Soutenance mémoire
Propriétés biologiques du NO et des RNS
Action sur les protéines
Le NO et ses dérivés sont capables de réagir avec les métaux de transition présents dans les métalloprotéines, et également avec les atomes de soufre des résidus cystéines. Ces réactions modifient l’activité des enzymes qui portent ces atomes
Un métal de transition est, selon la définition de l’IUPAC (Union internationale de chimie pure et appliquée), « un élément chimique dont les atomes ont une sous couche électronique d incomplète, ou qui peuvent former des cations dont la sous-couche électronique d est incomplète » . Ces métaux sont classés dans les colonnes 3 à 11 du tableau périodique des éléments. Ils partagent des propriétés communes : ils sont solides dans les conditions normales de température et de pression, avec une masse volumique et une température de fusion élevées. Ils peuvent former des cations et d’autres variétés d’espèces ioniques, grâce à la faible différence d’énergie entre leurs états d’oxydation. Ils ont également de bonnes propriétés catalytiques. C’est pourquoi certains métaux de transition comme le fer et le cuivre ont de nombreux rôles biologiques, notamment via leur liaison aux protéines. Le NO peut ainsi interagir avec les métalloprotéines et plus particulièrement les protéines à groupement hème (ou hémoprotéines) et les protéines à groupement fer-soufre.
Réaction avec les hémoprotéines
L’hème est une molécule constituée d’un atome de fer sous forme d’ion Fe2+ au centre d’un hétérocycle appelé porphyrine. C’est un groupement prosthétique de protéines, appelées hémoprotéines. Ces hémoprotéines sont retrouvées chez les eucaryotes et les procaryotes, on peut citer notamment l’hémoglobine, les cytochromes, les synthases de NO (NOS), et la flavohémoglobine bactérienne (Hmp). La fonction principale des hémoprotéines est de lier, transporter et détecter des gaz diatomiques (comme le NO ou le dioxygène). Elles peuvent aussi catalyser des réactions enzymatiques et servir de transporteurs d’électrons. Le NO peut donc se lier à l’atome de fer du groupement hème et modifier les propriétés de transport ou catalytique de l’enzyme. En effet, l’affinité du NO pour l’hémoglobine est très forte, nettement supérieure à celle de l’O2. L’hémoglobine est capable de détoxifier le sang d’un excès de NO, mais en trop forte concentration, le taux d’hémoglobine disponible pour le dioxygène devient limitant. L’intoxication au NO peut donc entrainer une cyanose potentiellement grave .
La majorité des cibles enzymatiques du NO et son effet d’activation ou d’inhibition sur cellesci restent encore peu connus. Chez les mammifères, la principale cible du NO est la guanylate cyclase (GC). La GC activée catalyse la formation de 3′,5′-cyclic guanosine monophosphate (cGMP) à partir de la guanosine triphosphate (GTP) avec libération d’un pyrophosphate, le GMPc, qui est un second messager important des cellules eucaryotes Le NO peut activer la GC de façon réversible en se liant sur son groupement hème avec une forte affinité .
Chez les procaryotes, sa cible la plus connue est la flavohémoglobine. C’est une protéine très proche de l’hémoglobine eucaryote, également capable de détoxifier le cytoplasme des bactéries d’un excès de NO . Les cytochromes, qui sont communs aux eucaryotes et aux procaryotes, sont aussi très fortement ciblés par le NO. Ce sont les composants essentiels de la chaine respiratoire. Ainsi, le NO inhibe la respiration bactérienne et mitochondriale par action sur la cytochrome C oxydase, ce qui induit la mort des cellules eucaryotes et des bactéries aérobies .
Modification des acides aminés
Le stress causé par le peroxynitrite peut résulter des réactions d’oxydation directe de l’acide peroxynitreux ou de la formation de radicaux oxydants et peut entraîner l’oxydation des lipides, des thiols et des hémoprotéines, l’hydroxylation des centres aromatiques et les dommages aux centres fer-soufre. Ce stress nitrogène peut être causé par la nitration des groupements phénols et la nitrosylation des thiols des acides aminés. Le peroxynitrite réagit et altère la fonction et la stabilité des protéines par la réaction avec divers acides aminés dans la chaîne peptidique. La réaction la plus courante avec les acides aminés est l’oxydation de la cystéine et la nitration de la tyrosine pour former de la nitrotyrosine . La tyrosine réagit avec des RNS produits à partir de peroxynitrite. Toutes ces réactions affectent la structure et la fonction de la protéine et ont donc le potentiel de provoquer des changements dans l’activité catalytique des enzymes, l’organisation cytosquelettique et la transduction du signal cellulaire. La quantité de nitrotyrosine, qui peut être dosée, est un témoin du stress nitrogène.
Le NO cible uniquement les cystéines libres des chaines peptidiques, c’est-à-dire celles qui ne sont pas impliquées dans un pont disulfure, ni dans un motif structurel acide ou hydrophobe. Le NO réagit avec les groupements thiol de ces résidus cystéine, pour former un groupement S-nitrosothiol (Figure 7). La nitrosylation est une modification post-traductionnelle des protéines, impliquées dans la transduction de signal comme la phosphorylation, par exemple. Les cibles de S-nitrosylation connues sont retrouvées dans des mécanismes cellulaires très différents. On peut notamment citer la voie des MAP kinases, la voie NF-кB impliquée dans l’inflammation et le récepteur NMDA impliqué dans la neurotransmission .
Action du NO et des RNS sur les acides nucléiques
Le stress nitrogène est responsable de mutations de l’ADN. La plupart des dommages ne sont pas directement liés au NO mais à ses dérivés, tels que l’ion peroxynitrite (ONOO- ) ou le trioxyde de diazote (N2O3). Le N2O3 est capable de désaminer les bases de l’ADN : guanine, adénine et cytosine en xanthine (dX), en hypoxanthine (dHX) et en uracile (dU) respectivement . Ces trois composants sont hautement mutagènes pour la molécule d’ADN et sont responsables de mutations de type transition GC→AT ou AT→ GC. Le peroxynitrite est un agent oxydant qui cible préférentiellement les résidus guanine et produit de la 8-oxoguanine et de la 8 nitroguanine. La 8-oxoguanine a une réactivité élevée qui peut générer des produits oxydants cytotoxiques. La 8-nitroguanine est très instable et peut entrainer des cassures de brin d’ADN.
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Table des matières
Introduction
I. Le monoxyde d’azote
A. Le NO chez les mammifères
B. Propriétés biologiques du NO et des RNS
C. Le NO dans le monde procaryote
II. Bactérie modèle : Bacillus cereus
A. Le groupe Bacillus cereus
B. Toxines et facteurs de virulence
C. La pathogénicité du groupe B. cereus
III. Les antibiotiques
A. Histoire : Découvertes et mises au point
B. Classes et cibles des antibiotiques actuels
C. La résistance aux antibiotiques
D. Quels espoirs ? Quelles options
E. Les bactéries ESKAPE
Chapitre 1 : Caractérisation d’une région clé impliquée dans la réponse au stress NO de Bacillus cereus
I. Introduction
II. Material and method
III. Results
A. Resistance of B. cereus to NO stress
B. A 6 genes region over activated by nitric oxide in the early response
C. Organization and regulation of the region of interest
D. Specificity to NO stress
IV. Discussion
Chapitre 2 : La réponse au NO cible d’un antibiotique innovant – Un inhibiteur dirigé contre Mfd-
I. Introduction
II. Matériels et méthodes
III. Résultats
IV. Discussion
Discussion Conclusion
Bilan de la thèse
Annexes
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