Study of intracellular metabolism of quinones, generated oxidative stress and associated detoxification processes
Etude de la métabolisation intracellulaire de quinones, du stress oxydant généré et des processus de détoxification associés
Résumé
Quinones are ubiquitous compounds in nature. They are also one of the essential elements in living organisms. However, their metabolisms are considered as toxic because there are highly reactive. Their structure is easily reduced by one or two electrons. The intracellular metabolism of these quinones via one-electron reduction such as cytochrome P450 reductase or others flavoproteins generates an unstable semiquinones which leads to a burst of free radical production that results in oxidative stress. On the other hand, quinone-reductases 1 and 2 (QR1 and QR2) catalyze quinone reduction via two electrons to form hydroquinones that chemically more stable. This property is well-known as the detoxifying character of quinone-reductase enzymes. However, previous analyses have shown that this detoxifying effect was appeared only for certain types of quinones and depended, in particular, on the type of cells. Thus, in order to better understand the mechanisms leading to the generation of reactive species and in consideration to those links that were mentioned in the literature between QR2 and neurodegeneration, studies were conducted on primary neurons and neuroblastoma cells genetically modified to overexpress in QR2. These studies have shown, by various analytical techniques such as electron paramagnetic resonance or LC-MS, an increase in the toxicity of menadione but also of adrenochrome in the presence of quinone- reductase 2. In order to explain the contradictory characteristics of QR2 from one cell to another, we proposed a hypothesis that a cooperation with another conjugating enzyme, which could react with the unstable reduced form that prevent its reoxidation, is needed to effectively detoxify quinones. Additional analyses (RPE, LCMS, fluorescence) conducted on neuroblastoma cells overexpressing both QR2 and a para-hydroquinone specific conjugation enzyme (UGT) have shown a decrease in oxidative stress when both enzymes are co-expressed.
Les quinones sont des composés ubiquitaires naturels indispensables aux organismes vivants. Cependant leur métabolisation est considérée comme toxique en raison de leur réactivité élevée. Les quinones sont en effet facilement réductibles à un ou deux électrons. La métabolisation intracellulaire de ces quinones par des réductases à un électron telles que le cytochrome P450 réductase ou d'autres flavoprotéines génèrent des semiquinones instables à l'origine de la production de radicaux libres conduisant à un stress oxydant. Les quinones-réductases 1 et 2 (QR1 et QR2) catalysent leur réduction à deux électrons pour former des hydroquinones chimiquement plus stables. Cette propriété est à l'origine du caractère détoxifiant généralement associé aux quinone-réductases. Cependant des analyses antérieures ont montré que ce caractère détoxifiant était remis en cause pour certains types de quinones et dépendait, notamment, du type de cellules. Ainsi afin de mieux comprendre les mécanismes conduisant à la génération d'espèces réactives et compte tenu du lien évoqué dans la littérature entre QR2 et neurodégénérescence, des études ont été menées sur des neurones primaires et des neuroblastomes génétiquement modifiés pour surexprimer QR2. Ces études ont mis en évidence, par diverses techniques analytiques telles que la résonance paramagnétique électronique ou la LC-MS, une augmentation de la toxicité de la ménadione mais également de l'adrénochrome en présence de la quinone-réductase 2. Afin d'expliquer les caractères contradictoires de QR2 d'une cellule à l'autre nous avons proposé l'hypothèse qu'une coopération avec une enzyme de conjugaison pouvant réagir avec la forme réduite instable et empêcher sa réoxydation soit nécessaire pour effectivement détoxifier les quinones. Des analyses complémentaires (RPE, LCMS, fluorescence) menées sur des neuroblastomes surexprimant à la fois QR2 et une enzyme de conjugaison spécifique des para-hydroquinone (UGT) ont en effet mis en évidence une diminution du stress oxydant lorsque les deux enzymes sont co-exprimées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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