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Nouveaux modulateurs pharmacologiques et nutritionnels du métabolisme de la bilirubine, un puissant antioxydant endogène


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Résumé:

La bilirubine est le produit de dégradation de l’hème. Une accumulation modérée des niveaux circulants de bilirubine est associée à une protection vis-à-vis des maladies cardiovasculaires (MCV). La littérature a mis en évidence le potentiel antioxydant de la bilirubine, notamment en tant que molécule séquestrant les dérivés réactifs de l’oxygène (DRO). L’accumulation des DRO est un phénomène central dans la formation de la plaque athérosclérotique qui est à l’origine de nombreuses MCV. Ainsi la modulation locale du métabolisme de la bilirubine dans les tissus vasculaires représente une cible au potentiel thérapeutique important. Nos travaux visaient à identifier de nouvelles molécules et de nouvelles voies de signalisation permettant d’augmenter la formation de bilirubine dans les tissus vasculaires. Parallèlement, la toxicité induite par l’accumulation excessive de la bilirubine justifiait d’évaluer le potentiel de ces voies de signalisation à contrôler les voies d’élimination hépatique de cette molécule afin de maintenir son homéostasie dans l’organisme et de s’affranchir des effets indésirables d’une telle accumulation. Dans un premier temps nous avons évalué in vitro dans des macrophages (Thp-1 différenciés), dans des cellules endothéliales (HUVEC) et dans des cellules musculaires lisses (CASMC), le potentiel du récepteur nucléaire Liver X Receptor (LXR) à moduler dans la paroi vasculaire l’expression du gène Hème oxygénase (HO)-1 codant pour l’enzyme limitante de la synthèse de la bilirubine. Nous avons également étudié le rôle du Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR)α dans la modulation du métabolisme de la bilirubine. Ici nous avons mis en évidence la capacité des ligands pharmacologiques de PPARα à moduler l’expression de HO-1 et la production de bilirubine dans les cellules vasculaires (HUVEC et CASMC). De plus, nous avons observé l’effet régulateur de ces ligands sur l’expression des gènes responsables de l’élimination de la bilirubine : UDP-glucuronosyltransférase (UGT)1A1, et Multidrug resistance-associated protein (MRP)2 dans les cellules hépatiques (Hépatocyte Humains et HepG2). Le troisième volet de nos travaux rapporte l’effet inducteur des acides gras polyinsaturés AGPI n-3 (AGPI n-3), EPA (acide eicosapentaénoïque et DHA (acide docosahexaénoïque) sur l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme de la bilirubine : l’exposition des HUVEC et des CASMC à l’EPA et au DHA augmente l’expression de HO-1 et la production de la bilirubine. Parallèlement, dans les cellules hépatiques (HepG2), ces acides gras régulent positivement l’expression de l’UGT1A1 et de MRP2. En conclusion, nos observations décrivent i) l’implication nouvelle de LXR dans le contrôle de l’expression de HO-1 et ii) l’existence d’un mécanisme de régulation concerté du métabolisme de la bilirubine par le contrôle simultané de sa synthèse et de son élimination. De plus ce mécanisme peut être activé par les agonistes pharmacologiques de PPARα mais aussi par les AGPI n-3, EPA et DHA. Globalement, ces données supportent le potentiel de nouvelles approches pharmacologiques et nutritionnelles ciblant le métabolisme de la bilirubine pour la prévention et le traitement des MCV.

Abstract:

Bilirubin is the catabolic product of heme degradation. Moderate elevation of bilirubin levels is associated with a lower risk of cardiovascular diseases (CVD). In vitro analysis showed that the reactive oxygen species (ROS) scavenging properties of bilirubin can provide antioxidant protection. Accumulation of ROS triggers oxidative stress in the vasculature and promotes the development of atherosclerosis, the underlying cause of CVD. Hence the local modulation of bilirubin synthesis represents a potential therapeutic avenue. Our work aimed at identifying new molecules or signaling pathways which modulate the levels of bilirubin in the vasculature. Simultaneously, the consequences of an excessive accumulation of bilirubin in the organism lead us to investigate the effect of these pathways on the hepatic elimination of bilirubin to overcome the deleterious effect of excessive bilirubin accumulation. We firstly investigated in vitro, using macrophages (PMA-differentiated Thp-1), endothelial cells (HUVEC) and smooth muscle cells (CASM), the potential of the nuclear receptor Liver X Receptor (LXR) to modulate the vascular expression of the Heme Oxygenase (HO)-1 gene, which allows the expression of the limiting enzyme responsible for the production of bilirubin. In the same manner, the role of the Peroxisome Proliferator Activated Receptor (PPAR)α in the control of bilirubin metabolism was investigated. We highlighted the capacity of PPARα ligands to enhance HO-1 expression as well as the formation of bilirubin in vascular cells (HUVEC and CASMC). At the same time the ligands act as regulators of the expression of genes involved in bilirubin metabolism, namely UDP-glucuronosyltransferase (UGT)1A1, and Multidrug resistance-associated protein (MRP)2 in hepatic cells (Human Hepatocytes and HepG2). The third part of our work describes the induction of the expression of genes responsible for bilirubin metabolism in response to omega-3 polyunsaturated fatty acids EPA (eicosapentaenoic acid, and DHA (docosahexaenoic acid). In HUVEC and CASMC, exposition to EPA and/or DHA increase HO-1 expression and bilirubin production. In hepatic cells, those omega-3 polyunsaturated fatty acids positively regulate the expression of UGT1A1 and MRP2. In conclusion, our work provides evidences regarding i) the newly identified role of LXR in the regulation of HO-1 expression ii) the existence of a concerted mechanism within bilirubin metabolism, via the simultaneous stimulation of its synthesis and its elimination. This mechanism can be activated by pharmacological agonists of PPARα but also by omega-3 fatty acids EPA and DHA. Overall, our observations highlight the potential of new pharmacological or nutritional approaches that target bilirubin metabolism for treatment and prevention of CVD.

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Version 2.3