nNOS

INTRODUCTION

Le monoxyde d’Azote (NO) est parmi les oxydes d’azote, l’un des principaux polluants atmosphériques et se compose chimiquement avec un atome d’oxygène  (O) et un atome d’azote (N). Dès le début des années 1980 les études sur le factor dit EDRF (=Endothelium-derived relaxing factor) conduisent progressivement à l’étude de de la vasodilatation qui apparait comme provoquée par ce facteur mais aussi dès cette époque comme  très probablement provoqué  par le relargage dans l’organisme d’oxyde nitrique. On parle alors de la libération de l’oxyde nitrique  comme un composé chimique ayant des propriétés biologiques de relaxant.  Ainsi en 1990, on considère définitivement l’oxyde nitrique comme un nouveau messager neuronal à part entière

Le NO est susceptible d’être libre et trouvé dans de multiples types cellulaires comme  les cellules endothéliales, les cardiomyocytes, les cellules musculaires, les macrophages, les plaquettes, mais aussi dans des tissus comme  le foie, le cerveau et le système nerveux périphérique. Le NO dérive dans une réaction d’oxydation de la conversion de l’acide aminé, la L-Arginine, acide aminé source de la réaction qui se trouve ainsi converti en NO et Citrulline. Ce processus sera étudié en détail par la suite et met en jeu un long processus qui s’effectue en cinq étapes et est catalysée par l’enzyme la NO synthase (NOS) dont la découverte est relativement récente.

La NO synthase

répertoire des séquences des protéines nNOSL’enzyme identifié comme la NO synthase (NOS) existe sous 3 isoformes et la forme prédominante dans le muscle est le n-NOS. Selon les auteurs différentes systématique furent adoptées pour les identifier systématiquement et on va parler des isoforme 1, 2 et 3 et ou ajouter une lettre pour marquer l’origine comme n (pour neurotransmetteur/neuronal), i (pour inductible), e (pour endothéliale). On résume dans un tableau récapitulatif ces diverses protéines avec un lien SwissProt pour plus de détails :  P29475; P35228 ; P29474 .

Portrait robot des protéines NOSLa première isolation de la nitrique oxyde synthase fut réalisée dans les années 1990. Si dès 1992 un rôle biologique important était dévolu à l’oxyde nitrique ce n’est qu’un peu plus tard que la structure et le début desanalyses sur les mécanismes d’action de la NO synthase furent enfin mieux compris. Puis on fut capable de proposer l’arrangement spécifique de chaque isoformes de NO synthase.  Ainsi avec ces diverses données il a pu être établi un portrait-robot qui c’est affiné au fur et à mesure des découvertes et en particulier il a été défini plusieurs types de domaines au sein de la structure de la protéine NOS1 (=nNOS).

La séquence de l’enzyme nNOS et la présence de chacun des sites spécifiques de reconnaissances sont alors répertoriés avec en partie N-terminale un motif dit PDZ puis une large région souvent répertoriée comme la partie HEME de la protéine. Ensuite se trouve une hélice particulière pour une interaction avec la Calmoduline (CAM en jaune sur ce schéma) suivie  par une  zone pour la liaison avec les FMN (=Flavin Mono Nucleotide). Enfin en C-terminal une possibilité de liaison avec la FAD (=Flavin adenine dinucleotide)  et une zone dédiée à l’interaction avec la NADPH  (= Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate).

Le schéma présenté au-dessus donne un portrait-robot de la n-NOS qui permet de mieux localiser les différents sites d’association précédemment cités. Les versions de iNOS et eNOS sont également sous forme de portraits-robot, et si on y retrouve le même agencement il n’y a pas présence du motif PDZ en début de séquences dans ces deux version isoforme de NO synthase. Pour une meilleure identification de ces régions on a défini au sein de cette structure 2 domaines séparés par le site d’ancrage avec la Calmoduline (CAM) un domaine dit d’Oxygénase et un domaine dit de Réductase.

struture du gène humaine codant pour NOS1Une récente organisation génomique du gène humain permet en 2015 d’afficher tous les exons de la Synthase NOS1 y compris les autres premiers exons (1a-1J, AS) et seulement les exons exprimées dans le testicule et/ou le muscle squelettique (T1b, T1, T2, μ; sont en grisé et/ou coloré). Les premiers exons alternatifs (1a-1j) sont utilisés par des promoteurs individuels (indiqué par la flèche). Le variant spécifique du  muscle squelettique μNOS-I contient tous les exons de la forme de Synthase NOS-Iα avec en plus l’exon μ situé entre l’exon 16 et 17. Par ailleurs le gène codant NOS-I (NOS1) qui  affiche une régulation transcriptionnelle complexe, avec neuf autres premiers exons. Exon 1c et 1f qui sont les formes les plus abondantes dans le cerveau.  Un polymorphisme fonctionnel de nucléotide unique (SNP) dans l’exon 1c et un polymorphisme dans l’exon 1f, correspondant à un nombre variable de répétitions en tandem (VNTR) ce qui va conduire à un allèle dit soit court   (S= short) soit  long (L=long). Ainsi cette très polymorphe répétition est  souvent  nommée « ex1f-VNTR »  et se trouve en fait varier entre 180 et 210 pb de longueur.

Portrait robot des différentes synthase NOSAinsi les connaissances actuelle (2015) permettent de dresser un portrait comparatif de ces diverses protéines que sont les synthases NOS et une illustration  récapitulative donne l’identification précise de l’organisation de chacune d’entre elle reflétant l’origine du tissu dans lesquels on les trouve. De plus amples détails figurent dans l’article original. Les 3 gènes donnent naissances à des protéines similaires qui gardent en commun les 3 domaines Oxydase, réductase et liaison à la Calmoduline. Notez que seule la forme nNOSm possède le motif PDF, et la zone dite «m » , tandis que la forme eNOS (Golgi) se trouve Myristoylée  (Myr) et Palmitoylée (Palm).

Schéma diverses Synthases

étapes chimiques contrôlées par la synthase NOSLes étapes chimiques conduisant à la libération de l’Oxyde Nitrique sont indiquées dans le schéma ci-contre. Cette réaction complexe exige la présence des co-substrats O2 et NAD(P)H avec conversion de ce dernier en NADP. De plus il faudra la présence de nombreux cofacteurs, tels que la FAD et la FMN mais aussi de la BH4 (tetrahydrobiopterine) Une fois synthétisé, le NO diffuse alors librement à travers les membranes cellulaires.  L’ensemble de ce processus est détaillé dans l’article en référence.

Dimères de protéines NOSPar ailleurs, déjà en 1999 et comme cela sera confirmé plus tard par exemple en 2012 et dans de nombreuses études le processus va nécessiter une organisation spécifique de la NO synthase qui va lors s’associer de manière à former une structure homodimérique et une illustration directement issue de l’article en référence montre l’organisation architecturale que prend alors ce type de synthase.

Dimère de protéines NOS et dynamique du transfert d-électrons En complément de cette étude en 2014 la silhouette de la synthase iNOS est représentée et son arrangement spatial montre la forte association entre les zones « HEME » correspondantes à chaque qui vont ainsi permettre de former un dimer tête-bêche de 2 monomères.

Diverses revues font le point sur cette enzyme à partir des années 2000. Cette enzyme est présente au niveau du sarcolemme et son ancrage à la membrane de la cellule musculaire fait intervenir le complexe macromoléculaire autour de la Dystrophine et plus particulièrement la Dystrobrévine. (Voir chapitres correspondants).

L’étude de la NO synthase a alors été en s’intensifiant et des résidus particuliers furent mis en avant pour un rôle important plus spécifique comme le Tryptophane 188 (W188) et par ailleurs la Valine 567 (V567) pour sa participation à l’intégrité du site actif de cette synthase et par conséquence pour la production de NO. Par ailleurs suite à des expériences de mutagénèse dirigée,  le résidu glutamique 361 (E361) est décrit comme critique pour une interaction avec l’arginine en tant que substrat, tout comme le résidu aspartique 369 (D369) au cours de l’activité enzymatique de la synthase vis-à-vis de cette même interaction.

différentes silhouette de protéines NOSActuellement en 2015, après de nombreuses études sur le processus par lequel le dimère de synthase NOS va finalement libérer dans la cellule de  l’oxyde nitrique, on va observer au sein du dimère des changements de conformations et on peut identifier 3 stades différents avec des orientations bien établies, indiquant que les parties « HEME de chacun des monomère glissent l’une sur l’autre comme cela est présenté ci-contre

Comme cela est rapporté en détail très récemment dans l’article en référence une schématisation est maintenant établie pour mieux comprendre les étapes de transfert d’électrons et finalement établir un modèle dynamique de la synthase NO pour arriver à une biosynthèse de NO.

Propriétés et rôle de la synthase n-NOS

La n-NOS fut d’abord décrite dans  le cerveau avec une distribution  abondante dans le muscle . Après la découverte de cette enzyme   le clonage du gène  fut rapidement exécuté. En fait c’est en  l’absence de Dystrophine que l’on observe une délocalisation de la n-NOS et un déficit de son action dans la relaxation du muscle chez les DMD.

Puis naturellement il fut proposé de  supplémenter en L-arginine un muscle déficient en Dystrophine , ce qui devait avoir pour conséquence d’augmenter le taux de NO dans le muscle. Une telle stratégie permettait-t-elle d’augmenter l’expression de l’Utrophine qui déjà chez la souris mdx présentait une sur-expression telle était  la question posée dans un premier temps. (Un bilan des résultats sur le traitement de la L-arginine est déjà décrit et ne sera pas abordé ici, voir dans le chapitre sur Utrophine).

principaes cibles du NOAutant il est évident que le NO est au centre de nombreuses propriétés dans la cellule musculaire et  participe à l’activation des cellules satellites (permettant la réparation musculaire par ses propres cellules souches), mais également que la présence d ’un transgène par la n-NOS améliore  le muscle déficient en Dystrophine.Un schéma récapitulatif des nombreuses cibles du NO est issu d’une revue récente sur les messages du NO dans le muscle et l’illustration ci-dessous résume ces informations.

Par le fait, il est important de noter que la n-NOS fait  partie du complexe des protéines autour de la Dystrophine De plus pour une certaine part le NO participe à la  fatigabilité musculaire  et que des défauts dans la glycolyse avec perte des interactions avec la  phosphofructokinase  contribue à cette dernière.

De plus un mécanisme sous-jacent important permettant d’expliquer la perte de force dans la DMD, est due à la présence dans le muscle d’une source non négligeable d’oxyde nitrique musculaire . Celle-ci est directement reliée au stress nitrosatif provoquée par la délocalisation membranaire de la nNOS (= oxyde nitrique synthase neuronale), du fait de l’absence de Dystrophine.

Chez le rat et dans des conditions extrêmes de contractions musculaires un bilan sur le rôle de la  protéine nNOS dans le muscle est disponible sur le lien indiqué. La liaison de la nNOS avec la Dystrophine nécessite seulement les hélices dites alpha 2 et 3 des zones répétitives R16 et R17 comme cela est maintenant établi en détails dans l’article en référence. Puis une nouvelle étude a été entreprise pour mieux disséquer au sein de la structure de la Dystrophine la zone nécessaire à réaliser un site d’accueil pour la protéine nNOS. Le site de fixation pour cette protéine nNOS se situe d’après cette étude dans la zone centrale répétitive de la Dystrophine et concerne plus précisément les répétitions codées R16 et R17.

Une autre étude chez la souris déficiente en Dystrophine, démontre soigneusement que les voies de signalisation impliquant l’oxyde nitrique sont responsables d’une activation de la régulation des transporteurs  de la L-arginine. Un bilan fait alors état des bases structurales impliquées sélectivement dans l’inhibition de la synthase pour l’oxyde Nitrique en fonction de chaque isoforme.

protéine NOS et hypertrophie musculaireLa régulation de la forme l endothéliale de l’oxyde nitrique synthase S-glutathionylation  par la NOS neuronale est rapportée dans le détail dans l’article en référence. Cela apporte la preuve d’une interaction fonctionnelle entre les isoformes de NOS que l’on rencontre au sein du myocarde. Il existe par ailleurs une activation de la signalisation calcique au  travers de la protéine canal du calcium  Trpv1 qui avec l’action indirecte de la synthase nNOS et la libération de NO va favoriser ainsi la synthèse du peroxynitrite (ONOO) ce qui va agir sur la protéine mTOR en synergie avec le calcium et jouer le rôle de déclencheur clé de l’hypertrophie du muscle squelettique. Un schéma récapitulatif de cette cascade d’évènements consécutif à une charge mécanique musculaire illustre ce processus d’hypertrophie musculaire.

Une récente revue fait le bilan des divers inhibiteurs potentiel qui peuvent être utilisé pour affecter l’activité de la nNOS (=Neuronal Nitric Oxide Synthase). En particulier ce travail indique comment il est possible d’améliorer la biodisponibilité de plusieurs dérivés chimiques de  la 2-aminopyridine. La description des progrès récents obtenu avec le thiophène-2-carboximidamide montre que des inhibiteurs sélectifs basés sur la nNOS existent et présentent des profils pharmacologiques prometteurs. Un autre travail rapporte le processus d’inhibition de la synthase neuronale de l’oxyde nitrique (nNOS) et indique la relation régionale avec le nerf sympathique. Ces données sont discutées dans l’article en référence

Il existe bien par ailleurs une cascade de signalisation impliquant  nNOS/NO/sGC/cGMP  au cours de la sensibilisation à la cocaïne et dans les altérations associées de l’hippocampe. L’effet de la supplémentation alimentaire en donneur d’oxyde nitrique et le processus d’inhibition  sur l’expression de la nNOS sont décrits en détail au niveau de  la motilité de l’intestin grêle chez le poulet. Une évaluation de la dépendance du type de fibres musculaires de type en fonction de la forme neuronale de  l’oxyde synthase contrôlée par l’oxyde nitrique vasculaire chez le rat est rapportée en détail au cours du fonctionnement à haute vitesse d’un tapis roulant sur lequel sont entrainés les animaux. Le facteur de nécrose tumorale (TNF) favorise la faiblesse des muscles squelettiques, en partie, en inhibant la force spécifique des fibres musculaires. Ainsi les signaux du TNF émis par les neurones de type Nitric Oxyde Synthase et les espèces moléculaires dites « ROS » (=Espèces oxygénée réactives), favorisent  la perte spécifique de la force développée par le muscle squelettique.

 

L’expression de la forme neuronale de la synthase de l’oxyde nitrique (nNOS) est faible dans les zones du noyau  dit « TRACTUS SOLITARIUS »  chez des rats hypertendus dont le muscle squelettique est excité par réflexes. Une analyse précise rapporte chez la souris déficiente en synthase nNOS (de type Neuronale ; souris (nNOS)-knockout),  le phénotype résultant sur les capillaires dans le muscle squelettique de l’animal.

Structures spatiales des différentes zones de la protéine NOSUn travail met l’accent sur le rôle des espèces réactives comme  l’oxygène et l’oxyde nitrique dans la réponse inotrope positive à l’étirement mécanique dans le myocarde de mammifère. Ainsi les effets de la NOS neuronale et la production de  l’oxyde nitrique ont été enregistrés sur le diamètre de l’artère coronaire humaine et sur la circulation sanguine in vivo. La calmoduline est susceptible de réguler la NO synthase . En 2010 une revue présente selon l’organisation séquentielle de la NO synthase un résumé des connaissances acquises sur l’activité de cette protéine et en particulier son organisation spatiale avec un schéma récapitulatif pour bien identifier le site de liaison à la calmoduline ainsi que de manière bien individualisée les 2 régions « réductase » et « Oxygénase » de la protéine ainsi que le potentiel mécanisme de fonctionnement. Un schéma résume  cet  agencement et se trouve présenté dans le schéma ci-contre. Présenté en insert figure également une illustration qui permet de visualiser sur la portion de la NO synthase dédiée à l’interaction avec la Calmoduline et ses atomes de calcium associés (indiqué par des Sphères colorées en rouge) et la partie juste voisine constituée par la zone dite « FMN » colorée en doré. Ce travail montre l’impact de la liaison de la calmoduline sur le dimère de NO synthase et les changements de conformations induits. (Voir détails dans la référence indiquée. Le schéma total présenté ci-contre résume l’association centrée sur la partie de la NO synthase en contact avec la Calmoduline

zone d'interaction de la protéine NOS sur la DystrophinePar ailleurs en 2013, un nouveau regard sur les changements du rapport des protéines du  cytosquelette comme NOS-1 et le β-Dystroglycane au cours du  développement et du contrôle des muscles et du cerveau chez la  souris dystrophique MDX. Ainsi les approches théoriques de la relation Dystrophine et nNOS s’affinent. Une illustration de la liaison de nNOS sur la Dystrophine au niveau de la jonction des zones répétitives R16 et R17 voir détails dans l’article en référence donne des informations sur l’organisation de cette zone en triples hélices au sein de la Dystrophine ainsi que sur les résidus en interaction avec la synthase nNOS.

Rôle possible du complexe CAPON-protéine NOSLe complexe CAPON-nNOS semble pouvoir être une nouvelle cible à développer pour lutter contre l’anxiolité et la nervosité. Une illustration permet de mieux appréhender la cascade de signalisation produite par une activation de la NO synthase avec une forte production de dérivé NO ce qui conjointement avec une présence de calcium va aboutir à un contrôle à distance sur l’anxiété.

En 2015, les conséquences de la perte de la protéine nNOS sont revisitées Analyse de l’inhibition de la compensation hypertrophique musculaire avec exacerbation de l’inflammation et de l’altération musculaire accrue suite à une contraction dite « excentrique » chez la souris mdx.

En 2017 une étude confirme que la nNOS est susceptible de réguler la fatigue des muscles squelettiques. Cela implique une analyse détaillée sur  le type de fibre, l’organisation des microtubules et l’efficacité de la synthèse de l’ATP mitochondriale par le biais de mécanismes cGMP-dépendants. Puis une nouvelle stratégie pour palier au déficit en NO est engagée. Car selon ce travail le fait de tenter de compenser l’activité réduite de la synthase de l’oxyde nitrique de type neuronal avec une supplémentation en nitrate qui ne peut pas surmonter la dysfonction métabolique, mais aurait plutôt des effets  nuisibles sur un  muscle mdx déficient en dystrophine.

Par ailleurs il sera mis en évidence que via l’activation de la voie nNOS / AMPK / mTOR on peut favoriser l’autophagie contre la lésion de reperfusion ischémique en cas de postconditionnement ischémique myocardique. De plus il semble que l’activation de la voie de signalisation impliquant le récepteur adrénergique beta3-(AR)-nNOS-NO permet au cours d’exercices musculaire aérobique de protéger contre une hypertrophie et un dysfonctionnement cardiaque induire par une pression accrue. Puis la même année une étude confirme que l‘oxyde nitrique synthase de type neuronal intervient dans l’absorption du glucose qui est induit par le stress oxydatif et l’insuline dans les myotubes des muscles squelettiques.

La synthase n-NOS et les pathologies

Le stress oxydant est associé à la production du NO et cela implique une possible participation de la n-NOS dans des pathologies   tels la maladie d’Alzheimer. L’oxyde nitrique (NO) joue un rôle ubiquitaire dans le corps humain au niveau du contrôle et de la fonction de tous les organes, et cela évolue avec  l’âge des individus de façon plus marquée dans le système nerveux central (CNS). Il existe en effet une corrélation entre le mal de tête et la  production de NO dans les cas de migraine. Ainsi, il a été observé chez des souris génétiquement déficiente en iNOS une susceptibilité à une « encéphalomyélites expérimentale auto-immune», (EAE), avec cependant absence de l’implication du NO dans ce processus.

Dans ce travail les effets de la mutation concernant les résidus Asp-369 et Arg-372 sur l’environnement de l’hème et sur la fonction de la synthase endothéliale de l’oxyde nitrique humaine ont été analysés par mutagénèse dirigée. Ces résidus semblent donc important pour la stabilisation de la partie « HEME de la synthase mais aussi pour la formation du dimère.

La protéine NO synthase neuronale (NOS1) est en 1999 proposée comme un gène candidat majeur pour l’asthme. La caractérisation chez les souris de la synthase de type nNOS2, un variant naturel de synthase neuronale qui va produire de l’oxyde nitrique dans le système nerveux central va se trouver être le résultat d’un  épissage alternatif sélectif. La production d’oxyde nitrique protège contre l’inflammation intestinale. Un contrôle de l’expression des isoformes de l’oxyde nitrique synthase (les formes NOS1 et NOS3) a été analysé en détail dans l’article en référence.

divers axes d'intervention de l'oxyde nitrique NOIl existe alors en 2003, un travail qui rapporte une corrélation entre la maladie de Parkinson et des polymorphismes dans les gènes des synthases nNOS et iNOS. Un autre cas est l’analyse  des bases moléculaire de l’hyperactivité de la NO synthase neuronale en étudiant la mutation du tryptophane 409 (W409) pour des résidus tels la phénylalanine (F) et/ou la tyrosine (Y) . L’oxyde nitrique synthase (de type NOS2) mutée (S714P) chez les rats Dahl / Rapp s’accompagne d’une diminution de la stabilité de l’enzyme. La signalisation de l’oxyde nitrique est impliquée comme un processus important durant dans la chimioprévention au cours du traitement d’un  cancer du côlon. En détail dans ce travail le rôle du NO a été étudié dans le processus d’initiation d’une tumeur et dans sa progression. On implique le NO directement dans son action sur la dégradation de l’ADN et dans son intervention au niveau de l’étape de réparation de l’ADN. Cela va de plus bloquer l’apoptose et contribuer à une angiogenèse. L’ensemble de ces divers axes ou intervient le NO sont résumé dans une illustration présentée ci-contre.

Le flux sanguin rénal chez des souris de de type sauvage  avec des animaux déficients pour  nNOS, et eNOS présentent des réponses corticales et médullaires spécifiques  à la protéine L-NAME et à l’entité  ANG II. Une délétion du gène eNOS induit  un plus grand impact sur la circulation pulmonaire chez les souris mâles que chez les souris femelles. De nouvelles analyses portent sur l’étude du polymorphismes des diverses versions de la synthase NOS et l’asthme au sein de la population chinoise, (cas pour NOS1 du résidu C5266T et pour NOS3 du résidu G894T). Une autre étude porte sur l’Influence du gène codant pour la forme endothéliale de  l’oxyde nitrique synthase et son influence sur la pression artérielle conventionnelle et ambulatoire.

 

En 2006, c’est la déficience en NO synthase de type 2 (NOS2) favorise de multiples pathologies dans un modèle de souris pour  la maladie d’Alzheimer. Cette année-là on va proposer un nouveau rôle émergeant pour la NO synthase de type neuronal dans la régulation de la fonction cardiaque. Une étude rapporte le cas d’un haplotype pour la synthase NOS-III avec polymorphismes fonctionnels qui est associée à un trouble bipolaire. Par ailleurs une autre forme d’ haplotype pour la forme neuronale de la NO synthase (NOS-I) est décrite comme associée à la schizophrénie avec modification de  la fonction du cortex préfrontal.

En 2008, l’oxyde nitrique synthase neuronale est également proposé comme un régulateur basal pour la tonicité du système micro vasculaire chez l’homme in vivo. Par ailleurs la synthase NOS1 se trouve corrélée avec la maladie d’Alzheimer en rapport avec le type de promoteur pour l’expression de cette protéine (détail dans la référence indiqué).

En 2009, Une étude originale démontre une influence du variant fonctionnel de la synthase neuronale de l’oxyde nitrique sur les comportements impulsifs chez les humains. Une année plus tard dans les cas de péritonite aigue l’implication des différentes isoformes de NO synthase est démontrée comme jouant des rôles bien distincts

Une nouvelle analyse génétique de l’association des polymorphismes fonctionnels dans le contexte des différentes isoforme de NO  synthase (NOS1) avec  troubles de l’humeur et la réponse de la Fluvoxamine dans le trouble dépressif majeur fait l’objet chez la population japonaise d’un travail dont le référence est indiquée ici. Un bilan du rôle et de la fonction de la NO synthase est réalisé dans le cas normal, défectueux  et/ou hypertrophique  d’un cœur.

En 2011, une nouvelle analyse sur une cohorte de patients (574 sujets)  ayant une maladie d’Alzheimer permet de mieux cerner la relation entre la maladie et la fonction de la NO synthase. Par ailleurs, de plus amples données sont nécessaires pour permettre de cibler une pathologie avec la déficience en n-NOS. Cependant on peut trouver depuis  Juin 2011 une revue qui fait le point sur la signalisation autour de la nNOS et qui démontre que l’inhibition via la PDE 5A (Phosphodiesterase 5A) semble une approche bénéfique pour traiter les déficiences cardiovasculaire du DMD. (Voir également dans ce même livre revue sur le large éventail d’utilisation de ce produit comme une drogue).

En 2012, un bilan est disponible dans ce travail sérieux et original sur le ciblage subcellulaire de la NOS en regard  avec  la santé et la maladie. Un nouveau travail indique les différentes associations d’une variante fonctionnelle du gène codant pour l’oxyde nitrique synthase 1 avec la personnalité, l’anxiété et la dépression.

En 2013, une étude récente propose une  Analyse de la souris déficiente en n-NOS et détermine les altérations que cela va entrainer. L’activation sympathique de la synthase eNOS augmente la libération de NO mais ni les synthases eNOS et/ou nNOS ne jouent de rôle essentiel dans l’exercice en hyperémie (augmentation du flux sanguin musculaire qui se produit pendant l’activité musculaire), au niveau de l’avant-bras chez l’homme. Par ailleurs, la régulation du flux sanguin coronaire augmente au cours de stimulation induite par la charge de travail cardiaque et cela est rapporté à la présence respective des NO synthase de type eNOS et nNOS.

2vènements en cascade suite à un exercice musculaireEn 2014, l’absence de la version mNos2 et le remplacement de la NO synthase de type  NOS2 chez l’homme est étudiée  dans différents modèles de la maladie d’Alzheimer. Une étude porte sur la libération de l’oxyde nitrique et sa possible implication dans la néphropathie diabétique. La fatigue musculaire, l’atrophie musculaire, et la NO synthase nNOS sont étudiés conjointement dans les  fibres musculaires atteintes de dystrophie musculaire des ceintures (LGMD). Un schéma simplifié donne la cascade d’évènements consécutif a la bonne présence de la nNOS versus le cas d’une déficience comme dans celui d’une pathologie LGMD.

distribution de la protéine nNOS dans un myocyte cardiaque défaillantUn autre travail relate l’importance de la signalisation due  à l’oxyde nitrique lui-même dans le développement et l’évolution du langage et des circuits cognitifs. Les mécanismes moléculaires de la synthase neuronale de l’oxyde nitrique au niveau de la fonction cardiaque et de sa  physiopathologie sont abordés avec de nombreuses nouvelles perspectives dans l’article en référence. L’expression de la synthase nNOS et son activité augmente dans un myocarde défaillant, la nNOS se Trans localise de la membrane plasmique et interagit avec la Cavéoline-3 mais se dissocie du récepteur Ryr. Le NO produit par la synthase nNOS change les activités des protéines dépendante du calcium via une S-nitrosylation. L’expression spécifique de la synthase nNOS est associée avec une localisation croissante de la nNOS dans les mitochondries ce qui module l’activité mitochondriale; L’ensemble de ces étapes est schématisée sur une seule illustration ou figure la localisation de la NNOS en rapport avec les principaux compartiments cellulaires du myocyte cardiaque défaillant.

Ainsi le Ciblage le la NO synthase comme une nouvelle  approche thérapeutique pour l’insuffisance cardiaque sont abordée dans ce travail original. Une forte densité en lipoprotéines chez les  patients ayant une maladie cardiaque valvulaire va se trouver associée avec un découplage de l’oxyde nitrique synthase de type endothéliale eNOS. Il est de plus à noter que les 27-30 paires de bases (pb) que représentent  le nombre variable de répétitions en tandem (VNTR) au niveau de l’intron 4 du gène de la synthase NOS3 sont connus pour altérer l’expression de synthase eNOS et un tel polymorphisme est en rapport avec la progression de la maladie rénale chez patients atteints par la maladie polykystose rénale autosomique dominante

 

En 2015, la mutation Y12O2X donne une NO synthase tronquée en association avec une pathologie désignée comme une achalasie infantile. Une étude sur la  NO synthase de type NOS1 montre que  l’activité transcriptionnelle de NF-kB est favorisée suite à une inhibition de suppresseur de la signalisation de la cytokine. Cette voie de signalisation impliquant NF-kB est essentielle à la régulation de l’inflammation. Dans ce travail il est fait la démonstration  que la faible production d’oxyde nitrique (NO)produit par les NO synthases  (NOS1 ou nNOS) joue un rôle crucial dans la réponse inflammatoire en favorisant  l’activité du NF-kB

NO module diverses activités cellulairesIl existerait un double rôle pour la forme iNOS dans le processus conduisant à un  cancer. De cette étude selon le taux de NO libéré on peut constater diverses activités cellulaires qui seront alors modifiées selon de multiples voies de signalisations. Un schéma récapitulatif dresse un tel bilan et les détails peuvent en être consultés dans l’article en référence avec des informations supplémentaires.

Une récente mise à jour est faite dans ce travail sur les Synthases de l’oxyde nitrique en rapport avec l’immunité innée et/ou  adaptative. La forme (NOS1) et son adaptateur, NOS1AP, sont analysé soigneusement dans ce travail en tant que facteurs de risque génétiques pour les troubles psychiatriques. Une nouvelle analyse permet de définir des profils d’expression non canoniques pour l’entité NOS que constituent les différentes synthases du NO. Avec ces nouvelles données les résultats présentés permettent de valider un rôle de la NOS-I dans phénotypes hyperactifs / impulsifs et appellent à de nouvelles études sur les fondements neurobiologiques de cette association entre NOS1 et  la présence de la forme dite ex1fVNTR.

compilation ds mutations sur la protéine NOS

 

Mais comme indiqué plus haut il existe bien plusieurs mutations sur les NO synthases et une compilation des résultats permet de fournir à titre indicatif l’ensemble de ces mutations sur un schéma représentant le portrait-robot de la nNOS (Voir les nombreuses références incluses). On réalise facilement sur ce schéma que la plus fréquente distribution de mutations concernent la partie Heme essentielles à l’association des homodimère de cette protéine nNOS.

 

Avancées récentes

Dans cette nouvelle étude est présenté un suivi sur la fonction contractile du muscle chez la souris mdx d’une tentative de rétablissement de la nNOSμ sarcolemmique. Pour atteindre cet objectif, il est décrit  une forme modifiée de nNOSμ (NOS-M) qui est ciblée sur le sarcolemme par une palmitoylation, qui est fonctionnelle même en l’absence du complexe des protéines associées à la Dystrophine. Pour cela comme indiqué dans l’article en référence le transgène produit pour cette étude possède une séquence de signaux de palmitoylation C-terminale obtenue à partir de l’oncogène K-ras pour cibler cette version de nNOSμ au sarcolemme. Ainsi exprimé dans  le muscle squelettique de la souris la forme (NOS-M) est capable d’atténuer considérablement la perte de force due aux effets délétères des contractions excentriques et des contractions isométriques répétitives (fatigue), tout en améliorant la récupération de vigueur après la fatigue. Par contre l’expression de nNOSμ non modifié à des niveaux similaires ne conduit pas à l’association sarcolemmique et ne parvient pas à améliorer la fonction musculaire. Mis à part les avantages de la localisation sarcolemmique de la production de NO, la forme (NOS-M)  permet également d’augmenter les niveaux à la surface de la membrane de l’Utrophine et des autres protéines complexe des protéines associées, à savoir le Bêta-Dystroglycane, l’ Alpha-Syntrophine et la Dystrobrévine. Ces résultats suggèrent ainsi que l’expression de la forme NOS-M dans le muscle squelettique peut être thérapeutiquement bénéfique dans la pathologie DMD et d’autres maladies musculaires caractérisées par la perte de nNOSµ au niveau du sarcolemme.

 

En conclusion

Pour suivre l’évolution des connaissances sur l’enzyme n-NOS et ses diverses  isoformes il existe des banques de données récentes qui sont  automatiquement mises à jour qui répertorient :

  1. A)     l’enzyme n-NOS dans ses diverses versions avec son lot de références historiques.
  2. B)      Les principales maladies actuellement connues qui résultent d’une mutation ou d’un défaut dans la protéine considérée (avec des références associées).

Protéine : NITRIC OXIDE SYNTHASE 1; NOS1

 

Pathologies associées: Pas décrite à ce jour (2015).
Protéine : NITRIC OXIDE SYNTHASE 2A; NOS2A

Susceptibilité à une  Hypertension,  résistance à la  Malaria,

Protéine : NITRIC OXIDE SYNTHASE 2B; NOS2B
Protéine : NITRIC OXIDE SYNTHASE 2C; NOS2C

Pathologies associées: Pas décrite à ce jour (2015).

Protéine : NITRIC OXIDE SYNTHASE 3; NOS3

Pathologies associées: ALZHEIMER DISEASE, FAMILIAL, 1, INCLUDED; AD1, INCLUDED; HYPERTENSION, PREGNANCY-INDUCED, INCLUDED; HYPERTENSION, ESSENTIAL; STROKE, ISCHEMIC.