Toxicité du glucose : glucotoxicité et radicaux libres

Toxicité du glucose : glucotoxicité et radicaux libres

Certaines voies de génération des radicaux libres de l’oxygène sont activées, lorsqu’il existe un trouble de la glycorégulation. Le stress oxydant ainsi engendré pourrait constituer le mécanisme final commun à l’origine des complications oxydatives associées à l’hyper insulinémie et à l’hyperlipidémie. Le glucose extracellulaire en excès va majorer la production de radicaux libres de l’oxygène (RLO) à l’origine de dommages au niveau des tissus. Six voies de production d’ERO à partir de ses métabolites sont possibles (Robertson, 2004a) .

Formation d’α céto aldéhyde

Une première voie alterne à la voie classique du métabolisme du glucose est l’auto oxydation du glycéraldéhyde (Figure. 2, voie 1), susceptible de produire des α –cétoaldéhydes qui contribuent à la glycosylation des protéines, et à la production d’H O . La glycation ou glycosylation des protéines est une des conséquences majeures de l’hyperglycémie. Lors de ce mécanisme, les produits d’Amadori et les α-cétoaldéhydes, intermédiairement formés, peuvent céder un électron à O pour générer O° en présence de métaux de transition. D’autre part, ce phénomène de glycation se produit également au niveau des lipoprotéines de basse densité « LDL » ce qui entraîne une augmentation de leur durée de vie plasmatique et donc leur risque de subir une attaque oxydative. Cette susceptibilité des LDL et des VLDL à l’oxydation en présence de Cu a été récemment confirmée chez des patients diabétiques de type I dans le cas où ils présentent une hyperglycémie sévère et/ou des complications vasculaires (Jain et al., 1998).

Activation des PKC

Dans une deuxième voie, la di hydroxy acétone-phosphate (DHAP) (voie 2) peut être réduite en glycérol-3-phosphate et ainsi augmenter la synthèse de novo de diacylglycérol (DAG), lequel active les protéines kinase C (PKC), sources d’ERO.

Formation de composés dicarbonylés et la glycation

L’auto-oxydation du glucose en radical ènediol, catalysée par les ions métalliques entraîne également la formation des dérivés α-dicarbonylés (Wolff & Dean, 1987). Ces réactifs dicarbonylés (méthylglyoxal, glyoxal, 3-dioxyglucosone) (figure 02, voie 3) réagissent avec les protéines pour former des protéines glyquées intra et extracellulaires (AGE ou produits de glycation avancée), elles-mêmes inductrices d’ERO. En effet, il a été montré que cette réaction d’auto-oxydation du glucose n’est pas possible lorsque l’on ajoute des chélateurs de métaux (Wells-Knecht et al., 1995).

Voie des polyols

En effet, les voies habituelles de métabolisation du glucose (glycolyse et voie des pentoses phosphate) sont dépassées en situation d’hyperglycémie ce qui entraîne l’activation de la voie des polyols ou la formation du sorbitol (voie 4). Les conséquences de cette activation sont une baisse des défenses antioxydantes (consommation de NADPH et de GSH) et une accumulation d’H O . Cette voie est notamment impliquée dans l’apparition de la cataracte chez le diabétique.

Métabolisme des hexosamines
Le fructose-6-phosphate est dévié vers la formation de glucosamine-6-phosphate puis d’UDP- N-acétylglucosamine, précurseur de protéoglycanes et de la formation de protéines glyquées .

Phosphorylation oxydative

La principale source de production des EROs dans les états hyperglycémiques est la respiration mitochondriale (figure 02, voie 6). En effet, il a été montré que l’hyperglycémie favorise le gradient électrochimique de la membrane interne mitochondriale suite à une activation des donneurs d’électrons Ceci induit en retour une forte production d’O° par la cellule endothéliale (Du et al., 2001).

Rappel sur les radicaux libres et les systèmes antioxydants

Le stress oxydant apparaît dans une cellule quand l’équilibre entre les espèces pro-oxydantes et anti-oxydantes est rompu en faveur de l’état pro-oxydant (Sies, 1991). Dans les systèmes vivants, une production physiologique d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) se fait de manière continue. Dans des conditions pathologiques ou provoquées par des facteurs exogènes, une surproduction de ces espèces réactives est possible. Les défenses anti- oxydantes, dont une partie est dépendante de l’alimentation, peuvent être insuffisantes pour empêcher les dégâts cellulaires que peuvent causer les radicaux libres oxygénés .

Espèces Réactives de l’Oxygène (ERO)

Les radicaux libres sont des espèces chimiques possédant un électron célibataire (ou non apparié) sur leur couche périphérique. Le champ magnétique crée par la rotation de cet électron, ou spin, n’est pas compensé par la rotation en sens inverse d’un électron apparié. Cette propriété rend les radicaux libres aptes à réagir avec différentes molécules, dont les composés cellulaires : lipides, protéines et acides nucléiques, notamment lors de réaction en chaînes dont l’exemple le plus connu est celui de la peroxydation des lipides. Les radicaux libres issus de la réduction monovalente de l’oxygène constituent les espèces réactives de l’oxygène. Les Espèces Réactives Oxygénées (ERO) sont des molécules contenant de l’oxygène, mais dont la réactivité est bien supérieure à celle de la molécule de dioxygène(O ). Les ERO comprennent des radicaux tels le superoxyde (O° ), l’hydroxyle (OHº), l’oxyde nitrique (NO°), et des espèces non radicalaires telles le peroxyde d’hydrogène H O , l’oxygène singulet (1O ) et le peroxynitrite (ONOO-) (Figure 4). Le superoxyde et l’hydroxyle sont très instables, au contraire d’H O , qui diffuse librement et a une durée de vie plus longue. De nombreux facteurs, tels que des perturbations métaboliques dont l’insulinorésistance et l’hyperglycémie, l’inflammation, des agents physiques, la présence d’oxydants exogènes, peuvent conduire à la formation accrue des radicaux libres (Morel & Barouki, 1999).

Espèces réactives de l’azote (ERNs)

Les espèces réactives de l’azote issues du métabolisme de l’azote (via les NO synthases sont représentées principalement par l’oxyde nitrique (NO•) qui est un radical, les oxydes de l’azote, comme l’anhydride nitreux N O et l’ion peroxynitrite (ONOO-). La présence en excès de ces ERNs semble avoir des effets carcinogènes (Cooke et al., 2006). Le NO• provient notamment de la réaction catalysée par la NO synthase mitochondriale (mtNOS) entre l’atome d’azote appartenant à la L-Arginine et une molécule d’oxygène (Ghafourifar &Cadenas, 2005) .

Peroxydation lipidique

Le stress oxydant concerne tous les constituants cellulaires mais ce sont les lipides qui sont les plus touchés par ce phénomène. La peroxydation lipidique concerne les acides gras polyinsaturés ou estérifiés des membranes cellulaires (ou PUFAs pour « Poly Unsaturated Fatty Acids », exemple des esters de cholesterols, phospholipides et triglycérides), cibles des EROs. Ce phénomène de peroxydation lipidique peut se produire dans des conditions physiologiques et il se trouve exacerbé dans des conditions pathologiques comme l’athérosclérose. La peroxydation lipidique débute par une phase d’initiation qui implique l’attaque des espèces réactives (hydroxyles, alcoxyles, peroxyles, oxygène singulet, peroxynitrite) entraînant l’arrachement d’un hydrogène du PUFA (LH). Ceci aboutit à la formation d’un radical pentandiényl qui après addition avec O2 donne le radical peroxyle (LOO•). Ensuite, ce radical peut réagir avec un autre PUFA et former un hydroperoxyde (LOOH), c’est la phase dite de propagation de la peroxydation lipidique. Ces hydroperoxydes appartiennent à la famille des peroxydes lipidiques : les LPO. La réaction en chaîne de la peroxydation lipidique peut être prévenue par la vitamine E (α- tocophérol) intercalée dans la bicouche lipidique des membranes qui joue le rôle de donneur d’hydrogène. En effet, la vitamine E transforme les radicaux peroxyles en hydroperoxydes et met fin à la réaction en chaîne de peroxydation des PUFAs. Cette dernière étape est alors désignée comme phase de terminaison.

Table des matières

INTRODUCTION
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Diabète
1.1. Diabète induit par l’alloxane
1.2. Toxicité du glucose : glucotoxicité et radicaux libres
1.2.1. Formation d’α céto aldéhyde
1.2.2. Activation de la voie des protéines kinases C
1.2.3. Formation des composés dicarbonylés et la glycation
1.2.4. Voie des polyols
1.2.5. Métabolisme des héxosamines
1.2.6. La phosphorylation oxydative
II. Rappel sur les radicaux libres et les systèmes antioxydants
2.1. Espèces réactives de l’oxygène
2.2. Espèces réactives de l’azote
2.3. Atteintes cellulaires
2.3.1. La peroxydation lipidique
2.3.2. Oxydation des protéines
2.3.3. Atteinte de l’ADN
2.4. Biomarqueurs du stress oxydant
2.4.1. Définition d’un biomarqueur
2.4.2. Différents types de biomarqueurs de l’oxydation cellulaire
2.4.2.1. Biomarqueurs de l’oxydation lipidique
a. Malondialdéhyde
b. 4-hydroxynonénal
c. Méthylglyoxal
2.5. Défenses anti oxydantes
2.5.1. Défenses anti oxydantes enzymatiques
2.5.1. 1. Superoxyde dismutase
2.5.1.2. Catalase
2.5.1.3. Glutathion peroxydase
2.5.1.4. Glutathion réductase
2.5.1.5. Glutathion-S- transférase
2.5.1.6. Peroxyredoxine
2.5.1.7. Glutaredoxine
2.5.1.8. Thioredoxine réductase
2.5.1.9. Hème oxygénase
2.5.1.10. Cofacteurs réduits
2.5.2. Molécules anti oxydantes
2.5.2.1. Molécules anti oxydantes endogènes
A. Glutathion
B. Ubiquinol et cytochrome C
C. Autres composés endogènes
2.5.2.2. Molécules anti oxydantes exogènes
A. Vitamines A, E et C
B. Métaux
III. Sélénium
3.1. Propriétés physico-chimiques
3.2. Utilisation industrielle du sélénium
3.3. Apports alimentaires et besoins en sélénium
3.4. Métabolisme du sélénium
3.5. Importance biologique de sélénium
3.5.1. Action anti oxydante du sélénium
3.5.2. Autres rôles biologiques
3.6. Toxicité du sélénium
DEUXIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
I. MATERIEL ET METHODES
A. Animaux
B. Protocole
1. Conditions d’élevage
2. Traitement des rats
3. Sacrifice et prélèvement d’organes
C. Paramètres analysés et méthodes
1. Glucose
2. Insuline
3. Glucose-6- phosphate deshydrogénase
4. Urée
5. Créatinine
6. Bilirubine totale & directe
7. Magnésium
8. Cholestérol total
9. Cholestérol HDL
10. Cholestérol LDL
11. Triglycérides
12. Lipides totaux
13. Aspartate amino transférase
14. Alanine amino transférase
15. Phosphatase alcaline
16. α amylase
17. Glycogène hépatique
18. Préparation de l’homogénat et dosage des paramètres du stress oxydatif
19. Glutathion
20. Protéines tissulaires
21. Glutathion peroxydase
22. Glutathion-S- transférase
23. Catalase
24. Malondialdéhyde
D. Etude histologique
E. Etude statistique
II. RESULTATS
A. Etude du poids corporel et poids relatif des organes
B. Etude des paramètres biochimiques sanguins
C. Etude des paramètres biochimiques tissulaires
D. Etude histologique
III. DISCUSSION
A. Effet du sélénium sur le poids corporel et le poids relatif des organes
B. Effet du sélénium sur les paramètres biochimiques sanguins
C. Effet du sélénium sur les paramètres biochimiques tissulaires
D. Effet du sélénium sur l’histologie des organes
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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