Mécanismes moléculaires et cellulaires de l'apoptose induite par l'acroléine : implication sur la santé humaine

Tanel, André (2007). « Mécanismes moléculaires et cellulaires de l'apoptose induite par l'acroléine : implication sur la santé humaine » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biochimie.

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Résumé

L'acroléine est un aldéhyde α,β-insaturé extrêmement réactif et elle est un produit de la peroxydation lipidique. Elle est un polluant environnemental qui a été impliqué comme un facteur de risque de développer plusieurs maladies respiratoires (bronchite, asthme) et neurodégénératives (Alzheimer) ainsi que l'athérosclérose. L'acroléine qui se trouve à des concentrations élevée au niveau de l'hippocampe des patients atteints de l'Alzheimer est proposée comme marqueur biochimique pour le pronostic de la maladie. L'acroléine est utilisée comme herbicide et elle est générée par la fumée de cigarette, la cuisson d'huile, le métabolisme de certains agents anticancéreux, lors de la peroxydation des lipides et après exposition aux rayons UV. L'acroléine est libérée lors des feux de forêt, ce qui représente un grand risque pour les pompiers et les secouristes. Il a été démontré que l'acroléine est un fort irritant des muqueuses et du système respiratoire. L'acroléine est produite lors de la désamination oxydative par la spermine oxydase. Les produits d'oxydation des polyamines sont impliqués dans l'inhibition de la prolifération cellulaire, l'apoptose, et l'inhibition de la synthèse de l'ADN et des protéines. Ainsi, à cause de l'impact important de l'acroléine sur la santé humaine, nous avons entrepris cette étude afin de déterminer, et ce pour la première fois, les mécanismes moléculaires impliqués dans la mort cellulaire induite par cet aldéhyde. Le premier objectif visait à définir l'implication de la voie mitochondriale dans l'apoptose induite par l'acroléine. Cette étude est réalisée chez les cellules ovariennes de hamster chinois (CHO). L'acroléine induit l'apoptose en entraînant la baisse du potentiel membranaire mitochondrial, la libération du cytochrome-C, l'activation de la caspase-9 initiatrice et la caspase-7 exécutrice. D'ailleurs, l'acroléine a inhibé l'activité enzymatique de la caspase-3 exécutrice tout en clivant la forme proenzyme de la protéine. L'activation des caspases-7 et -9 a été confirmée par le clivage de leurs proenzymes. L'apoptose induite par l'acroléine a été inhibée par un inhibiteur de la caspase-9 mais pas avec un inhibiteur de la caspase-3. L'induction de l'apoptose par l'acroléine a été confirmée morphologiquement par la condensation nucléaire de la chromatine et par le clivage de l'inhibiteur de la DNase activée par les caspases (ICAD). Le clivage de l'ICAD libère l'endonucléase CAD qui emmène la fragmentation de l'ADN. Ces résultats démontrent que l'acroléine induit l'apoptose par la voie mitochondriale. Le deuxième objectif visait à établir l'implication de la voie des récepteurs de mort dans l'induction de l'apoptose par l'acroléine. L'exposition des cellules ovariennes de hamster chinois (CHO) à l'acroléine entraînait la translocation de l'adapteur de domaine de mort de Fas (FADD) à la membrane plasmique et l'activation de la caspase-8 initiatrice. Kp7-6, un antagoniste du récepteur Fas, bloquait les évènements apoptotiques en aval de la caspase-8, comme l'activation de la caspase-7 exécutrice et la condensation de la chromatine nucléaire. L'acroléine induit une transduction croisée entre la voie de signalisation des récepteurs de mort et celle de la mitochondrie en clivant la protéine Bid en sa forme tronquée t-bid qui se transloque à la membrane mitochondriale pour stimuler cette voie. L'inhibition spécifique du récepteur Fas ou de la caspase-8 inhibait partiellement l'activation de la caspase-9 par l'acroléine. Ces résultats démontrent que l'acroléine active la voie du récepteur Fas en amont de la voie mitochondriale. La caspase-9 demeurait active malgré l'inhibition du récepteur Fas et de la caspase-8 suggérant que l'acroléine peut induire la voie mitochondriale indépendamment de la voie des récepteurs de mort. Le troisième objectif était d'examiner l'implication des protéines kinases activées par des mitogènes (MAPK) dans l'apoptose induite par l'acroléine. Quelques études ont démontré que l'acroléine active les MAPKs et d'autres ont rapporté que l'acroléine induit l'apoptose. Cependant, aucune étude n'a examiné le lien entre l'activation des MAPK et l'apoptose induite par l'acroléine. Nous avons démontré pour la première fois que l'apoptose induite par l'acroléine est dépendante des MAPK. Une heure d'exposition à l'acroléine induisait une forte phosphorylation de la kinase régulatrice extracellulaire (ERK), de la p38 et du substrat de la kinase N-terminale de c-jun (JNK), c-jun, chez les cellules CHO. L'inhibition de la condensation de la chromatine induite par l'acroléine à l'aide de l'inhibiteur de ERK, le U126, et l'inhibiteur de la p38, le SB203580, démontre clairement l'implication de ces deux voies dans l'apoptose induite par l'acroléine. En plus, le U0126 et le SB203580 inhibaient l'activation des caspases-7 et -9 et le clivage de I'ICAD induites par l'acroléine. D'autre part, les voies de JNK et de la protéine kinase 8 (AKT) semblent être impliquées dans la survie contre l'agression par l'acroléine, puisque des inhibiteurs pharmacologiques de ces deux voies, le SP600125, le LY294002 et le Wortmannin changeaient la mort par apoptose en nécrose. Enfin, l'acroléine a entraîné la phosphorylation de p53, une protéine responsable de la transcription de plusieurs gènes impliqués dans l'apoptose dont ceux de Bax et le ligand Fas. Le quatrième objectif visait à déterminer l'implication du N-acétylcystéine (NAC), un précurseur du glutathion, dans la protection contre la toxicité engendrée par l'acroléine. L'exposition des cellules CHO à une concentration non-cytotoxique d'acroléine (4 fmol/cell), baissait le glutathion intracellulaire de 45% de son taux initial. Le NAC augmentait le niveau du glutathion intracellulaire et offrait une protection contre la cytotoxicité et l'apoptose induite par l'acroléine. Le NAC affectait l'apoptose induite par l'acroléine en inhibant la voie mitochondriale. Le NAC inhibait la translocation de bad à la mitochondrie et la baisse du bcl-2 mitochondriale induites par l'acroléine. D'autre part, le NAC inhibait la baisse du potentiel membranaire, le clivage de la procaspase-9, l'activation des caspases-9, -7 et -8 ainsi que le clivage de PARP. L'inhibition par NAC de l'apoptose induite par l'acroléine était confirmée morphologiquement par la baisse de la condensation de la chromatine nucléaire. Ces résultats suggèrent que NAC peut être utilisé comme un antidote pour traiter les gens exposés à l'acroléine. En conclusion, ces résultats ont permis une meilleure compréhension de la toxicité de l'acroléine, un des produits majeurs de l'oxydation des polyamines impliqués dans la régulation de la prolifération cellulaire et la croissance des tumeurs. En plus, cette étude a permis de proposer une explication possible de l'activité pharmacologique et/ou de la toxicité du cyclophosphamide, un agent anticancéreux, qui est métabolisé en acroléine et en un mélange de phosphoramides. Ceci ouvre la voie au développement de l'enzymothérapie par l'amine oxydase du sérum de bovin (BSAO) pour lutter contre les cancers. Le milieu cancéreux contient des concentrations élevées en polyamines qui sont des molécules nécessaires à la division et la prolifération cellulaire. Ces polyamines seront oxydées par la BSAO et libéreront les produits d'oxydation dont l'acroléine et le peroxyde d'hydrogène qui sont impliqués dans l'inhibition de la prolifération cellulaire, l'apoptose, et l'inhibition de la synthèse de l'ADN et des protéines. Ce faisant, la taille de la tumeur régresse et la santé du patient s'améliora. D'autre part, les résultats de ce projet permettent d'envisager la possibilité d'utiliser les composés qui augmentent le niveau de glutathion (GSH) dont le AC dans des cas de toxicité à l'acroléine, molécule qui prend de l'ampleur dans la recherche sur la maladie d'Alzheimer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : acroléine, apoptose, mitochondrie, voie des récepteurs, MAPK, NAC.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Averill, Diana Alison
Mots-clés ou Sujets: Apoptose / Acroléine / Aspect moléculaire
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département de chimie
Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 12 mai 2017 09:59
Dernière modification: 12 mai 2017 09:59
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/9691

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