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Le Stress Oxydant
Alain FAVIERDépartement 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
Grenoble 10 décembre 1993 GREP
ULTRA VIOLETSPb
SO2NO2
O3
TABAC ALCOOL
PROTECTION couche d'ozone
micronutriments antioxydants: vitamines E, C caroténe oligoéléments Se Cu Zn Mn
supplémentation Vitamines Oligoéléments Herbicides
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
1O2
HOONO
O2°
HOOH
NO°
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 par l’alimentation
• Les antioxydants majeurs
• Vitamines:– Ascorbat– Vitamine C– Bêta carotène– Ubiquinone
• Oligoéléments– Zn, Cu, Se, Mn
• 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
O2°
O2°
H2O2
1O2
chloroplaste
• Tomate: lycopéne• Romarin: huiles essentielles• Safran africain: curcumine• Sauge: acide salvianolique• Ail, oignon: centaines de dérivés soufrés• Thé: aflavines
Les enzymes antioxydants
O2
H2O2 ONOOH
NOO2
oxygè ne
anion superoxy de
peroxy de d’hydrogène
Arginine
monoxyded’azote
perox initrite
HO
glutathion peroxydase
superoxyde dismutase
superoxyde dismutase
thioredox ine peroxydase H2O
ADN oxydés Proté ines oxy déesLipides oxydés
radical hydroxy le
sélénopro téine P
CuZn
Mn
Se
thioredox ine réducta se Se
SeFeCuucatalase Fe
Ils sont codés par des gènes qui s’adaptent à la teneur en radicaux
Le stress: rupture d’adaptation antioxydante
Stress !!
1 1
5050
Déficit d’adaptation Forte capacité d’adaptation
Pas d’exposition Pas d’exposition
surproduction
Les
con
séqu
ence
s du
stre
ss o
xyda
nt oxydation ADNoxydation lipides
oxydation protéines
regulation redox des signaux cellulaires
oxydation LDL
atherome
activation de génes
redox sensibles
mutations
cancer
proliferation
apoptose
fibrose
détivés secondaires toxiques (MDA,HNE)
stress oxydant
autoimmunité
protéines modifiées
réparation G ---> Cadduit radical
protéine
adduit aldehydes peroxydes
cellules spumeuses
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)
0
10
20
30
40
50
60
%
Vitamine
EVita
mineB1
Vitamine
B2Niac
ineVita
mine B6
Folacin
e (vit
B9)Vita
mine B12
Vitamine
CCalc
ium Fer2/3 ANC< <ANC<2/3 ANC
Apports en Se en Europe
321976
45
65
129
42
52 1131986
67
38
70
Maladies héréditaires par mutations de gènes antioxydants
• A. 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)
• B. dégénérescence maculaire– augmentation de la fréquence de l'allèle alanine et du génotype
alanine /alanine de la SOD
• C. Chorée de Huntington– fraxatine régule le fer intrra mitocho,ndriale
ALS : Sclérose latéraleamyotrophique
• 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 étéidentifié comme étant celui de la Cu-Zn SOD cytosolique.
Le transfert du gène muté des malades est létal pour la souris
survival analysi of mice transgenic for G93A SOD mutation (from Gurney
0
20
40
60
80
100
120
age (days
life span of control mic
Le gène muté dans les formes familiales est celui de la SOD Cu-Zn
ATT -> ACT
CTC -> GTC
GAA -> GGA
GGT -> GCT
GGT -> TGT
GGC -> CGC
CAT -> CGC
GGC -> GAC
GGC -> AGC
CTG -> GTG
GGA -> AGA
GREP
Theories of aging
molecular cross linking
changes in immunologicafunction
senescence genes
O
metabolic rate
somatic mutationError
catastrophe
Pearl 1928
Orgel 1963
Bjorksten 1968
Harman 1956
Hayflick 1968
Szilard 1959
La théorie radicalaire du vieillissement:Harman un visionnaire?
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
GREP
effect of age on capacity ofSOD induction in Caenorhabditis e.
SOD
act
ivity
% o
f con
trol
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 3H 24H 48H
SOD
act
ivity
% o
f con
trol
0
50
100
150
200
250
0 24h 48h 72h
young
middle
old
stimulation, by plumbagin hyperbaric oxygen
Darr 1995
Effet du vieillissement sur l’adaptation des gènes d’un vers au stress
correlation between maximum lifespan potential and SOD (from Cutler 1985
04
08
12
16
SOD(U/mg prot)/ SMR (cal/gxday)
20 40 60 80 100LifespanYears
man
chimpanzee
gorillababoon
green monkey
squirrel monkey
deer mouse
house mouse
rhesus
tree shrew
Relation entre la richesse en SOD des espèces et leur espérance de vie maximale
Augmentation des peroxydes lipidiques avec l’âge
• Résultats obtenus au laboratoire du CHU de Grenoble
• Méthode fluorométrique àl’acide thiobarbiturique
1,5
1,7
1,9
2,1
2,3
2,5
2,7
2,9
11 ans 33 ans 50 anssuvimax
86 ansMinvitaox
MDA
Peut on vivre plus longtemps en modifiant nos défenses antioxydantes?
• Par les manipulations génétiques
• En évitant les expositions• En augmentant nos apports en
antioxydants
GRP
lifespan curves of adult Cu-Zn SOD-transgenic andcontrol Drosophila ( from Fleming 1992)
perc
ent a
live
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
controlP (bSOD)11
age (days)
Les manipulations génétiques
Suppression du gène p66 chez la souris
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
Migliaccio M. Nature 1999, 402 ; 309
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 maladiesPeu d’effet sur l’espérance maximale de vie
Maladies liées à l’âgeÀ 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 France1,25 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• Cr6+, Fe2+, • 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 supplément1994 2002
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0 365 730 1095 1460 1825 2190 2555 2920time (days)
Inci
denc
e ra
te
Intervention
Placebo
Log-Rank test p<0.01
SUVIMAX: Kaplan-Meier curves for the cumulative incidence of total cancer in the
intervention and the placebo group
men
13 (82)
11 (70)
6 (37)
7 (44)
32 (203)
9 (57)
14 (89)
23 (146)
120 (761)
5 (32)
6 (37)
12 (74)
3 (19)
6 (37)
29 (179)
6 (37)
6 (37)
17 (105)
1 (6)
86 (531)
0 20 40 60 80 100 120 140
Total
Oral cavity
Digestive tract
Respiratory tract
Skin
Genital
Urinary tract
Thyroid
Haematological
Others
SUVIMAXCancer incidence in men
More details the 21 of June 2003
potential risk induced by betacarotene:the Finland study
"Alpha tocopherol Beta carotene Cancer Prevention Study"
Betacarotene
no beta carotene2 4 6 years
p=O.O1 by the log rank test50 mg vitE 20 mg carot 5OmgE+20 mg car placebo
29133 male smokers
5 to 8 yearsincidence of lung cancer
474443
Attention aux excès d’antioxydants
Comment enrichir notre alimentation
Plus de légumes: choux, broccoli: vitamine C, quercétinecarottes, tomates: caroténe, lycopéne
Plus de fruits: vitamine C, caroténoides, antocyanes, cuivreCéréales complétes, Germe de blé: apigénine, sélénoiumMoins de viandes rouges FerDes huiles végétales (raisin, noix, colza): vitamine EDu poisson: sélénium, zincDe l’ail et de l’oignon: diallyle sulfide, allicine, quercétineDes 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
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