Le Stress Oxydant
Le Stress Oxydant
Le Stress Oxydant
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<strong>Le</strong> <strong>Stress</strong> <strong>Oxydant</strong><br />
Alain FAVIER<br />
Département de Biologie Intégrée CHU<br />
Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques CEA<br />
Alain.Favier@ujf-grenoble.fr
Qu’est ce que le stress ?<br />
• Rupture dans le fonctionnement d’une<br />
fonction biologique traduisant un<br />
défaut d’adaptation à l’environnement<br />
– <strong>Stress</strong> psychologique: fatigue, dépression<br />
– <strong>Stress</strong> nerveux: adrénaline<br />
– <strong>Stress</strong> oxydant
<strong>Stress</strong> environnement et nutrition<br />
Pb<br />
SO2<br />
NO2<br />
ULTRA VIOLETS<br />
O3<br />
TABAC<br />
ALCOOL<br />
supplémentation<br />
Vitamines<br />
PROTECTION<br />
couche<br />
d'ozone<br />
Oligoéléments micronutriments<br />
antioxydants:<br />
vitamines E, C<br />
caroténe<br />
oligoéléments<br />
Se Cu Zn Mn<br />
Herbicides<br />
Grenoble 10 décembre 1993<br />
GREP
<strong>Le</strong>s radicaux et les espèces<br />
actives de l’oxygène<br />
• L’oxygène singulet<br />
• L’anion superoxyde<br />
• <strong>Le</strong> peroxyde d’hydrogène<br />
• <strong>Le</strong> monoxyde d’azote<br />
• <strong>Le</strong> peroxynitrite<br />
• <strong>Le</strong> radical Hydroxyle<br />
1<br />
O 2<br />
O 2 °<br />
HOOH<br />
NO°<br />
HOONO<br />
OH°
D’où viennent les espèces<br />
actives et radicaux de l’oxygène<br />
• De cellules spécialisées:<br />
– les macrophages, monocytes et polynucléaires<br />
• De nos toutes nos cellules:<br />
– Par la source d’énergie, la mitochondrie<br />
• De l’oxydation de composés:<br />
– Enzymes oxydases, Cycle redox, P450<br />
• De comportements dangereux:<br />
– Tabac, alcool<br />
• De l’environnement et de la pollution:<br />
– Rayonnement radioactif, ultraviolets, pesticides,<br />
Cadmium, Fer, Ozone, NOx
Phagocytose de<br />
E coli par<br />
polynucléaire<br />
neutrophile
Comment nous protégeons<br />
nous?<br />
• En neutralisant les radicaux par des<br />
piégeurs venant de la nutrition<br />
• En neutralisant les radicaux par des<br />
piégeurs fabriqués par nos cellules<br />
• En prévenant leur formation par des<br />
protéines qui contrôlent le Fer<br />
• En les éliminant par des enzymes<br />
antioxydants
<strong>Le</strong>s piégeurs<br />
de radicaux<br />
ou<br />
« scavengers »<br />
R° + PiégeH RH + [P°]<br />
Prennent l’électron célibataire du<br />
radical en formant un nouveau<br />
radical non dangereux qui sera<br />
détruit et éliminé
<strong>Le</strong>s antioxydants apportés<br />
• <strong>Le</strong>s antioxydants<br />
majeurs<br />
• Vitamines:<br />
– Ascorbat<br />
– Vitamine C<br />
– Bêta carotène<br />
– Ubiquinone<br />
• Oligoéléments<br />
– Zn, Cu, Se, Mn<br />
par l’alimentation<br />
• Autres antioxydants<br />
• Caroténoïdes<br />
• Poly phénols<br />
• Dérivés soufrés<br />
• Essences antioxydantes<br />
• Dérivés indoliques
<strong>Le</strong>s produits végétaux du sud sont<br />
très riches en antioxydants<br />
• La photosynthèse génère<br />
beaucoup de radicaux libres<br />
• <strong>Le</strong>s antioxydants protégent les<br />
plantes contre:<br />
– <strong>Le</strong> soleil<br />
– La sécheresse<br />
– <strong>Le</strong>s bactéries et virus<br />
• Tomate: lycopéne<br />
• Romarin: huiles essentielles<br />
• Safran africain: curcumine<br />
• Sauge: acide salvianolique<br />
• Ail, oignon: centaines de dérivés soufrés<br />
• Thé: aflavines<br />
O2°<br />
H2O2<br />
chloroplaste<br />
O2°<br />
1<br />
O2
<strong>Le</strong>s enzymes<br />
antioxydants<br />
O 2<br />
oxygè ne<br />
Arginine<br />
Ils sont codés Opar des gènes 2<br />
NO qui<br />
superoxyde dismutase CuZn<br />
anion superoxy de<br />
monoxyde<br />
d’azote<br />
s’adaptent à la teneur en radicaux<br />
superoxyde dismutase<br />
glutathion peroxydase<br />
catalase<br />
thioredox ine peroxydase<br />
Mn<br />
Se<br />
Fe<br />
H 2 O 2<br />
peroxy de d’hydrogène<br />
H 2 O<br />
Fe<br />
Cu<br />
u<br />
HO<br />
radical hydroxy le<br />
ONOOH<br />
peroxinitrite<br />
sélénopro téine P<br />
Se<br />
thioredox ine réducta se<br />
Se<br />
ADN oxydés<br />
Lipides oxydés<br />
Protéines oxy dées
<strong>Le</strong> stress: rupture d’adaptation<br />
antioxydante<br />
Déficit d’adaptation<br />
Forte capacité d’adaptation<br />
<strong>Stress</strong> !!<br />
1<br />
Pas d’exposition<br />
50<br />
surproduction<br />
50<br />
1<br />
Pas d’exposition
stress oxydant<br />
<strong>Le</strong>s conséquences<br />
du stress oxydant<br />
détivés secondaires<br />
toxiques (MDA,HNE)<br />
oxydation lipides<br />
oxydation LDL<br />
cellules spumeuses<br />
atherome<br />
protéines<br />
modifiées<br />
fibrose<br />
oxydation protéines<br />
regulation redox<br />
des signaux<br />
cellulaires<br />
adduit aldehydes<br />
peroxydes<br />
adduit radical<br />
protéine<br />
activation de<br />
génes<br />
redox sensibles<br />
proliferation<br />
oxydation ADN<br />
réparation<br />
G ---> C<br />
mutations<br />
cancer<br />
autoimmunité<br />
apoptose
Nos apports alimentaires en<br />
antioxydants sont ils suffisants<br />
• Pas de déficits sévères entraînant des<br />
carences<br />
• Des apports insuffisant en nombreuses<br />
vitamines et oligo-éléments par rapport<br />
aux recommandations<br />
• <strong>Le</strong>s apports diminuent chez le sujet âgé
Pourcentages de femmes dont les apports sont inférieurs aux Apports Nutritionnels<br />
Conseillés (ANC) dans l ’étude SU.VI.MAX<br />
(moyenne de 12 enregistrements alimentaires de 24 h sur 2 années)<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
%<br />
2/3 ANC<
Apports<br />
38<br />
en Se en<br />
67<br />
Europe<br />
65<br />
32<br />
1976<br />
52 113<br />
1986<br />
45<br />
129<br />
70<br />
42
• A.<br />
• B.<br />
• C.<br />
Maladies héréditaires par mutations<br />
de gènes antioxydants<br />
Sclérose latérale amyotrophique<br />
– vers 40 ans elle entraîne une atrophie musculaire progressive<br />
puis la mort par paralysie respiratoire en 2 à 3 ans. <strong>Le</strong> gène<br />
anormal a été identifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD<br />
cytosolique<br />
– Ex Exon 2 GGA -> AGA (Gly 37 -> Arg)<br />
dégénérescence maculaire<br />
– augmentation de la fréquence de l'allèle alanine et du génotype<br />
alanine /alanine de la SOD<br />
Chorée de Huntington<br />
– fraxatine régule le fer intrra mitocho,ndriale
ALS : Sclérose latérale<br />
amyotrophique<br />
• Apparaissant vers 40 ans l’ALS entraine une atrophie<br />
musculaire progressive puis la mort par paralysie<br />
respiratoire en 2 à 3 ans. L'incidence est de 1 à 2<br />
/100000 habitants en Europe et Amérique du Nord, et<br />
5 à 10 % des cas sont familiaux et donc héréditaires .<br />
• Certaines formes familiales de cette maladie<br />
dégénérative des motoneurones sont liées à une<br />
anomalie du chromosome 21q. Un géne anormal a été<br />
identifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD<br />
cytosolique.
<strong>Le</strong> transfert du gène muté des<br />
malades est létal pour la souris<br />
<strong>Le</strong> gène muté dans les formes<br />
familiales est celui de la SOD Cu-Zn<br />
GGA -> AGA<br />
CTG -> GTG<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
survival analysi of mice transgenic for G93A SOD mutation (from Gurney<br />
age (days<br />
life span of control mic<br />
GGC -> AGC<br />
GGC -> GAC<br />
CAT -> CGC<br />
GGC -> CGC<br />
GGT -> TGT<br />
GGT -> GCT<br />
GAA -> GGA<br />
CTC -> GTC<br />
ATT -> ACT
La théorie radicalaire du vieillissement<br />
Theories of aging<br />
:Harman un visionnaire?<br />
metabolic<br />
rate<br />
Pearl 1928<br />
Error<br />
catastrophe<br />
Orgel 1963<br />
molecular cross<br />
linking<br />
Bjorksten<br />
1968<br />
changes in immunologica<br />
O<br />
Harman 1956<br />
function<br />
somatic<br />
mutation<br />
Szilard 1959<br />
senescence<br />
genes<br />
Hayflick 1968<br />
GRE<br />
P
Que se passe il lorsque nous<br />
vieillissons ?<br />
• <strong>Le</strong>s sujet âgé ont des apports diminués en<br />
antioxydants<br />
– Folates, vitamine C<br />
– Sélénium, zinc<br />
• Baisse de l’absorption intestinale: zinc, bêta<br />
carotène<br />
• Mitochondrie relâche beaucoup plus de RLO<br />
• Gènes antioxydants perdent leur inductibilité par<br />
RLO et donc leur adaptation<br />
• Fréquence de l ’inflammation activant les<br />
phagocytes
Effet du vieillissement sur l’adaptation des<br />
SOD activity % of control<br />
160<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
effect of age on capacity of<br />
SOD induction in<br />
Caenorhabditis 250 e.<br />
gènes d’un vers au stress<br />
0 3H 24H 48H<br />
SOD activity % of control<br />
200<br />
150<br />
100<br />
stimulation, by plumbagin<br />
50<br />
0<br />
young<br />
middle<br />
old<br />
Darr 1995<br />
0 24h 48h 72h<br />
GRE<br />
P<br />
hyperbaric<br />
oxygen
Relation entre la richesse en SOD des<br />
correlation between maximum life<br />
espèces et leur espérance de vie maximale<br />
span potential and SOD (from Cutler 1985<br />
16<br />
12<br />
SOD(U/mg prot)/<br />
SMR (cal/gxday)<br />
man<br />
08<br />
tree shrew<br />
house<br />
mouse<br />
04<br />
rhesus<br />
chimpanzee<br />
gorilla<br />
baboon<br />
green monkey<br />
squirrel monkey<br />
LifespanYears<br />
deer mouse<br />
20 40 60 80 100
Augmentation des peroxydes<br />
lipidiques avec l’âge<br />
• Résultats obtenus au<br />
laboratoire du CHU de<br />
Grenoble<br />
• Méthode<br />
fluorométrique à<br />
l’acide<br />
thiobarbiturique<br />
2,9<br />
2,7<br />
2,5<br />
2,3<br />
2,1<br />
1,9<br />
1,7<br />
MDA<br />
1,5<br />
11 ans 33 ans 50 ans<br />
suvimax<br />
86 ans<br />
Minvitaox
Peut on vivre plus longtemps en<br />
modifiant nos défenses antioxydantes?<br />
• Par les manipulations<br />
génétiques<br />
• En évitant les expositions<br />
• En augmentant nos apports en<br />
antioxydants
<strong>Le</strong>s manipulations génétiques<br />
lifespan curves of adult Cu-Zn SOD-transgenic and<br />
control Drosophila ( from Fleming 1992)<br />
100<br />
90<br />
80<br />
control<br />
P (bSOD)11<br />
70<br />
percent alive<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
age (days)<br />
0<br />
0 20 40 60 80 100<br />
GR<br />
P
Suppression du gène p66 chez la<br />
souris<br />
Migliaccio M. Nature 1999, 402 ; 309<br />
<strong>Le</strong> knock out d’un gène chez la souris<br />
prolonge l’espérance de vie de 30% (36 mois<br />
au lieu de 26). L’absence de la protéine<br />
correspondante p66 protége les cellules des<br />
radicaux libres générée par les UV ou H2O2 .<br />
La protéine p66 exercerait un effet inhibiteur<br />
sur les mécanismes de réparation de l’ADN
L’enrichissement en antioxydants de<br />
l’alimentation et la prévention des<br />
maladies liées à l’âge<br />
• Troubles oculaires<br />
• Vieillissement cutané<br />
• Cancers<br />
• Dégénérescence neurologique<br />
Que peut faire la nutrition:<br />
Améliorer la durée de vie moyenne en diminuant la<br />
fréquence de ces maladies<br />
Peu d’effet sur l’espérance maximale de vie
Maladies liées à l’âge<br />
À 70 ans un sujet a 100 fois plus de risque de faire un cancer qu’à 20 ans<br />
incidence des cancers
Dégénérescence<br />
maculaire<br />
• Dégénérescence du centre visuelle de la rétine:<br />
la macula<br />
• Altération du champ de la vision centrale<br />
• D’abord gène à la lecture grave déficience<br />
• 25% des personnes au delà de 80 ans<br />
• Teneur en lutéine, zéaxanthine diminuées avec<br />
âge et tabac
Lutéine et MLA<br />
Apport moyen en France<br />
1,25 mg/J<br />
Aliments riches luteine:<br />
choux , broccoli, épinards<br />
Aliments riches en zéaxanthine:<br />
maïs , oranges, épinards<br />
Extraites de la rose d’Inde (tagetes erecta)
Carcinogénes générant des<br />
radicaux libres<br />
• HAP<br />
• Ultraviolets A<br />
• Rayons gamma<br />
• Cr 6+ , Fe 2+ ,<br />
• Amiante<br />
• Particules de diesel<br />
• nitrosamine<br />
• CCl4<br />
• Tabac<br />
• Alcool
Etude SUVIMAX<br />
Etude de l ’effet d ’un apport nutritionnel d ’antioxydant<br />
en prévention des maladies du vieillissement: cancer,<br />
maladies cardiovasculaires, cataracte….<br />
15000 volontaires de 40 à 60 ans<br />
Randomisée placebo ou supplément<br />
1994<br />
2002
0,06<br />
SUVIMAX: Kaplan-Meier curves for the<br />
cumulative incidence of total cancer in the<br />
intervention and the placebo group<br />
0,05<br />
Placebo<br />
Incidence rate<br />
0,04<br />
0,03<br />
men<br />
Intervention<br />
0,02<br />
Log-Rank test p
Others<br />
Haematological<br />
6 (37)<br />
13 (82)<br />
12 (74)<br />
11 (70)<br />
SUVIMAX<br />
Cancer incidence in men<br />
Thyroid<br />
Urinary tract<br />
3 (19)<br />
6 (37)<br />
6 (37)<br />
7 (44)<br />
More details the 21 of June 2003<br />
Genital<br />
29 (179)<br />
32 (203)<br />
Skin<br />
6 (37)<br />
9 (57)<br />
Respiratory tract<br />
6 (37)<br />
14 (89)<br />
Digestive tract<br />
17 (105)<br />
23 (146)<br />
Oral cavity<br />
1 (6)<br />
5 (32)<br />
Total<br />
86 (531)<br />
120 (761)<br />
0 20 40 60 80 100 120 140
potential risk induced by<br />
betacarotene:the Finland study<br />
"Alpha tocopherol Beta carotene Cancer<br />
Prevention Study"<br />
29133 male smokers<br />
Attention<br />
incidence<br />
aux<br />
of lung<br />
excès<br />
cancer<br />
5 to 8 years<br />
50 mg vitE<br />
20 mg carot<br />
5OmgE+20 mg car<br />
placebo<br />
d’antioxydants<br />
p=O.O1 by the log rank test<br />
Betacarotene<br />
474<br />
443<br />
no beta carotene<br />
2 4 6 years
Comment enrichir notre<br />
alimentation<br />
Plus de légumes:<br />
choux, broccoli: vitamine C, quercétine<br />
carottes, tomates: caroténe, lycopéne<br />
Plus de fruits: vitamine C, caroténoides, antocyanes, cuivre<br />
Céréales complétes, Germe de blé: apigénine, sélénoium<br />
Moins de viandes rouges Fer<br />
Des huiles végétales (raisin, noix, colza): vitamine E<br />
Du poisson: sélénium, zinc<br />
De l’ail et de l’oignon: diallyle sulfide, allicine, quercétine<br />
Des épices: curcumine, ac salvianolique…<br />
Thé: aflavine Raisin et vin rouges : resvératrol
conclusions<br />
• <strong>Le</strong>s radicaux libres jouent un rôle physiologique<br />
important, reconnu maintenant par les grandes<br />
équipes de recherche<br />
• <strong>Le</strong> vieillissement favorise le stress oxydant<br />
• Un stress oxydant est démontré exister dans de<br />
nombreuses maladies humaines<br />
• On ne peut pas espérer prolonger l’espérance de vie<br />
maximale de façon considérable<br />
• On peu espérer mieux vieillir et faire régresser la<br />
fréquence de certaines de ces maladies par un apport<br />
supplémentaire d’antioxydants<br />
• Ces conclusions rejoignent les recommandations des<br />
nutritionnistes et du PPNAS