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Etudes de toxicité

Etudes de toxicité. Plusieurs niveaux d'organisation…. Organismes entiers Cellules en culture Organelles ou fonction Photosynthèse (chloroplastes) Protéines Cytochrome P450 (organique) Métallothionéine (inorganique)

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Presentation Transcript

  1. Etudes de toxicité

  2. 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)

  3. Chez divers types d'organismes • Invertébrés=> eau douce ou salée • Daphnia magna (microcustacés, puces d'eau) • Poissons => eau douce ou salée • Amphibiens (grenouilles…) • Vers de terre => sol • Caenorhabditis elegans • Protozoaires et petits métazoaires • Bactéries • Sentinelles • Test en labo

  4. Plusieurs types de réponses • Certaines protéines spécifiques • Métallothionénine (Cd, Pb...) • P450 (organiques) • Monooxygénases (organiques)

  5. 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

  6. Choc thermique • Nombreuses protéines • Hsp 27: • Hsp32: Heme oxygénase 1 (HO1)

  7. Choc thermique • Caractéristiques • Thermotolérance • Régulation par HSF • Protéines communes à de nombreux autres stress: Stress oxydatif, mauvais repliment, stress toxique

  8. Stress oxydatif • Déséquilibre entre formation de dérivés réactifs de l'oxygène et le métabolisme protecteur • DRO (dérivés réactifs de l'oxygène - ROS) • Réduction partielle (un e-) de O • sous-produits (indésirables) du métabolisme normal ou de défense • Cause du vieillissement ?

  9. Sources des ROS • Principale source cellulaire: chaine respiratoire • Complexe IV qui réduit O2 en H2O • Cycle Q (quinone): •Q + O2 -> •O2 -> •OH- • Niveau basal de ROS durant fonctionnement normal • Amplifié par anoxie ou hypoxie • Poisons mitochondriaux • Peroxysomes • Radiations ionisantes

  10. Sources des ROS • Métabolisme: xanthine oxydase, cyt P450 • Réactions spécifiques: Rn de Fenton • Phagocytes (•O2-), oxide nitrique (•NO), peroxynitrite (OONO-) • Agents exogènes (H2O2) • Pathologies? (causes ou conséquences)

  11. Stress oxydatif: dommages cellulaires • Lipides insaturés des membranes => perte de propriétés • Protéines => dénaturation • ADN => mutations • => Associé à pathologies: cancer, Alzheimer, asthme, ischémie, déficits fonctionnels liés au vieillissement, diabète, etc……..

  12. Stress oxydatif: DRO • 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 chaîne (O2•-)

  13. Principaux ROS • •O2- : anion superoxide - réactif - chaine respiratoire ou auto-oxydation de O2 • H2O2: peroxyde d'H - réactif - dismutation O2- - soluble dans membranes • •OH-: radical hydroxyle - très réactif - Rn Fenton • HOCl: acide hypochloreux -très réactif: acides aminés, thiol - soluble dans membranes • Autres: hydroperoxydes organiques (ROOH), oxyde nitrique (•NO),peroxyde nitrique (OONO-)

  14. Roles catalytiques des métaux • Fe, Cu, Cr, Va, Co • Réaction de Fenton • Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + OH• + OH- • Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + HOO• + H+ • => Formation de radicaux libres potentiellement dangereux • Réaction de Haber-Weiss • Quinones

  15. 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)

  16. Stress oxydatif: glutathion • Principal agent de maintien des conditions réductrices du cytoplasme • Peroxydase (échange thiol-disulfure) (GSHPx)

  17. 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

  18. Stress oxydatif: glutathion Glutathion peroxydase 2 GSH + A ----> GSSG + AH2 2 GSH + H2O2 ==> GSSG + 2 H2O Élimination du H2O2 + ac. gras peroxydés Glutathion réductase GSSG + NADPH + H+ -----> 2 GSH Régénération du GSH NADPH: produit par voie des pentoses (cyto) transfert du NADH (mito)

  19. Stress oxydatif: superoxyde dismutase • SOD • 2 O2- + 2 H+ ---> H2O2 + O2 • Cofacteur métallique: Zn2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+ • Tetrahymena: 1 Mn/Fe et 1 Cu/Zn formula

  20. Stress oxydatif: catalase • 2 H2O2 ==> 2 H2O + O2 • H2O2 seulement provenant SOD ou autre formula

  21. Réponse aux protéines dépliées • UPR (unfolded protein response) • Stress du réticulum endoplasmique • Elimination des protéines mal repliées ou dénaturées • Réticulum endoplasmique et mitochondries • Protéines chaperon de type GRP • Induites par absence de glucose • Blocage/ralentissement de la production de protéines "normales"

  22. Réponse aux protéines dépliées • 2 types de mécanismes • Levures • Cellules mammaliennes • => réponse des autres types cellulaires ????? • Plantes • Protozoaires • algues

  23. Autres stress • Choc osmotique • Hypthermie • Radiations • Bris mécaniques

  24. Applications • Sentinelles • Détection de toxiques • QSAR • Test de toxicité • Sur le terrain • Au labo

  25. Heme oxygénase • • • 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)

  26. Heme oxygenase IInduction • • • Induite par nombreux stress dans toutes cell. étudiées • Choc thermique • Toxiques organiques ou inorganiques • Autres stress (radiations UV, ) • Sauf hypothermie

  27. 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)

  28. Heme oxygenase IRéaction catalysée • • • Heme + 3 O2 + 3 NADPH + 3 H+ --> • Biliverdine + Fe2+ + CO + 3 H2O + 3 NADP+ • HO travaille de concert avec P450 et une réductase • Biliverdine --> bilirubine

  29. Heme oxygénase

  30. Heme oxygenase • •

  31. Nomenclature • • H2O2 peroxyde d'hydrogène O2•- superoxide OH•- radical hydroxyde ONOO- peroxyde nitrique

  32. Réaction de Fenton • Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + OH• + OH- • Fe2+ + H2O2 ===> Fe3+ + HOO• + H+ • => Formation de radicaux libres potentiellement dangereux

  33. Apoptose • Destruction cellulaire • Nécrose • Autophagie • apoptose

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