NO : un médiateur ubiquitaire aux

multiples facettes

Jean-Claude Stoclet

Faculté de Pharmacie, Université de Strasbourg

Académie des Sciences et Académie Nationale de Pharmacie,

06/02/2013

N=O •

Nitric Oxide (IUPAC), •NO

Monoxyde d’azote, NO

NO : un médiateur ubiquitaire aux multiples facettes

Académie des Sciences et Académie Nationale de Pharmacie, 06/02/2013

Principales cibles moléculaires du •NO

HbHb : Hémoglobine,

sGC : guanylyl cyclase

soluble,

CcOx : cytochrome c oxydase

D’après Toledo et Augusto, Chem. Res. Tox. 2012; 25:975-89, modifié.

Evolution en fonction du tempsde la concentration du

NO dans différentes conditions

Laranjinha J. et al. Ann N Y Acad Sci 2012; 1259:10182012, 1259:10-18

Estimations dans les tissus:

0.1 à 6 nM, ½ vie 0.01 à 0.6s

(Hall et Garthwaite Nitric

Oxide 2009; 21(2): 92-103)

.

Gradient de concentration du NO et ses effets

Martinez-Ruiz et al. Fee Rad Biol Med 2011; 51: 17-29

Expression et rôle «classique» des trois isoformes de NO

synthase

Förstermann et Sessa, Eur. Heart J. 2012; 33:829-37.

NO synthases (NOS)

Isoforme Expression Régulations

eNOS/NOS3 Endothélium, neurones,

cellules épithéliales,

cardiomyocytes

Activité:

Interactions avec

protéines, [ca]i,

modifications post-

translationnelles,, accessibilité des

substrats et co-facteurs

nNOS/NOS1 Neurones,

cardiomyocytes,

cellules épithéliales,

muscle squelettiques

iNOS/NOS2 Épithélium

Inductible dans de

nombreux tissus

Expression:

induite par les

cytokines

inflammatoires

L-arginine + 2 O2

1.5 NADPH

L-citrulline + •NO

1.5 NADP+ + H++

Schéma simplifié représentant le fonctionnement de la NO synthase

Régulation post-translationnelle de l’activité de la NOS

endothéliale par phosphorylations

Fleming I. Pflugers Arch Eur J Physiol 2010, 459:793-806

Effets paracrines du NO

Principales cibles moléculaires du •NO

Hb : Hémoglobine, sGC : guanylyl cyclase soluble, CcOx : cytochrome c oxydase

D’après Toledo et Augusto, Chem. Res. Tox. 2012; 25:975-89, modifié.

Straub et al Nature 2012, 491:473-477; Gladwin & Kim-Shapiro Nature 2012, 491:344-345

Expression de l’hémoglobine α monomérique dans les cellules endothéliales et

les jonctions myo-endothéliales des vaisseaux

Straub et al Nature 2012, 491:473-477

Régulation du tonus vasculaire par l’hémoglobine α (en haut)

et la cytochrome b5 réductase 3 (en bas)

Gladwin & Kim-Shapiro Nature 2012, 491:344-345

Régulation de la diffusion du NO dans les vaisseaux

par la cytochrome b5 réductase 3

Straub et al Nature 2012, 491:473-477

Régulation du tonus vasculaire par l’hémoglobine α (en haut)

et la cytochrome b5 réductase 3 (en bas)

Effets autocrines du NO

D’après Sowa G. et al. Front. Physio. 2012, 2, 120, modifié

Co-localisation de la NOS endothéliale et de la cavéoline

dans les caveolae

Récepteur tyrosine-kinase

Canal calcique

Récepteur couplé à une protéine G

Canal calcique

Régulation des flux calciques dans lesmyocytes cardiaques

par S-nitrosation des canaux et des transporteurs

Lima B. et al. Circ Res 2010, 106:633-646

Localisation des NO synthases dans les myocytes

cardiaques

Zaobornyj T. et al. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2012, epub ahead of print

Mécanismes putatifs de S-nitrosation des protéines

Toledo J.C.. et al. Chem Res Toxicol 2012, 25:975-989

Rôles du GMP cyclique et de la S-nitrosyation dans la

signalisation par NO (A) et mécanismes de dénitrosylation (B)

enzymatique

Lima B. et al. Circ Res 2010, 106:633-646

Cooper et al. Trends Biochem Sci 2010; 27(10): 489-512

Variabilité des réponses possibles de la cystéine à différents

stress cellulaires

Facteur de transcription Localisation de la cystéine modifiée Effet

NF-κB p50 DNA binding domain Inhibition of DNA binding

NF-κB p65 DNA binding domain Inhibition of DNA binding

AP-1 c-Jun DNA binding domain Inhibition of DNA binding

AP-1 c-Fos DNA binding domain Inhibition of DNA binding

HIF-1α (C533) Oxygen-dependent degradation Protein stabilization

domain

HIF-1α (C800) Transactivation Domain Enhanced binding

Sp1 Zinc finger DNA binding domain Inhibition of DNA binding

EGR-1 Zinc finger DNA binding domain Inhibition of DNA binding

Yin Yang 1 Zinc finger DNA binding domain Inhibition of DNA binding]

Hepatocyte nuclear factor-4 Zinc finger DNA binding domain Inhibition of DNA binding

Estrogen receptor Zinc finger DNA binding domain Inhibition of DNA binding

PARP-1 Zinc finger DNA binding domain Inhibition of DNA binding

Myogenin DNA binding domain Inhibition of DNA binding

Facteurs de transcription directement régulés par S-nitrosylation

D’après Sha et Marshall, BBA 2012; 1820 : 701-7011

Rôle de la S-nitrosylation de HIF-1α dans la réponse à l’hypoxie

Ho et al. J Mol Med 2012; 90: 217-231

Pathologies

1. NO insuffisant

Exemples: asthme, hypertension

pulmonaire, fibrose cystique, diabésité,

accidents vasculaires cérébraux et

coronariens, hypertension artérielle,

athérosclérose ….

BH2

ROS

O2

•-

Schéma représentant le fonctionnement de la NO synthase

découplée

Förstermann U. & Sessa W.C. Eur Heart J 2012, 33:829-837

Découplage de la NOS endothéliale et risque vasculaire

Dysfonction endothelialechez le Rat isoumis à une

infusion d’angiotensine II (par minipompe)

Sarr M. et al. Nitric Oxide 2007, 17:1-9

Bêta-bloquants

• 1ère génération (non sélectifs) et 2ème

génération (sélectifs pour les β1), pas de

propriétés « ancillaires »

• 3ème génération (sélectifs ou non),

propriétés « ancillaires » (vasodilatrices)

Le Nebivolol relâche les micro-artères coronariennes de

Rat et de Souris par l’intermédiaire des récepteurs β3-

adrénergiques

Dessy C et al. Circulation 2005;112:1198-1205

Vanhoutte P. et Gao Y. Curr Opin Pharmacol 2012, 14:1–9

Mécanismes possibles des effets NO-dépendants des β-

bloqueurs de 3ème génération sur les cellules endothéliales et

les cardiomyocytes

Pathologies

2. Excès de NO

Exemples:

ischémie/reperfusion, états inflammatoires,

sepsis, pneumonie, arthrite, sclérose en

plaques, transformation maligne, maladies

neurodégénératives…

Di J.-H. et al. BBRC 2012, 420:594-599

Effet du nucléotide antisens (AS) sur l’expression de la nNOS (à gauche),

la S-nitrosylation du récepteur R6 au glutamate (à droite) et la survie des

neurones de l’hippocampe (en bas) au cours de l’ischémie-reperfusion

chez le Rat

Yu H.-M. et al. Neuroscience 2008, 155:1120–1132

Mécanismes possibles du couplage entre la NO synthase neuronale, la S-

nitrosylation du récepteur R6 au glutamate et la signalisation en aval,

durant les premiers stades de la reperfusion après ischémie

Wang Z. Cancer letters 2012; 320: 123-129

Quelques protéines S-nitrosylée impliquées dans la survenue

de cancers humains

Perspectives en Pharmacologie

Inhibiteurs sélectifs de NO synthase • Problèmes: homologie des isoformes; plusieurs isoformes contrôlent

une même fonction

Donneurs de NO • Problèmes: localisation tissulaire et cellulaire du NO libéré; tolérance

et effets indésirables

Inducteurs de l’expression d’une isoforme définie • Ex: oestrogènes, statines, flavonoïdes

Activateurs directs ou indirects de NOS • flavonoïdes

• Récepteur couplé à une isoforme (ex oestrogènes, névibilol)

• Restaurateurs de l’activité de la NOS découplée: inhibiteurs de

l’angiotensine, inhibiteurs de NADPH oxydase directs (ex apocynine)

ou indirects (ex carvédilol)

Conclusions

Le NO est un médiateur ubiquitaire aux multiples

facettes:

• Il intervient dans pratiquement tous les tissus,

comme messager « non classique », lié à la

signalisation rédox;

• il joue un rôle essentiel dans l’homéostasie

tissulaire et cellulaire;

• Il est impliqué dans de nombreuses pathologies

et offre différentes possibilités d’interventions

pharmacologiques.