Les cyclo-oxygénases
la cyclo-oxygénase est une enzyme catalysant des réactions biochimique, permettant la production des médiateurs chimique à partir de l’acide arachidonique, qui conduira à la production de divers prostanoïdes et thromboxanes. L’acide arachidonique est libéré des membranes plasmiques sous l’action de la phospholipase A2 sur la phosphatidylcholine, Ensuite, la cyclooxygénase transforme l’acide arachidonique sur deux sites distincts et en deux étapes successives. La première étape est une dioxygénation permettant la formation de PGG2, et la seconde est une peroxydation qui transforme la PGG2 en PGH2.
Les voies de la cyclo-oxygénase
Le métabolisme de l’Acide Arachidonique par la voie de la cyclooxygénase (COX) donne naissance aux prostaglandines, à la prostacycline et au thromboxane. La COX, également désignée PGHS est un système enzymatique qui regroupe deux activités distinctes : Une activité dioxygénasique, responsable de l’oxydation de l’AA en prostaglandine G2 (PGG2). Une activité peroxydasique – pox, intervenant dans la réduction de l’hydroperoxyde PGG2 en dérivé hydroxylé PGH2. La prostaglandine H2 subit ensuite des transformations enzymatiques spécifiques pour donner les prostaglandines (PGE2, PGD2, PGF2α), la prostacycline (PGI2) et le thromboxane A2 (TXA2).
Formes de la cyclooxygénase
Il existe deux principales isoformes de cyclooxygénase : COX1 : est la forme Constitutive, présente dans la plupart des tissus de l’organisme. Elle est impliquée dans la production de PGs à fonctions protectrices au niveau vasculaire notamment les plaquettes sanguines, et les cellules endothéliales. Au niveau de l’estomac et des reins. La COX2 : elle est principalement Induite lors des phénomènes inflammatoires. Toutefois, la COX2 pourrait être aussi exprimée d’une manière constitutive par certains tissus des reins et le cerveau.
Les Effets Biologiques PGs
La PGE2 possède deux cibles principales, A et B. La Cible A est dirigé vers la protection de l’Estomac, la PGE2 sécrétée par l’endothélium gastrique confère au mucus ses propriétés protectrices vis-à-vis de la muqueuse digestive dans l’estomac. Au niveau du Rein, la PGE2 procède une action de vasodilatation et assure le maintien du flux sanguin rénal. La PGF2α, Agissant également sur la contraction des muscles lisses. La Cible B concernant la prostacycline ou PGI2 pour son action de vasodilatation, protégeant ainsi les plaquettes sanguine à l’égard du processus d’agrégation. Le thromboxane ou TXA2, quant à lui, est vasoconstricteur aux propriétés pro-agrégantes plaquettaire. Le PGI2 et TxA2, ces métabolites ont des effets opposés, aux propriétés antagonistes.
Les cyclooxygénases 1 et 2
La COX1 a de fortes homologies avec la COX2 : 60% des acides aminés, au nombre de 604, sont identiques d’où une masse moléculaire également de 71 kDa, de plus certaines régions protéiques sont conservées, en particulier les sites catalytiques (cyclooxygénase et peroxydase) et le site de reconnaissance contenant le noyau héminique.
La cyclooxygénase-1 (COX1) est une enzyme bifonctionnelle, c’est à dire qu’elle est capable dans un premier temps de convertir l’acide arachidonique en endoperoxyde cyclique PGG2, c’est la fonction cyclooxygénase. Puis, ce premier produit est transformé en PGH2 par la fonction peroxydase de l’enzyme. Les prostaglandines synthétisées par la COX1 sont trouvées dans de nombreux tissus et ont des fonctions diverses comme d’être anti-thrombotique ou cytoprotectrice. Par exemple, il est possible de citer le rôle cytoprotecteur de ces prostaglandines au niveau de la muqueuse gastrique, dans le maintien du flux sanguin au niveau rénal, ou dans le maintien de l’homéostasie.
La cyclooxygénase2 ou COX2 a été découverte en 1990 et elle a été rapidement associée aux phénomènes inflammatoires pouvant toucher l’organisme. Elle a été mise en évidence après que certaines études aient prouvé que la quantité de protéines COX augmentait dans les états inflammatoires, suggérant la présence d’une forme inductible de la cyclooxygénase.
Structure et rôle des prostanoïdes
Les prostaglandines sont des médiateurs biologiques, impliquées dans des processus physiologiques normaux, dans le maintien de l’intégrité de la muqueuse gastro-intestinale, la production de mucus, le contrôle de la sécrétion, et le flux sanguin de la muqueuse gastrique. Mais également, dans les processus pathologiques comme l’inflammation, la fièvre, la douleur et la polyarthrite. Les différentes fonctions des prostanoïdes sont dues aux types et des sous-types de récepteurs existant, pour la PGE2. Ses multiples actions sont expliquées par la grande diversité des sous-types de récepteur auxquels elle peut se fixer. Les modes d’action des eicosanoïdes, qui modulent finement les fonctions cellulaires, peuvent être classés en trois catégories. Les eicosanoïdes sont une vaste famille d’acides gras polyinsaturés à 20 atomes de carbone.
1 Action Directe : la dilatation des artérioles et inhibition de l’agrégation plaquettaire par la PGI2, l’agrégation plaquettaire par le TxA2. La contraction des muscles lisses, des bronches et des artérioles est induite par le leucotriène C4.
2 Potentialisation d’Action : la PGE2 et la PGI2 potentialisent l’activité de l’histamine, de la substance-P ou neuropeptide et de la bradykinine, en augmentant la perméabilité vasculaire, la douleur produite sous l’action des prostaglandines concernées est négligeable, mais elles sensibilisent la terminaison nerveuse permettant une augmentation de la douleur par la bradykinine.
3 Action de Rétrocontrôle : Dans les tissus, où est présente l’inflammation, il y a production de la PGE2 par l’intermédiaire de cytokines, comme TNF-αlpha, IL1 et IL6. Le TNF alpha ou Facteurs de Nécrose Tumorale, forment une famille de protéines, dont le membre type est le TNF α, également appelé cachectine. Ce sont des protéines transmembranaires. Les interleukines sont un groupe de cytokines exprimées par les globules blancs en guise de moyen de communication. L’Interleukine IL1 stimule l’hématopoïèse dans la production des cellules sanguines, la synthèse des protéines de la phase aigüe de l’inflammation dite CRP, ou protéine C-réactive, la résorption osseuse, la fièvre et l’expression des molécules adhésives à la surface des cellules endothéliales. Dans toutes ces activités, elle agit en synergie avec le TNFα. La PGE2 induit un rétrocontrôle négatif de la sécrétion de TNF αlpha et Interleukine IL1, tandis qu’une boucle de rétrocontrôle positif augmente le relargage de l’interleukine IL6. La PGE2 serait capable de supprimer la production de noradrénaline par les terminaisons des nerfs sympathiques périphériques. (Utsunomiya I. et al- 1994).
États pathologiques impliquant la COX2.
Du fait des possibilités d’action des prostanoïdes et des dérivés, ils peuvent être impliqués dans divers dérèglements physiologiques plus ou moins graves. Les actions néfastes explicites que les chercheurs biochimistes ont pus mettre en évidence, les causes et les effets des métabolites de l’acide arachidonique.
La polyarthrite rhumatoïde
La polyarthrite rhumatoïde est caractérisée par une réponse inflammatoire trop importante de l’organisme entraînant une destruction du cartilage et apparition de la douleur. Des études in vivo, chez le rat, ont montré que le déclenchement de symptômes similaires à la polyarthrite rhumatoïde, provoquait une augmentation de la quantité de Cytokine-TNF-α et de l‘interleukine-IL-6 qui est suivie d’une production de COX2 au niveau de l’œdème.
Après administration d’inhibiteurs sélectifs de COX2, ces marqueurs de l’inflammation se retrouvent à leur niveau basal en même temps que la disparition de l’œdème (Anderson G.D. et al., 1996). Un autre moyen de diminuer les effets de l’inflammation est d’administrer un anticorps anti-PGE2, ce qui a pour effet de provoquer une réversion de l’œdème accompagnée d’une diminution de la quantité de IL-6. (Protanova J.P. et al., 1996).
D’autres études, réalisées sur des cellules endothéliales isolées provenant de patients atteints de polyarthrite rhumatoïde, ont montré une présence importante de cyclooxygénase-2. Ceci est à comparer avec les même cellules provenant de personne non atteintes de polyarthrite rhumatoïde où cette même enzyme est absente. (Kang R.Y. et al., 1996).
L’angiogénèse
Les prostaglandines sont impliquées dans les voies de transduction conduisant à la prolifération cellulaire dans les cellules endothéliales vasculaires. Lors de la prolifération cellulaire anarchique, il a été remarqué que le volume des microvaisseaux sanguins augmentait lorsque l’on ajoutait de l’EGF ou du « basic fibroflast growth factor », cette augmentation est suivie d’une production accrue d’hémoglobine et de COX2. La quantité d’hémoglobine diminue lorsqu’un inhibiteur de la cyclooxygénase-2 est administré, ce qui montre l’impact de cette enzyme sur la prolifération cellulaire. (Majima M. et al. 2000).
L’absorption osseuse
Les prostanoïdes sont responsables de l’hypercalcémie de malignité ou des maladies inflammatoires osseuses. En effet, ces métabolites, en particulier PGE2, sont des agonistes potentiels impliqués dans la stimulation ou l’inhibition de la résorption ou de la formation osseuse. (Kawaguchi H. et al., 1995). La présence de l’IL-1 induit la synthèse de COX2, alors que COX1 reste indétectable, dans les ostéoblastes conduisant à la formation de PGE2 (De Brum-Fernandes A.J. et al., 1994). Ce dernier agit de manière autocrine en utilisant les récepteurs du sous-type correspondant à la PGE2 permettant ainsi la transformation des cellules en ostéoclastes qui sont impliquées dans l’absorption osseuse. (Suda M. et al., 1998).
Le cancer du colon
Des études épidémiologiques ont pu mettre en évidence qu’une prise régulière d’AINS permettait de réduire la croissance des tumeurs du colon. (Heath C.W. et al., 1994). Afin d’expliquer ce phénomène, des recherches ont été menées pour comprendre le rôle des AINS dans ce cas précis. Il a ainsi été montré que la COX2 était présente dans les trois quarts des cellules cancéreuses alors que cette enzyme est absente dans quasiment tous les tissus environnants. (Kargman S.L. et al., 1995). La COX2 est absente des cellules épithéliales formant les polypes de l’adénome, mais elle est présente dans les cellules intestinales voisines, ce qui montre que cette protéine est directement liée à la prolifération des cellules cancéreuses. (Williams C.S. et al., 1996).
D’autre part, les prostanoïdes générés par la COX2 permettraient une surexpression de COX2 et induiraient une résistance des cellules à l’apoptose, cette résistance étant réduite lors de l’administration d’AINS. (Dubois R.N. et al., 1996). Les inhibiteurs de la COX2 pourraient avoir une action bénéfique dans le cancer de l’œsophage. (Rhonda F. et al., 1998). Les études in vitro ont montré que dans ce type de cancer une surexpression de la COX2 induisait une diminution de l’apoptose et une augmentation de l’invasion par les cellules malignes. Plusieurs enquêtes épidémiologiques ont mis en évidence que les AINS avaient la particularité de réduire le nombre et le développement des tumeurs cancéreuses et que ceci est probablement dû à une inhibition de la COX2.
L’insuffisance rénale
La circulation sanguine au niveau des reins est régulée en partie par les prostanoïdes, leur absence provoque des effets hémodynamiques. Dans le cas d’insuffisance rénale due à une rétention sodée excessive ou à des dommages au niveau vasculaire, l’emploi d’AINS peut entraîner des effets néfastes sur le flux plasmatique rénal, la filtration glomérulaire ou l’excrétion de sodium. (Nies A.S., 1988). Il est possible de trouver la COX2 au niveau du glomérule, dans les cellules adjacentes de la branche ascendante qui suit l’anse de Henlé, tandis que la COX1 est présente au niveau du glomérule et du tube collecteur. Le niveau d’expression de COX2 varie selon la concentration en sel, en effet, lors d’un régime salé, la quantité de COX2 diminue, tandis que le maximum de COX2 est observé lors d’un régime sans sel. Le rôle de la PGE2 produite par COX2, est de réguler la synthèse d’une protéine, tel que, la rénine, impliquée dans l’angiogénèse dans un processus de croissance de nouveaux vaisseaux sanguins à partir de vaisseaux préexistants.
L’hyperalgésie
La synthèse de prostanoïdes par les cyclooxygénases permet une sensibilisation de la douleur par d’autres stimulants chimiques ou mécaniques. (Ferreira S.H. et al., 1972). Ce rôle de sensibilisation est attribué à la PGE2, et elle favorise l’action de l’un ou l’autre des stimuli en fonction du sous-type de récepteur sur lequel elle se fixe. Par exemple EP3 pour la bradykinine, EP2 pour la chaleur. (Kumazawa T. et al., 1996). Le fait d’injecter un AINS permet d’annuler cet effet de potentialisation de la douleur des prostanoïdes et donc de limiter le processus d’hyperalgésie. (Dirig D.M. et al., 1998).
Les maladies du système nerveux central
La fièvre est habituellement attribuée à une quantité trop importante de la PGE2 au niveau de l’hypothalamus. (Saper C.B., 1998), ceci s’accompagnant d’une quantité accrue de la COX-2. En cas de fièvre, la COX-2 est abondamment présente dans la microglie périvasculaire le long des vaisseaux sanguins cérébraux et dans les macrophages se trouvant dans la zone méningée. (Breder C.D. et Saper C.B., 1996). La COX-2 aurait également une action dans la maladie d’Alzheimer. Le fait de prescrire des AINS permet de limiter un moment le déclin des capacités cognitives, chez les personnes atteintes et retarder l’apparition de la maladie dans les famille à risque. (Breitner J. et al., 1995).
Prolifération de l’inflammation et effets néfastes des AINS
Lors d’une réaction inflammatoire, il se produit une synthèse rapide de la COX-2 qui est suivie d’une production de PGE2. (Niki H. et al., 1996). Cette réaction peut être inhibée par l’emploi de corticoïdes, qui bloquent la synthèse de la protéine, tandis que l’emploi d’AINS conduit au blocage de l’enzyme elle-même. Dans le cas de l’utilisation prolongée des AINS, des troubles au niveau de l’estomac apparaissent. La cause est la suivante : dans l’estomac la COX-1 est exprimée en quantité et de façon constitutive tandis que la COX-2 reste à un niveau faible, l’explication des effets néfastes des AINS s’explique par le fait que, comme seul la COX-1 est présente, les molécules n’ont pas le choix de la protéine à inhiber et donc seule la COX-1 est atteinte. (Schmassmann A. et al., 1998).
Les cellules formant la paroi de l’estomac sont au contact de la circulation sanguine et sont capables de fixer sur leurs récepteurs, soit l’histamine soit la PGE2 circulant dans le sang. La première est capable d’activer l’adénylate cyclase qui transforme l’ATP en AMPc qui à son tour permet la formation d’un proton H+ à partir de carbonate, ce proton passe ensuite la muqueuse gastrique par une pompe à protons. La PGE2, quant à elle inhibe l’adénylate cyclase, bloquant au point de départ les sécrétions acides. En présence d’AINS, la COX-1 est inhibée et ne peut plus produire de PGE2 en quantité suffisante, impliquant une impossibilité à bloquer l’adénylate cyclase et donc conduit à la production de protons qui passent la paroi stomacale et entraînent sa dégradation.(Seibert K. et al., 1994).
Sélectivité des inhibiteurs
Les Inhibiteurs non sélectifs de la COX-1 et de COX-2. quant il s’agit des Anti-inflammatoires AINS utilisés. Pour la plupart sont des petites molécules faiblement encombrées du point de vue stérique et donc capables de s’adapter aussi bien sur le site actif de la COX-1 que sur celui de la COX-2. Les Inhibiteurs sélectifs de la COX-2, sont des molécules généralement volumineuses qui bloquent de façon sélective la COX-2.
Les Anti-inflammatoires
l’action de la cyclo-oxygénase est inhibée par les anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS), tels que l’aspirine ou l’ibuprofène. Les AINS constituent une classe importante de médicaments dont les applications thérapeutiques s’étendent sur plusieurs siècles. Le traitement des affections inflammatoires telles que la polyarthrite rhumatoïde (PR) et l’arthrose a connu une évolution passionnante. Depuis l’aspirine, le médicament classique, jusqu’à l’arrivé des nouveaux inhibiteurs sélectifs de la COX2. La recherche d’un remède anti-inflammatoire reste un défi important pour la conception de nouveaux médicaments. Aujourd’hui, les anti-inflammatoires non stéroïdiens (Ains) arrivent à d’inhiber l’activité de la cyclo-oxygénase-2, mais que partiellement.
