Étude de l’implication de l’activité des radicaux libres oxygènes dans le développement du cancer colorectal

CAUSES DU STRESS OXYDANT

Il existe plusieurs sources de radicaux libres dans l’organisme humain tant au niveau exogène qu’au niveau endogène (Tacchini).

FACTEURS ENDOGENES

Dans l’organisme, il existe de nombreuses sources de ROS parmi lesquelles l’autooxydation des petites molécules, la xanthine oxydase et la NADPH oxydase, le réticulum endoplasmique, les peroxysomes.

L’autooxydation des petites molécules

L’autooxydation de molécules telles que la dopamine, l’adrénaline, les flavines et les hydroquinones est une importante source de ROS (Freeman et all, 1981). Le produit direct de ces auto-oxydations est souvent le radical super oxyde (O2 •- ). Ainsi, l’autooxydation de la dopamine est en partie impliquée dans le processus apoptotique lors de pathologies neurodégénératives notamment lors de la maladie de Parkinson (Ji et all, 1992). II.1.1.2. La xanthine oxydase. La xanthine oxydase catalyse la dégradation de l’hypoxanthine en acide urique en condition de forte demande d’ATP et de déficit en oxygène. Mais elle peut également catalyser l’oxydation de la xanthine en acide urique, notamment lors d’ischémie-reperfusion ou d’hypoxie. Dans cette réaction, l’oxygène moléculaire agit comme un accepteur d’électron produisant ainsi de l’O2•- (Kinzler et all, 1996). 12 Xanthine oxydase Xanthine + 2O2 + H2O Acide urique + 2O2•- + 2H+ II.1.1.2.1. La NADPH oxydase. La NADPH oxydase joue un rôle fondamental dans la réponse immunitaire et plus précisément dans la lutte contre les micro-organismes (Krause et all, 1996). En effet, lors de la phagocytose, cette enzyme présente dans la membrane plasmique des phagocytes, catalyse la formation d’O2•- . Il existe aussi une NADPH oxydase dans des cellules non phagocytaires dont le rôle serait de réguler la croissance cellulaire (Mates et all, 1999). NADPH oxydase NADPH + 2O2 2O2 •- + NADP+ + H+ II.

Le réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique lisse contient des enzymes qui catalysent une série de réactions pour détoxifier les molécules liposolubles et d’autres produits métaboliques toxiques . La plus connue de ces enzymes est le cytochrome P450 qui oxyde les acides gras insaturés et les xénobiotiques, produisant ainsi des ROS. Il semble que cette production radicalaire régule certaines fonctions du réticulum (Mates et all, 1999).

Les peroxysomes

Les peroxysomes sont une importante source de production de H2O2 cellulaire. Toutefois, l’H2O2 est utilisé comme substrat de la catalase peroxysomale (enzyme antioxydante) afin de réaliser des réactions de peroxydation d’autres substrats. Ces réactions sont importantes dans le processus de détoxification présent dans le foie et le rein. Seule une faible quantité d’H2O2 produit au niveau du peroxysome sont une importante source de production d’H2O2 cellulaire pourrait échapper à la catalase (Mckelvey et all, 1988).

FACTEURS EXOGENES

L’environnement dans lequel nous vivons mais aussi notre mode de vie sont à l’origine d’une augmentation du stress oxydant dans notre organisme. Nous avons entre autre le tabagisme, la pollution, l’alimentation, les rayons solaires, la pratique trop intense ou mal gérée du sport, le contact avec des agents cancérigènes, la prise répétée de médicaments, l’utilisation 13 des pilules contraceptives, la consommation excessive d’alcool, le stress intellectuel et thermique et certains agents infectieux (Site internet 7)

Le tabagisme

La fumée de cigarette est associée à une production de radicaux libres oxygénés qui, par leur extrême réactivité, sont susceptibles d’induire des lésions pulmonaires importantes. La présence d’un stress oxydatif principalement marqué par une diminution des défenses antioxydantes a été clairement mise en évidence chez une personne adepte à la cigarette. Cette observation autorise à penser qu’un apport journalier augmenté en antioxydants et en oligoéléments (d’autant que le fumeur a une alimentation moins saine et plus irrégulière que le non-fumeur) puisse engendrer des effets bénéfiques dans les maladies associées à la fumée de cigarette notamment l’athérosclérose, le cancer du poumon (Mourad, 2012).

L’alimentation

Une alimentation avariée et peu riche en vitamines est clairement appauvrie en antioxydants provoquant ainsi un stress oxydatif. Les antioxydants sont essentiellement apportés par les fruits et légumes qui sont particulièrement riches en vitamines (A, C, E), oligo-éléments et autres polyphénols. Actuellement, il est bien admis que les apports journaliers recommandés (AJR) en ces divers éléments peuvent être couverts par une prise quotidienne de cinq portions de fruits et légumes. Cette situation est toutefois loin de représenter la réalité puisque plusieurs enquêtes épidémiologiques indiquent que plus de 20% de la population des pays industrialisés ne mangent jamais de fruits. Dans une étude menée sur 123 sujets sains habitant la région liégeoise, nous avons confirmé ce chiffre et montré que les taux plasmatiques de vitamine C sont diminués en moyenne de 26,3% chez des sujets ne mangeant aucun fruit en comparaison à des personnes ingérant entre 1 et 4 fruits par jour (Morel, 1999). 

Les rayons solaires

Des intensités de rayonnement Ultraviolet élevées tuent la plupart des cellules de la couche superficielle de la peau et celles qui ne sont pas tuées sont endommagées. Dans sa forme la plus bénigne, le coup de soleil consiste en un rougissement de la peau. Il disparaît en quelques jours. Toutefois, un fort coup de soleil peut provoquer l’apparition de cloques ce qui n’est pas 14 seulement douloureux, mais laisse aussi la nouvelle peau très blanche située dessous sans protection et encore plus sensible aux agressions (Site internet 7).

 L’activité physique

Des études ont montré que la pratique d’une activité physique intense est très souvent facteur de déséquilibre entre les espèces réactives d’oxygène et les substances antioxydantes dans l’organisme (Site internet 8). II.2. DEFENSES DU STRESS OXYDANT. La formation des radicaux libres se fait de manière spontanée et continuellement dans l’organisme humain. Le maintien d’un niveau non cytotoxique de ROS est assuré par des systèmes antioxydants (Garait, 2006). Un antioxydant est donc une molécule qui diminue ou empêche l’oxydation de certaines substances chimiques. L’oxydation peut produire des radicaux libres qui entrainent des réactions en chaîne destructrices. Les antioxydants ont la propriété de freiner ces réactions par réduction avec les radicaux libres en vue d’annuler leur action (Encyclopédie, 2009). Un déficit ou un dysfonctionnement de ces systèmes engendre directement une augmentation des dommages tissulaires. Il existe deux grandes catégories d’antioxydants, ceux qui sont fabriqués par l’organisme constituant les défenses endogènes et ceux qui nous sont apportés par la nourriture, les défenses exogènes (Droge et all, 2002). 

DEFENSES ENDOGENES

Aussi appelées antioxydants primaires, les défenses endogènes constituent la première ligne de défense contre le stress oxydatif. Elles représentent un ensemble d’enzymes fabriquées naturellement par l’organisme qui ont pour rôle de lutter contre le déséquilibre de la balance pro-oxydant /antioxydant. Il s’agit essentiellement de la super oxyde dismutase, la catalase, la glutathion peroxydase et la glutathion réductase. (Figure 3) (Bhalla et all, 2009).

Super oxyde dismutase (SOD)

La super oxyde dismutase (SOD) a la propriété de catalyser la dismutation de l’O2•- en H2O2. Elle est qualifiée de ‘‘chef d’orchestre’’ de la chaîne oxydante car elle permet en premier 15 lieu de supprimer l’ion super oxyde particulièrement virulent et dangereux pour les cellules (Site internet 8). Elle existe sous trois isoformes qui se différencient par leur localisation cellulaire et par leur cofacteur métallique : une forme cytosolique et nucléaire associée aux ions cuivre et zinc (Cu/Zn-SOD), une forme mitochondriale associée au manganèse (Mn-SOD) et une forme extracellulaire (EC-SOD). Des études ont montré que la Cu/Zn-SOD était également présente dans l’espace inter membranaire (Okado et all, 2001). La distribution de ces différentes isoformes varie selon le tissu. Dans le muscle, environ 65 à 85% de l’activité de la SOD se trouvent dans le cytosol tandis que les 15 à 35% restants sont localisés dans les mitochondries (Huang et all, 2001).

Glutathion peroxydase (GPx) et réductase (GR)

La glutathion peroxydase (GPx) agit en synergie avec la SOD. Son rôle est d’accélérer la dismutation du H2O2 en molécule d’eau (H2O) et en dioxygène (O2). Lors de cette réaction deux molécules de glutathion réduit (GSH) sont oxydées en glutathion-disulfure (GSSG) (Mates et all, 1999). Il existe également une glutathion peroxydase associée à la membrane mitochondriale, la phospholipide-hydroperoxyde glutathion peroxydase (PHGPx) qui est spécifiquement impliquée dans la diminution de la peroxydation lipidique (Nomura et all, 2000). La glutathion réductase, quant à elle, a pour rôle de régénérer le glutathion réduit (GSH) à partir du GSSG grâce au NADPH qui est utilisé comme donneur d’électrons. En effet, la concentration cellulaire en glutathion étant limitée, il est nécessaire de le réduire constamment pour que la GPx maintienne sa fonction. Ces deux enzymes sont présentes dans le cytosol et dans les mitochondries (Garait, 2006).

Catalase

La catalase est également responsable de l’élimination d’H2O2 par une transformation en molécule d’eau (H2O) et en dioxygène (O2). Contrairement à la GPx, on remarque une hausse de l’affinité de la catalase pour l’H2O2 seulement lorsqu’il y a une augmentation des teneurs en peroxyde d’hydrogène (Mates, et all, 1999). Cette enzyme est abondante dans le foie et les 16 globules rouges. Elle se retrouve préférentiellement dans les peroxysomes et en plus faible quantité dans le cytosol. II.2.2. DEFENSES EXOGENES. Contrairement aux défenses endogènes, la plupart de ces composants n’est pas synthétisée par l’organisme et doit être apportée par l’alimentation. Elles constituent la deuxième ligne de défense du stress oxydatif. Dans cette catégorie d’antioxydants secondaires, nous retrouvons les oligoéléments, le glutathion réduit (GSH), l’ubiquinone, le cytochrome c et les vitamines E et C (site internet 9).

 Oligoéléments

Les oligoéléments sont des éléments chimiques, minéraux ou d’origine minérale présents dans tous les organismes à l’état de traces et indispensables au bon déroulement des réactions biochimiques. Non synthétisés par l’organisme, les oligoéléments doivent obligatoirement être apportés par l’alimentation, où ils se trouvent la plupart du temps en quantité suffisante, les quantités nécessaires à l’organisme étant infimes (souvent quelques microgrammes à peine). On distingue le cuivre (Cu), le zinc (Zn), le manganèse (Mn), le sélénium (Se) et le fer (Fe), métaux essentiels dans la défense contre le stress oxydant (site internet 10). En vue de maintenir leur activité catalytique, les enzymes antioxydantes ont besoin d’un cofacteur. Ainsi, la SOD mitochondriale a besoin de manganèse, la SOD cytosolique de cuivre et de zinc, la catalase de fer et la GPx de sélénium. Cependant, certains oligoéléments, notamment le fer, lorsqu’ils sont en excès dans l’organisme et sous leur forme réduite, peuvent avoir une action prooxydante (réaction de Fenton, d’Haber-Weiss) (Garait, 2006).

Glutathion (GSH)

Le glutathion réduit (GSH), réduit le peroxyde d’hydrogène et/ou les peroxydes organiques grâce à la réaction catalysée par la GPx. Il peut aussi réduire les radicaux formés par l’oxydation des vitamines E et C, baissant ainsi les niveaux de peroxydation lipidique (Packer et all, 1997). 17 Le rapport glutathion réduit/glutathion oxydé (GSH/GSSG) est souvent utilisé comme un marqueur du stress oxydant car plus le flux d’H2O2 est important, plus le glutathion réduit est consommé et le glutathion oxydé augmenté. Il permet les échanges d’électrons (donc d’énergie) à l’intérieur de la cellule protégeant ainsi les cellules de plusieurs polluants et poisons (Ji et all, 1992). 

Ubiquinone et Cytochrome c.

Il a été décrit précédemment que les ubiquinones, sous leur forme semi-radicalaire jouaient un rôle fondamental dans la production de ROS. Inversement, il a pu être défini que la forme « ubiquinol » agissait comme antioxydant (Powers et all, 1999). L’ubiquinol protège les membranes de la peroxydation lipidique par une diminution de la formation et de la propagation de radicaux peroxydes. Connu sous le nom de Coenzyme Q10, l’ubiquinone est également impliquée dans la régénération de la vitamine E ce qui amplifie son rôle protecteur contre les ROS (Packer et all, 1997). Le cytochrome c présent dans l’espace inter membranaire a un rôle de détoxification en captant l’électron libre d’O2•- produit au niveau de la chaîne respiratoire. Ainsi réduit, il cède cet électron au complexe IV formant du cytochrome c oxydé et de l’H2O (Skulachev, 1998). 

Vitamines E et C.

Les vitamines E (α-tocophérol) et C (acide ascorbique) semblent être les plus importantes dans la lutte contre le stress oxydant. La vitamine E étant liposoluble, elle se fixe aux membranes et peut ainsi séquestrer les radicaux libres empêchant la propagation des réactions de peroxydation lipidique (Thannickal et all, 2000). On la retrouve dans les graines, les noix et l’huile. La vitamine C, hydrosoluble, se trouve dans le cytosol et dans le fluide extracellulaire ; elle peut capter directement l’O2•- et l’OH•. Elle peut aussi réduire le radical α-tocophérol et ainsi permettre une meilleure efficacité de la vitamine E (Evans, 2000).