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Pourquoi la concentration d’oxygène est-elle reliée aux mécanismes impliquant le monoxyde d’azote ?

Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule de signalisation majeure dans de nombreux processus biologique. La dérégulation de ce signal ou un changement de sa biodisponibilité sont impliqués dans de nombreux troubles. Le monoxyde d’azote est également sensible à la concentration en oxygène, étant donné le rôle déterminant de ce dernier dans la synthèse et le métabolisme.

Au cours des recherches, l’étude in-vivo ne peut pas toujours être mimée. Quand les chercheurs veulent comprendre comment se produisent des événements, dans une cellule par exemple, ses mécanismes doivent être identifiés et isolés en vue d’être étudiés. C’est seulement après avoir compris les fonctionnements de base de la vie cellulaire, que les chercheurs peuvent avoir une image et une compréhension globale de toute cette entité.

Tout au long de ce processus d’apprentissage, les conditions environnementales auxquelles les cellules sont exposées doivent être prises en compte comme un élément crucial. Si ces dernières ne permettent pas de recréer l’environnement souhaité, il est possible que les résultats soient biaisés et entraînent des erreurs d’analyse et d’interprétation. L’un des paramètres environnementaux le plus important, souvent négligé, est l’oxygène.

Bien que sa concentration atmosphérique soit d’environ 21%, il n’est jamais retrouvé à de tels niveaux dans les tissus cellulaires. Dans les faits, l’oxygène est présent dans les tissus sous forme de gradients qui dépendent de leur vascularisation et de la consommation mitochondriale. Dans les plantes, des différences de concentrations marquées peuvent être observées car ces dernières ne disposent pas de mécanismes actifs de transport de l’oxygène.

Le monoxyde d’azote est une molécule de signalisation qui agit sur une multitude de cibles dans la cellule. Cette molécule régule le tonus vasculaire et le flux sanguin à travers le corps et joue le rôle dans la méthylation des protéines en réponse à des altérations environnementales. Des dérèglements dans la production et le transport du monoxyde d’azote vasculaire ont été impliqués dans des pathologies cardiaques, tandis que dans le cerveau, cette molécule régule les processus physiologiques basiques qui affectent les fonctions cognitives. La biodisponibilité du monoxyde d’azote est aussi impliquée dans le développement de cancers et des changements dans sa synthèse, sa libération ou son rôle signalétique, contribuent à des pathologies liées à l’hypertension artérielle.

cellules et monoxyde azote_bubulle

Malgré toutes les fonctions du monoxyde d’azote, l’étape fondamentale est celle de sa production. Les cellules peuvent en produire selon deux voies distinctes, la voie dépendante de la l’arginine et celle dépendante de la voie des nitrites. Ces deux voies sont régulées par la concentration en oxygène, qui est un paramètre limitant ou accélérateur dans les deux modes de production. La voie de l’arginine fonctionne de manière optimale en présence de fortes concentrations d’O2 et est oxydative, la voie dépendante des ions O2- favorise quant à elle les faibles concentrations d’oxygène et est réductrice (Figure 1).

L’oxygène agit comme un substrat de la synthèse du monoxyde d’azote et par conséquent détermine sa concentration métabolique. Ainsi, la concentration locale en oxygène est un paramètre à prendre en compte lors de la détermination de la concentration en monoxyde d’azote, sa présence dans le milieu extracellulaire définira la durée d’exposition des cellules au monoxyde d’azote. Ces paramètres sont cruciaux car une exposition prolongée au monoxyde d’azote favorise la survie des cellules cancéreuse tandis qu’une exposition courte stimule l’activité apoptotique, l’arrêt des cycles cellulaires et la sénescence. De plus, l’oxygène ne régule pas seulement la production de monoxyde d’azote, ce dernier présente une autorégulation, via HIF-1 une molécule signal oxygène-dépendante. Le monoxyde d’azote module la réponse, sous hypoxie, de HIF-1 et agit également comme inducteur selon sa concentration et son temps d’exposition.

 

Processus dépendants des concentrations en oxygène et monoxyde d’azote : 

Quelles sont les recherches associées ?

L’ion O2- régulé par le monoxyde d’azote est un radical libre qui a des effets dans la quasi-totalité des signaux cellulaires, aussi bien chez les plantes que chez les humains :

– Angiogenèse

– Réactivité et tonus des muscles lisses

– Réponse immunitaire

– Apoptose

– Communication synaptique

– Méthylation des protéines

– Métastases cancéreuses

– Différenciation cellulaire

– Lignification des cellules de plantes

– Développement des racines et des pousses

– Floraison

– Interactions plantes/pathogènes

 


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Références : 

Burnley-Hall N, Willis G, Davis J, Rees DA, James PE. Nitrite-derived nitric oxide reduces hypoxia-inducible factor 1α-mediated extracellular vesicle production by endothelial cells. Nitric oxide, Feb 2017, vol 63, pages 1-12.

Chester AH, Yacoub MH, Moncada S Nitric oxide and pulmonary arterial hypertension. Glob Cardiol Sci Pract.2017 Jun 30;2017(2).

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