Conception, synthèse et études métaboliques de nouveaux pièges pour la détection de radicaux libres dans les systèmes biologiques – SPIN BioRad

Au cours des 20 dernières années, l?étude des espèces réactives de l?oxygène et de l?azote est apparue comme un domaine de recherche de plus en plus actif. Cet intérêt croissant est à relier à leurs rôles comme médiateur dans différent processus physiologiques (messagers secondaires et agents de transduction) et pathologiques (maladies neurodégénératives, ischemie-reperfusion, diabète, athérosclérose). Parmi ces espèces, les radicaux centrés sur l?oxygène présentent un intérêt tout particulier dans le domaine biomédical. Il apparaît donc nécessaire d?avoir une technique précise de détection de ces espèces pour une meilleur compréhension des processus physiologiques et pathologiques dans lesquelles ces espèces sont impliquées. Plusieurs méthodes ont été développées pour détecter le radical superoxyde dans les systèmes biochimiques, cellulaires et in vivo comme la réduction du cytochrome c, la chimioluminescence, les sondes fluorescentes, oxydation de l?hydroéthidine et la réduction du bleu de nitrotétrazolium. Cependant, l?usage de ces techniques ne permet pas toujours de différencier clairement les oxydants biologiques du radical superoxyde. Parallèlement à ces techniques, la technique de résonance paramagnétique électronique (RPE) permet la détection directe de radicaux libres et la caractérisation de leur génération et de leurs cinétiques de réaction. Ainsi, la spectroscopie RPE est l?une des techniques les plus performantes pour l?étude des radicaux libres. Cependant, la combinaison d?une disparition rapide et d?une concentration stationnaire très faible empêche la détection directe des radicaux libres d?intérêt biologiques, dans des conditions physiologiques. Pour surmonter ces difficultés, l?implication des radicaux libres peut être déduite en utilisant la technique de spin trapping dans laquelle un radical libre peu persistant réagit spécifiquement avec un piège de type nitrone pour conduire à un adduit de spin persistant qui est détecté par RPE. En 1999, Swartz et al. ont évalué la DEPMPO, un nouveau piège à radicaux libres, dans des systèmes modèles et ont conclu que la DEPMPO est potentiellement un bon candidat pour le piégeage de radicaux libres dans les systèmes biologiques et représente une avancée par rapport à la DMPO. Plus récemment, Swartz et al. ont évalué les effets de la DMPO, CMPO, EMPO, BMPO, et DEPMPO sur des cellules CHO et la stabilité des adduits correspondants en présence de cellules. En conclusion, les auteurs ont indiqué qu?avec des contrôles appropriés et une bonne sélection du pièges utilisés, le spin trapping de radicaux libres dans les systèmes biologiques pourrait être efficace en utilisant les pièges adéquats. Depuis ce travail, peu d?expériences ont été menées avec succès dans les systèmes biologiques. Le plus long temps de demi-vie in vivo pour un adduit de spin a été estimé de 1 à 2 minutes pour la DEPMPO. Dans le cadre d?étude de radicaux libres dans les systèmes biologiques, la technique présentent les limitations suivantes : - faible temps de vie de l?adduit superoxyde, - réduction rapide de l?adduit de spin en composés diamagnétiques, - faible vitesse de piégeage du radical superoxyde, - très faible concentration du radical superoxyde, - faible concentration du composé piège sur le site de production de radicaux libres. Comme conséquence, l?utilisation de la technique de spin trapping dans les systèmes in vivo reste encore un challenge. Il existe donc toujours un besoin croissant d?outils capable d?apporter des informations sur les processus radicalaires rencontrés dans les systèmes biologiques. Et ce phénomène est illustré par l?intégration de chimistes organiciens dans les groupes leaders de la thématique et par les demandes de financement axés sur cette thématique. Nous nous proposons d?étudier le piégeage de radicaux centrés sur l?oxygène au niveau théorique, des solutions tampons, des fractions subcellulaires, des cellules et dans les petits animaux. Ces études combinées devraient nous permettre d?obtenir des informations sur la distribution cellulaire des pièges, sur le mécanisme intrinsèque de décomposition de l?adduit superoxyde, sur la métabolisation des adduits, sur la vitesse de piégeage du radical superoxyde, et sur les stratégies efficaces pour protéger les adduits de spin dans les systèmes biologiques. Nous espérons obtenir les principaux résultats suivants : - développer de nouveaux pièges possédant une vitesse de piégeage du radical superoxyde augmentée, - développer un modèle théorique pour corréler les constantes de couplage hyperfin à la conformation et à la stabilité des adduits, - mettre en lumière les voies métaboliques des adduits de spin, - augmenter le temps de demi vie des adduits paramagnétiques dans les systèmes biologiques, - déterminer les caractéristiques importantes responsables des performances de piégeage, - préparer des pièges efficaces pour étudier les processus radicalaires dans les systèmes biologiques.