Interférence de l’acide para-aminobenzoique avec le métabolisme du Coenzyme Q chez les mammifères : causes moléculaires, conséquences physiologiques et biosynthèse d’analogues du Coenzyme Q. – pABACoQ

culture cellulaire, quantification du contenu cellulaire en coenzyme Q grâce à 'HPLC-ECD acquise avec le financement de l'ANR. mesures de consommation d'oxygène sur les cellules intactes et perméabilisées et tests spectrophotométriques d'activités enzymatiques.

Nous avons confirmé la biosynthèse de N-DMQ dans plusieurs lignées cellulaires murines et humaines lorsqu'elles sont cultivées en présence de pABA. Nous avons également mis en évidence que le contenu cellulaire en coenzyme Q dépend du sérum utilisé pour les cultures et nous avons sélectionné un sérum approprié à nos expériences. Les études de la fonctionnalité de N-DMQ dans la chaine respiratoire sont en cours.

Au cours de la prochaine année nous aborderons notamment les expériences visant à définir le rôle pro ou antioxydant du N-DMQ et de nouveaux analogues du coenzyme Q dans la cellule. Les expériences pour vérifier la formation de N-DMQ dans des souris à l’aide de 13C-pABA seront entreprises dans un délai de 6 mois. Enfin, nous continuerons à travailler à établir les causes moléculaires de l’accumulation de N-DMQ dans les cellules exposées au pABA.

Impact of Chemical Analogs of 4-Hydroxybenzoic Acid on Coenzyme Q Biosynthesis: From Inhibition to Bypass of Coenzyme Q Deficiency.
Pierrel F.
Front Physiol. (2017) 8:436
DOI: 10.3389/fphys.2017.00436

The COQ2 genotype predicts the severity of coenzyme Q10 deficiency
Desbats M. A., Morbidoni V., Silic-Benussi M., Doimo M., Ciminale V., Cassina M., Sacconi S., Hirano M., Basso G., Pierrel F., Navas P., Salviati L., Trevisson E.
Hum Mol Genet. (2016) 25:4256-4265
DOI: 10.1093/hmg/ddw257

L’ubiquinone ou Coenzyme Q (CoQ) est un lipide rédox essentiel au transfert des électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale. CoQ est un antioxydant membranaire important mais qui peut aussi contribuer à la formation d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans certaines conditions physiologiques. CoQ est composé d’un noyau benzénique comportant une grande variété de groupements substituants dont une longue chaîne polyprényle. Ces substituants confèrent ses propriétés rédox au CoQ et sont introduits séquentiellement par des systèmes enzymatiques sur le noyau benzénique du précurseur du CoQ, l’acide 4-hydroxybenzoïque (4-HB). CoQ est synthétisé dans les mitochondries des cellules eucaryotes et des mutations dans cinq gènes de biosynthèse du CoQ causent des pathologies, ce qui démontre l’importance du CoQ.
Nous avons publié en 2010 que l’acide 4-aminobenzoïque (pABA), l’analogue aminé du 4-HB est un précurseur du CoQ chez la levure Saccharomyces cerevisiae. In vivo, le pABA et le 4-HB sont des substrats compétiteurs pour la formation du CoQ. Chez la levure, nous avons montré que le groupement C4-amine (NH2) provenant du pABA était remplacé par un groupement C4-hydroxyle lors d’une étape de la voie de biosynthèse du CoQ qui reste à définir. Sur la base de ces résultats, nous avons testé si le pABA était également un précurseur du CoQ dans des cellules murines en culture. Nos résultats montrent que ces cellules ne synthétisent pas de CoQ à partir de pABA. Au contraire, pABA diminue, d’une manière dose-dépendante, le contenu cellulaire en CoQ et cause l’accumulation d’un analogue du CoQ contenant un groupement amine, le 4-amino-6-deméthoxyquinone (N-DMQ). Ces résultats montrent que le pABA peut entrer dans la voie de biosynthèse du CoQ dans des cellules murines à la place du 4-HB. Cependant, contrairement à la levure, le groupement C4-amine provenant du pABA n’est pas converti en C4-hydroxyle ce qui entraîne une forte déplétion du CoQ et l’accumulation du N-DMQ. Le N-DMQ est le premier analogue du CoQ biosynthétisé par des cellules de mammifères.
Au vu du rôle crucial du CoQ dans le métabolisme eucaryote, il est important d’étudier les causes et les conséquences sur la physiologie cellulaire de cette interférence du pABA avec le métabolisme du CoQ. Pour cela, nous proposons d’étudier la fonctionnalité de N-DMQ dans la chaîne respiratoire ainsi que sa capacité à former et à détoxifier in cellulo des ROS. Nous voulons comprendre par des approches in vivo et in vitro les causes moléculaires de l’accumulation de N-DMQ. Nous souhaitons également établir si l’interférence du pABA avec le métabolisme du CoQ est généralisable à d’autres systèmes mammifères comme des cellules humaines en culture et des souris. Ces études fondamentales sont importantes car le pABA est largement utilisé comme complément alimentaire et pourrait interférer avec la biosynthèse du CoQ chez les humains. Nos résultats permettront d’établir si l’ingestion de pABA présente un risque potentiel pour la santé.
Nos résultats préliminaires montrent que des analogues du 4-HB peuvent conduirent à l’accumulation d’analogues du CoQ dans des cellules murines en culture. Nous testerons un éventail d’analogues du 4-HB afin d’obtenir la biosynthèse de plusieurs analogues du CoQ avec des modifications des groupements substituants du noyau benzénique et donc avec des propriétés redox différentes de celles du CoQ. Ensuite, pour la première fois, nous testerons dans des cellules en culture l’activité antioxydante d’analogues du CoQ synthétisés par ces mêmes cellules. Si nous obtenons des analogues du CoQ avec des propriétés antioxydantes améliorées, nous synthétiserons chimiquement les analogues correspondants du MitoQ10, une version à courte chaîne du CoQ. Notre étude pourrait permettre d’améliorer l’activité antioxydante du MitoQ10, une molécule actuellement testée dans le traitement de plusieurs pathologies impliquant des dommages oxydatifs mitochondriaux.