionnel d ’antioxydant
en prévention des maladies du vieillissement: cancer,
maladies cardiovasculaires, cataracte….
15000 volontaires de 40 à 60 ans
Randomisée placebo ou supplément
1994
2002

0,06
SUVIMAX: Kaplan-Meier curves for the
cumulative incidence of total cancer in the
intervention and the placebo group
0,05
Placebo
Incidence rate
0,04
0,03
men
Intervention
0,02
Log-Rank test p

Others
Haematological
6 (37)
13 (82)
12 (74)
11 (70)
SUVIMAX
Cancer incidence in men
Thyroid
Urinary tract
3 (19)
6 (37)
6 (37)
7 (44)
More details the 21 of June 2003
Genital
29 (179)
32 (203)
Skin
6 (37)
9 (57)
Respiratory tract
6 (37)
14 (89)
Digestive tract
17 (105)
23 (146)
Oral cavity
1 (6)
5 (32)
Total
86 (531)
120 (761)
0 20 40 60 80 100 120 140

potential risk induced by
betacarotene:the Finland study
"Alpha tocopherol Beta carotene Cancer
Prevention Study"
29133 male smokers
Attention
incidence
aux
of lung
excès
cancer
5 to 8 years
50 mg vitE
20 mg carot
5OmgE+20 mg car
placebo
d’antioxydants
p=O.O1 by the log rank test
Betacarotene
474
443
no beta carotene
2 4 6 years

Comment enrichir notre
alimentation
Plus de légumes:
choux, broccoli: vitamine C, quercétine
carottes, tomates: caroténe, lycopéne
Plus de fruits: vitamine C, caroténoides, antocyanes, cuivre
Céréales complétes, Germe de blé: apigénine, sélénoium
Moins de viandes rouges Fer
Des huiles végétales (raisin, noix, colza): vitamine E
Du poisson: sélénium, zinc
De l’ail et de l’oignon: diallyle sulfide, allicine, quercétine
Des épices: curcumine, ac salvianolique…
Thé: aflavine Raisin et vin rouges : resvératrol

conclusions
• Les radicaux libres jouent un rôle physiologique
important, reconnu maintenant par les grandes
équipes de recherche
• Le vieillissement favorise le stress oxydant
• Un stress oxydant est démontré exister dans de
nombreuses maladies humaines
• On ne peut pas espérer prolonger l’espérance de vie
maximale de façon considérable
• On peu espérer mieux vieillir et faire régresser la
fréquence de certaines de ces maladies par un apport
supplémentaire d’antioxydants
• Ces conclusions rejoignent les recommandations des
nutritionnistes et du PPNAS