34
Toxicologie nucléaire environnementale et humaine
tion qui modulent l’expression des gènes codant pour les protéines assurant cette
homéostasie.
Selon les ligands impliques dans la fixation des métaux au sein de ces
protéines, les éléments d’intérêt peuvent induire des perturbations en se substituant aux éléments essentiels. Comme dans le cas des peptides modèles, les substitutions se font d’autant mieux que l’élément substituant appartient à la même
classe que l’élément qu’il remplace. Les conséquences de ces substitutions sont
variables et non toujours identifiées; elles vont de la modification de conformation d’enzymes, à l’inactivation de protéines et de transporteurs et à la perturbation de la régulation des éléments traces essentiels.
Le cas du sélénium est un peu différent puisque répertorié dans les non-métaux. Même si son système de régulation n’est pas entièrement élucidé, il est
indispensable à la vie à faible concentration et interfère par analogie chimique,
avec le métabolisme du soufre au-delà d’un certain seuil; chez les mammifères
il a été montré que la sélénométhionine pouvait être incorporée à la place de la
méthionine dans certaines protéines (Ducros et Favier, 2004).
Les quelques exemples développés ci-après illustrent certaines répercussions
possibles après substitution de métaux essentiels par l’ion cadmium ou l’uranyle.
1.3.1. Liaison du Cd2+ à des peptides et protéines riches en thiols
La plupart des cellules synthétisent du glutathion (GSx), petit peptide formé de
trois acides aminés (y-Glu-Cys-Gly). In vitro, le glutathion et le Cu+ s’assemblent
pour former du Cu2GS5 dans lequel chaque Cu+ est coordonné à 3 thiolates (Poger
et al., 2008); le glutathion réagit aussi avec le Cd2+ pour former du CdGS?. Même
si, in vivo, aucune donnée n’est disponible à propos des effets du Cd sur l’homéostasie du cuivre, les perturbations moléculaires occasionnées par l’exposition d’une
levure ou de plantes à du cadmium ne sont pas insignifiantes.
Lorsqu’une levure Saccharomyces cerevisiae est exposée à du cadmium, l’ion
métallique emprunte une voie d’entrée des cations divalents qui est peu spécifique, ce qui déclenche la synthèse d’une grande quantité de glutathion. La levure
se défend en formant CdGS2, substrat du transporteur Ycfl qui l’accumule dans
la vacuole. Cette réponse requiert une telle quantité de soufre que la cellule active
des voies métaboliques comportant le moins possible d’acides aminés soufrés f
pour diriger tout le soufre disponible vers la synthèse de glutathion (Lafaye et al., 5
2005). Ce changement de voie métabolique est la résultante d’une perturbation '
importante due au cadmium (figure 3).
Chez la levure Schizosaccharomyces pombe, le complexe CdGS. stimule la ?
phytochélatine synthase, une enzyme qui catalyse la formation de polymères .
de glutathion de la forme (y-Glu-Cys)n-Gly, qui fixent le Cd2+ et sont égale- 8
ment stockés dans la vacuole. Plus généralement, chez les plantes, l’exposition \
au cadmium induit des modifications du métabolisme du soufre qui visent à ’
augmenter la production de glutathion et le cas échéant de phytochélatines (Hirata . ?
et a., 2005).
(0
J
0
Toxicologie nucléaire environnementale et humaine
tion qui modulent l’expression des gènes codant pour les protéines assurant cette
homéostasie.
Selon les ligands impliques dans la fixation des métaux au sein de ces
protéines, les éléments d’intérêt peuvent induire des perturbations en se substituant aux éléments essentiels. Comme dans le cas des peptides modèles, les substitutions se font d’autant mieux que l’élément substituant appartient à la même
classe que l’élément qu’il remplace. Les conséquences de ces substitutions sont
variables et non toujours identifiées; elles vont de la modification de conformation d’enzymes, à l’inactivation de protéines et de transporteurs et à la perturbation de la régulation des éléments traces essentiels.
Le cas du sélénium est un peu différent puisque répertorié dans les non-métaux. Même si son système de régulation n’est pas entièrement élucidé, il est
indispensable à la vie à faible concentration et interfère par analogie chimique,
avec le métabolisme du soufre au-delà d’un certain seuil; chez les mammifères
il a été montré que la sélénométhionine pouvait être incorporée à la place de la
méthionine dans certaines protéines (Ducros et Favier, 2004).
Les quelques exemples développés ci-après illustrent certaines répercussions
possibles après substitution de métaux essentiels par l’ion cadmium ou l’uranyle.
1.3.1. Liaison du Cd2+ à des peptides et protéines riches en thiols
La plupart des cellules synthétisent du glutathion (GSx), petit peptide formé de
trois acides aminés (y-Glu-Cys-Gly). In vitro, le glutathion et le Cu+ s’assemblent
pour former du Cu2GS5 dans lequel chaque Cu+ est coordonné à 3 thiolates (Poger
et al., 2008); le glutathion réagit aussi avec le Cd2+ pour former du CdGS?. Même
si, in vivo, aucune donnée n’est disponible à propos des effets du Cd sur l’homéostasie du cuivre, les perturbations moléculaires occasionnées par l’exposition d’une
levure ou de plantes à du cadmium ne sont pas insignifiantes.
Lorsqu’une levure Saccharomyces cerevisiae est exposée à du cadmium, l’ion
métallique emprunte une voie d’entrée des cations divalents qui est peu spécifique, ce qui déclenche la synthèse d’une grande quantité de glutathion. La levure
se défend en formant CdGS2, substrat du transporteur Ycfl qui l’accumule dans
la vacuole. Cette réponse requiert une telle quantité de soufre que la cellule active
des voies métaboliques comportant le moins possible d’acides aminés soufrés f
pour diriger tout le soufre disponible vers la synthèse de glutathion (Lafaye et al., 5
2005). Ce changement de voie métabolique est la résultante d’une perturbation '
importante due au cadmium (figure 3).
Chez la levure Schizosaccharomyces pombe, le complexe CdGS. stimule la ?
phytochélatine synthase, une enzyme qui catalyse la formation de polymères .
de glutathion de la forme (y-Glu-Cys)n-Gly, qui fixent le Cd2+ et sont égale- 8
ment stockés dans la vacuole. Plus généralement, chez les plantes, l’exposition \
au cadmium induit des modifications du métabolisme du soufre qui visent à ’
augmenter la production de glutathion et le cas échéant de phytochélatines (Hirata . ?
et a., 2005).
(0
J
0