Oxyde nitrique synthétase

L’oxyde nitrique synthétase (NOS) est une protéine enzymatique qui synthétise l’oxyde nitrique, un radical libre présent dans la circulation sanguine. Elle est composée d’une simple chaîne polypeptidique qui possède plusieurs domaines s'enroulant autour de deux molécules d’hème. Cette chaîne polypeptidique possède deux domaines catalytiques ; un domaine N-terminal oxygénase et un domaine C-terminal réductase.

Le domaine oxygénase lie l’Arginine, l’hème et un cofacteur la tétrahydrobioptérine (H4BPT).

Le domaine réductase possède un site de liaison pour les flavines (FAD, FMN) et pour le NADPH.

Ces deux domaines sont connectés par le domaine de la flavine, qui permet le transfert des électrons du NADPH au fer de l’hème. Le cofacteur H4BPT permet la forme homodimérique de NOS, ce qui lui permet d’être active. Récemment un ion zinc a été repéré et servirait de maintien de la structure homodimérique de la protéine.

Structures, emplacements et fonctions des isomères

Les neurones qui contiennent la NOS sont retrouvés à plusieurs endroits du cerveau, notamment dans le cortex cérébral, le cervelet, l’hippocampe et l’hypothalamus. Il existe dans l’organisme trois formes d’oxyde nitrique synthétase : la forme inductible, la forme neuronale et la forme endothéliale.

Ces trois isomères sont ubiquitaires. Elles sont exprimées à l’intérieur des cellules suivantes :

• les cellules endothéliales ;
• les cellules musculaires lisses ;
• les plaquettes ;
• les macrophages ;
• les lymphocytes ;
• les cellules myocardiques ;
• les cellules des systèmes nerveux central et périphérique.

Les gènes de ces protéines sont situés sur différents chromosomes.

Forme neuronale

Le gène humain de la forme neuronale est situé sur le chromosome 12 et code une protéine d’environ 1 429 à 1 433 acides aminés. L’expression de ce gène est constitutive, c'est-à-dire que leur activité s'exprime en dehors de toute stimulation et elle est dépendante du calcium. La forme neuronale est soluble dans le cytosol des cellules neuronales du système nerveux central, des neutrophiles et des astrocytes. Neurotransmetteur et communicateur, le NO qu’elle produit dans le système nerveux y joue un rôle neuromodulateur (plasticité des synapses). Il joue un rôle important dans la relâche et la recapture des neurotransmetteurs et dans le développement des neurones. Il pourrait intervenir dans des mécanismes d’apprentissage et de la mémoire courte.

Forme inductible

Le gène humain de la forme inductible est présent sur le chromosome 17 et code une protéine d’environ 1 144 à 1 153 acides aminés. Cette NOS inductible est principalement soluble au niveau du cytosol de la cellule. Comme son nom l’indique, elle est inductible et indépendante du calcium. L’expression de iNOS est induite par les cytokines et les endotoxines. La forme inductible se trouve dans les macrophages et fait partie en quelques sortes de notre système immunitaire. Elle est capable de programmer l'apoptose des cellules. NO dans les macrophages sert de médiateur pour la réponse immunitaire. La production de NO via la forme inductible de l’oxyde nitrique synthétase suite à l’activation des macrophages joue un rôle majeur comme molécule effectrice cytotoxique antiparasite. En temps normal, sa concentration est très faible. Mais, lors d’une agression de l’organisme par un agent extérieur il se déclenche un mécanisme d’inflammation, une production de cytokines, ce qui active l’expression de iNOS. Subitement l’organisme se trouve alors confronté à une grande concentration en NO. Le NO combat sans aucune spécificité tout ce qui se trouve sur son chemin. C’est la défense ultime de l’organisme. Elle est associée à la fonction cytotoxique des macrophages.

Forme endothéliale

Le gène de la forme endothéliale est présent sous forme haploïde sur le chromosome 7 et il code une protéine d’environ 1 203-1 205 acides aminés. Cette forme est constitutive et régulée dépendamment du calcium. La forme endothéliale n’est pas soluble, elle est plutôt liée à la membrane cellulaire, des astrocytes par exemple, ou à l’endothélium vasculaire. Le NO produit y joue un rôle important plutôt au niveau des fonctions physiologiques régulières, notamment un effet vasodilatateur.

Régulation de l'expression des NOS

Les trois isomères de NOS possèdent de nombreux sites de liaisons pour plusieurs facteurs de transcriptions, cytokines et endotoxines dans leur région promotrice. L’expression et la fonction de ces gènes sont spécifiques selon le tissu dans lequel est présent la cellule. Dans le cas de dommages neuronaux, le cerveau et les cellules gliales produisent des facteurs neurotrophiques. Ces facteurs neurotrophiques diminuent l’expression de la forme neuronale de NOS et préviennent la mort neuronal. Les lipopolysaccharides (LPS), certaines interleukines et certains facteurs de transcriptions régulent l’expression de la forme inductible de la protéine. Finalement, plusieurs facteurs extrinsèques et cytokines peuvent réguler l’expression de la forme endothéliale de l’enzyme.

Production et fonctions de l'oxyde nitrique NO

NOS catalyse l’oxydation de l’arginine en oxyde nitrique et en citrulline au niveau du domaine oxygénase de la protéine via les deux réactions de mono oxygénations suivantes :

L-Arginine + NADPH + H⁺ + O₂ → NOHLA + NADP⁺ + H₂O
NOHLA + ½ NADPH + ½ H⁺ + O₂ → L-Citrulline + ½ NADP⁺ + NO + H₂O

L’oxyde nitrique qui est synthétisée par les formes constitutives endothélial et neuronal est utilisé pendant une courte période de temps (secondes à minutes). Elles produisent l’oxyde nitrique pendant un temps très court mais de façon permanente. L’oxyde nitrique produit par la forme inductible est exprimé seulement après une activation cellulaire et est produit pour une longue période de temps (passant de quelques heures à des jours). Elles entraînent la production d’oxyde nitrique pendant un temps prolongé. L’oxyde nitrique produit par cette protéine active la guanylate cyclase soluble (GCs), entraînant une augmentation de la concentration du GMP cyclique dans les cellules cibles. GMPc va lier et activer spécifiquement une protéine kinase, ce qui active la cellule et ainsi il sert à la signalisation cellulaire.

L'oxyde nitrique synthétase et le Parkinson

L’hyperproduction de l'oxyde nitrique par les oxyde nitrique synthétases neuronale et inductible a été démontrée dans certains désordres neurologiques dégénératifs, comme par exemple la schizophrénie, l’Alzheimer et le Parkinson. Des études post-mortem, des découvertes cliniques et des évidences provenant de modèles expérimentaux suggèrent l’implication de l’oxyde nitrique synthétase dans la dégénération des neurones dopaminergiques causant la maladie de Parkinson. L’oxyde nitrique serait, selon sa concentration et sa disposition, un médiateur de l’apoptose dans cette maladie neurodégénérative. Un haut niveau de l’expression de la NOS a été démontré dans la région nigrostriatale et dans les ganglions de la base des cerveaux de gens décédés de la maladie de Parkinson. Également, les niveaux de nitrite, de nitrate, de dérivés de l’arginine et de la citrulline sont altérés. NO peut causer des dommages à l’ADN ou des modifications irréversibles de protéines. Le dysfonctionnement de l’oxyde nitrique synthétase pouvant créer le Parkinson peuvent être causés par un polymorphisme génétique, c'est-à-dire que des changements dans les séquences des gènes peuvent affecter la structure ou la fonction de la protéine qu’ils codent. Toutes les cellules du corps humain produisent naturellement des espèces oxygénées radicalaires comme l’oxyde nitrique par exemple, mais il arrive qu’elles « perdent complètement la tête » et causent des dommages. Des chercheurs ont formulé une théorie stipulant que la capacité du cerveau à inactiver les espèces oxygénées radicalaires diminuerait avec le temps. Les cellules vulnérables sont alors endommagées. L’oxyde nitrique synthétase, en produisant l’oxyde nitrique, possède diverses fonctions physiologiques, dont plusieurs sont connus, mais dont certaines restent à découvrir et qui pourraient s’avérer être très révélatrices. NOS jouant un rôle potentiellement important dans plusieurs maladies graves chez l’humain, les avancées de la science dans cette direction sont en cours et s’avèrent également très promettantes.

Références

• http://www.oxfordbiomed.com/PDF-Kit%20Inserts/nb78.pdf
• http://www.cchem.berkeley.edu/mmargrp/research/nos/nos.html
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez/
• http://www.aecom.yu.edu/home/biophysics/rousseau/nos/nos.htm
• http://metallo.scripps.edu/PROMISE/NOS.html#reaction
• http://www.sacs.ucsf.edu/home/Ortiz/res-nos.htm
• http://www.biochimie.univ-montp2.fr/maitrise/reinhard/nos_intro.htm
• http://www.recherche.uottawa.ca/nouvelles-details_1216.html

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