Abstrait
Les acides aminés soufrés sont une sorte d’acides aminés qui contiennent du sulfhydryle, et ils jouent un rôle crucial dans la structure des protéines, le métabolisme, l’immunité et l’oxydation. Notre revue démontre l’effet de résistance à l’oxydation de la méthionine et de la cystéine, deux des acides aminés soufrés les plus représentatifs, et de leurs métabolites. La méthionine et la cystéine sont extrêmement sensibles à presque toutes les formes d’espèces réactives de l’oxygène, ce qui les rend antioxydantes. En outre, la méthionine et la cystéine sont des précurseurs de la S-adénosylméthionine, du sulfure d’hydrogène, de la taurine et du glutathion. Ces produits sont réputés atténuer le stress oxydant induit par divers oxydants et protéger les tissus des dommages. Cependant, la carence et l’excès de méthionine et de cystéine dans l’alimentation affectent la croissance normale des animaux ; ainsi, une nouvelle étude sur la définition des niveaux adéquats d’apport en méthionine et en cystéine est importante.
1. Introduction
Les acides aminés soufrés (AAS) sont une sorte d’acides aminés qui contiennent du sulfhydryle. Parmi les ASA, la méthionine et la cystéine sont considérées comme les ASA primaires. La méthionine est un acide aminé indispensable aux mammifères car elle ne peut pas être synthétisée en quantité suffisante pour maintenir la croissance normale des mammifères. Néanmoins, la cystéine est un acide aminé semi-essentiel chez les mammifères, car la cystéine peut être produite par la voie de la transsulfuration à partir de la dégradation de la L-méthionine. Ainsi, on considère que la teneur en méthionine et en cystéine représente le besoin en ASA dans le régime alimentaire des mammifères. De plus en plus de preuves révèlent que les ASA jouent un rôle crucial dans la structure des protéines, le métabolisme, l’immunité et l’oxydation. Ils exercent des fonctions capitales par le biais de leurs métabolites, tels que la S-adénosylméthionine (SAM), les polyamines, la taurine et le glutathion (GSH) (Figure 1).
L’homéostasie redox est la prémisse du maintien de l’équilibre homéostatique de l’organisme, et elle dépend fortement de l’équilibre du système prooxydatif et antioxydatif . Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont un facteur majeur dans la formation des dommages oxydatifs, parce que les ROS peuvent oxyder les biomolécules (y compris les lipides, les protéines et l’ADN) facilement et ainsi altérer le système antioxydant et provoquer un stress oxydatif . Par conséquent, l’antioxydation des ASA suscite progressivement l’intérêt des gens et les chercheurs ont effectué de nombreuses recherches à ce sujet. Un grand nombre de recherches indiquent que les ASA ont une action atténuante sur divers modèles de stress oxydant, tels que le diabète, l’infection par le VIH et le vieillissement. Ainsi, notre revue réorganise et met en évidence l’effet antioxydant de deux principaux SAA (méthionine et cystéine).
2. Méthionine
Dans la structure des protéines, tous les résidus d’acides aminés sont susceptibles d’être oxydés par des formes diversifiées de ROS, en particulier les résidus de méthionine, car ils sont sensibles à presque toutes les formes de ROS et l’oxydation des résidus de méthionine est réversible . C’est la principale raison pour laquelle la méthionine a la capacité de résister à l’oxydation.
2.1. Cycle de réduction de l’oxydation de la méthionine
Les résidus de méthionine sont extrêmement sensibles aux ROS, et ils sont susceptibles de se combiner avec les ROS puis de se convertir en sulfoxyde de méthionine (MetO) ; les ROS perdent ainsi leur activité. Le produit de la réaction de MetO est un mélange qui consiste en deux stéréoisomères, MetO-S et MetO-R. MetO-S et MetO-R peuvent être réduits en méthionine par la thiorédoxine grâce à la catalyse des méthionine sulfoxyde réductases A (MsrA) et des méthionine sulfoxyde réductases B (MsrB), respectivement (Figure 2). Chaque cycle d’oxydation et de réduction des résidus de méthionine permet d’éliminer les substances dangereuses (ex, hydroperoxyde, hypochloreux, ozone et peroxyde lipidique), ce qui pourrait représenter un important système naturel d’élimination des substances dangereuses.
MrsA et MsrB sont considérés comme les mécanismes de défense antioxydants ultimes car ils sont en charge de la réduction en MetO . De nombreuses expériences dans différents objets ont mis en évidence que le niveau de MsrA est corrélé avec l’élimination des dommages oxydatifs accumulés . Marchetti et al. ont proposé que la réduction des niveaux de MsrA provoque l’accumulation de ROS dans les cellules du cristallin humain. De plus, Yermolaieva et ses collègues ont découvert que la surexpression de MsrA réduisait significativement l’augmentation des ROS induite par l’hypoxie et maintenait la croissance normale des cellules PC12. MrsB n’a été découverte que depuis peu de temps, et sa principale fonction était maintenant connue pour réduire la MétO oxydée avec MsrA. Les autres fonctions de MsrB restent à l’exploration ultérieure.
2.2. SAM
La SAM est le produit direct de la méthionine dans la catalyse par la méthionine adénosyltransférase (MAT), et elle est bien connue comme le donneur de méthyle pour la majorité des méthyltransférases qui modifient l’ADN, l’ARN et d’autres protéines. La SAM exerce son pouvoir antioxydant par cette voie : La SAM augmente l’activité de la cystathionine γ-synthase (CBS) qui est l’enzyme principale de la transsulfuration et contribue à la synthèse de la cystéine, augmentant ainsi le niveau de GSH. De nombreuses études montrent que l’administration de SAM atténue le stress oxydant et restaure les tissus. Par exemple, Li et al. ont constaté que l’administration de SAM protège les cellules et inhibe le stress oxydatif induit par l’amyloïde-β, et qu’elle active le système antioxydant endogène en rétablissant le rapport normal GSH/GSSG et en augmentant les activités de la glutathion peroxydase (GSH-Px), de la glutathion-S-transférase (GST) et de la superoxyde dismutase (SOD).
2.3. Administration de méthionine
Il est rapporté que la supplémentation en méthionine atténue les dommages induits par les ROS en augmentant l’activité du GSH . Il est intéressant de noter que la restriction en méthionine, qui limite la supplémentation en méthionine dans le régime alimentaire des animaux, est également rapportée pour atténuer le stress oxydant. Par exemple, la restriction en méthionine réduit significativement la génération de ROS mitochondriaux . En outre, une carence en méthionine dans un modèle alimentaire cause une série de dommages à l’organisme, comme une pathologie hépatique, une suppression de la croissance épithéliale intestinale, une altération des performances de croissance, etc., tandis qu’une supplémentation excessive en méthionine peut entraîner un empoisonnement à la méthionine et même raccourcir la durée de vie des animaux. En outre, les besoins en méthionine varient en fonction du stade de développement des animaux. Ainsi, l’administration de méthionine pour la production animale est un sujet de recherche précieux.
3. Cystéine
Similaires aux résidus de méthionine, les résidus de cystéine ont également facilement souffert de l’oxydation. Les résidus de cystéine sont avec les propriétés de réguler l’oxydoréduction puisque ses caractéristiques chimiques particulières l’ont fait réagir facilement avec H2O2 . En outre, en tant que précurseur du GSH, la cystéine est l’acide aminé limitant la synthèse du glutathion dans la voie de la transsulfuration. De plus, la propriété antioxydante de la cystéine est principalement reflétée par le produit du GSH, du sulfure d’hydrogène (H2S) et de la taurine.
3.1. GSH
Chez les mammifères, le GSH est principalement synthétisé par deux réactions enzymatiques ATP-dépendantes à partir de la cystéine, du glutamate et de la glycine : (1) La cystéine et le glutamate consomment de l’ATP pour former de la γ-glutamylcystéine (γ-Glucys) par la catalyse de la γ-glutamylcystéine synthétase (GCS). (2) La GSH synthétase catalyse la γ-Glucys et la glycine pour former le GSH, et cette réaction consomme également de l’ATP (Figure 1). Dans la synthèse du GSH dans la cellule, la cystéine est le substrat de réaction limitant la vitesse et la supplémentation en L-cystéine chez les humains améliore la vitesse de synthèse et la concentration de GSH . Qui plus est, Yin et al. ont quantifié la source principale des précurseurs de GSH par la supplémentation avec différentes concentrations de L-cystéine, L-glutamate et glycine dans le régime alimentaire des souris, et leur résultat a révélé que le régime alimentaire avec la L-cystéine et le L-glutamate augmente la concentration de GSH dans le foie, tandis qu’ils ont également constaté que la supplémentation excessive de L-cystéine inhibe la synthèse de GSH.
Le GSH est un tripeptide contenant de la cystéine et joue un rôle vital dans l’antioxydation cellulaire chez l’animal . Le GSH est facilement oxydé par les radicaux libres et autres ROS (par exemple, le radical peroxyle lipidique, H2O2 et le radical hydroxyle) pour former du disulfure de glutathion (GSSG) par la catalyse de GSH-Px. Puis, grâce à la catalyse de la glutathion-réductase, le GSSG est réduit en GSH. Par conséquent, le cycle GSH/GSSG contribue au piégeage des radicaux libres et autres espèces réactives et à la prévention de l’oxydation des biomolécules. En outre, en tant que substrat de la GSH-Px, le GSH joue également un rôle d’assistant dans la peroxydation antilipidique de la GSH-Px. On pense généralement qu’un faible niveau de GSH peut conduire à la peroxydation des lipides. Par exemple, Agar et al. ont utilisé l’éthanol pour consommer le GSH dans le cervelet de souris et ont ensuite constaté que la peroxydation lipidique augmentait de manière significative. Ainsi, la concentration de GSH et les activités des enzymes liées au GSH ont agi comme le signe du statut antioxydant dans le corps.
3.2. H2S
Le H2S a longtemps été considéré comme un gaz toxique produit en quantité importante par les tissus des mammifères, alors que des recherches récentes révèlent qu’il est un agent anti-inflammatoire, antioxydant et neuroprotecteur et qu’il joue des rôles très importants dans de nombreuses fonctions physiologiques . La L-cystéine est un substrat majeur pour produire environ 70% du H2S endogène par l’une ou l’autre des enzymes (cystathionine β-synthase et cystathionine γ-lyase). Ces dernières années, on a observé que la D-cystéine produit de l’H2S par une nouvelle voie et qu’elle pourrait être plus efficace que la L-cystéine pour protéger les cultures primaires de neurones cérébelleux du stress oxydatif induit par le peroxyde d’hydrogène. L’H2S est un puissant antioxydant, sauf qu’il élimine directement les espèces réactives de l’oxygène et de l’azote pour protéger les tissus ; il augmente également l’activité de la γ-glutamylcystéine synthétase et régule à la hausse le transport de la cystine, augmentant ainsi la production de GSH pour résister au stress oxydant. En outre, il est signalé que le H2S peut protéger les cellules épithéliales de la muqueuse gastrique contre le stress oxydatif par la stimulation des voies de la MAP kinase. Ces voies fournissent les mécanismes permettant à l’H2S de protéger les tissus du stress oxydatif.
3.3. La taurine
La taurine est l’acide aminé libre le plus abondant chez les mammifères, et elle joue un rôle important dans de nombreuses fonctions physiologiques, comme le développement visuel, le développement neuronal, la détoxification, l’antioxydation, l’anti-inflammatoire, etc. Deux sources principales contribuent à la synthèse de la taurine chez les mammifères : l’absorption à partir des régimes alimentaires et le métabolisme de la cystéine. La taurine est synthétisée en trois étapes : premièrement, la cystéine est catalysée pour former du sulfinate de cystéine par la catalyse de la cystéine dioxygénase ; deuxièmement, le sulfinate de cystéine élimine le carboxyle pour former de l’hypotaurine par la cystéine sulfinate décarboxylase ; troisièmement, l’hypotaurine est oxydée en taurine. De nombreuses recherches confirment que l’augmentation du dosage de la cystéine dans l’alimentation contribue à l’activation de la cystéine dioxygénase , et la supplémentation alimentaire en cystéine augmente le niveau de taurine plasmatique chez les personnes infectées par le VIH .
En particulier, la taurine montre sa protection pour les tissus dans de nombreux modèles qui sont induits par des oxydants variés . La capacité antioxydante de la taurine est associée au piégeage des ROS. Chang et al. ont prouvé que des suppléments de taurine dans le régime alimentaire des rats réduisaient la production de ROS induite par l’hyperhomocystéinémie, et Palmi et al. ont signalé que la taurine inhibait la production de ROS en stimulant l’absorption mitochondriale de Ca2+. En outre, la taurine augmente également les activités de nombreuses enzymes antioxydantes dans les modèles induits par les oxydants. Il est confirmé que la taurine restaure les activités de la Mn-SOD et de la GSH-Px dans la mitochondrie des souris après une infection au tamoxifène . En outre, Choi et Jung dans leurs études ont souligné que la supplémentation en taurine augmentait l’activité SOD hépatique sur la condition de carence en calcium, mais les activités de GSH-Px et de catalase (CAT) n’étaient pas significativement différentes entre les souris normales et les souris déficientes en calcium.
4. Conclusion
En conclusion, en tant que puissants antioxydants, les SAA jouent un rôle curial dans le maintien de l’équilibre et de la stabilité des radicaux libres dans le corps. Par conséquent, les ASA sont largement utilisés comme additifs alimentaires et appliqués aux soins médicaux et à l’élevage des animaux. Bien que les ASA aient une excellente capacité antioxydante, l’administration d’ASA dans le processus de production animale est particulièrement importante, car différents dosages d’ASA peuvent avoir différents effets sur les animaux. Ainsi, une étude plus approfondie sur le dosage approprié des SAAs sera explorée dans l’alimentation animale.
Abréviations
| SAA: | Acides aminés soufrés |
| SAM : | S-Adénosylméthionine |
| GSH: | Glutathion |
| ROS: | Espèces réactives de l’oxygène | MetO : | Méthionine sulfoxyde |
| Th(SH)2: | Thioredoxine | MsrA : | Méthionine sulfoxyde réductase A |
| MsrB: | Méthionine sulfoxyde réductase B |
| MAT : | Méthionine adénosyltransférase |
| CBS: | Cystathionine γ-synthase |
| GSH-Px : | Glutathion peroxydase |
| GST: | Glutathion-S-transférase |
| SOD : | Superoxyde dismutase |
| H2S: | Sulfure d’hydrogène |
| La γ-Glucys : | la γ-Glutamylcystéine |
| GCS: | la γ-Glutamylcystéine synthétase |
| GSSG: | le disulfure de glutathion. |
Disclosure
Cet article de synthèse ne contient aucune étude avec des participants humains ou des animaux réalisée par l’un des auteurs.
Conflits d’intérêts
Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts concernant la publication de cet article.
Remerciements
Cette recherche a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (nos. 31702125, 31772642, 31330075 et 31110103909), le département des sciences et de la technologie de la province du Hunan (2017NK2322), le programme national clé de recherche et de développement de la Chine (2016YFD0500504, 2016YFD0501201), le programme de partenariat international de l’Académie des sciences de Chine (161343KYSB20160008) et la Fondation des sciences naturelles de la province du Hunan (2017JJ3373).
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