Peptides, régulation de l’âge

Publié il y a 2 ans
Par Fulmina Institut
Peptide regulation of ageing

Introduction

Pendant de nombreuses années les phénomènes du vieillissement (apoptose) ont été étudié dans le cadre des questions sociales et de l'éthique. Durant le siècle dernier, la société scientifique a réalisé que le processus de vieillissement devrait être étudié d'un point de vue différent,celui-ci aussi est un mécanisme physiologique particulier portant une signification évolutive certaine.

Le vieillissement est la question la plus complexe en médecine et en biologie. Ce processus de vieillissement est un phénomène d'involution progressive des tissus et un développement des dysfonctions de l’organisme. Ses symptômes apparaissent déjà à la fin de la période de puberté et deviennent de plus en plus plus prononcés avec l'âge.

A la fin du XIX siècle I.I. Metchnikov a démontré que l'amélioration de l'immunité cellulaire contribuait à une augmentation de la durée de vie. Il a développé une théorie phagocytaire(Relatif ou propre aux phagocytes, à la phagocytose. ( Biologie) Cellule possédant le pouvoir d'absorber et souvent aussi de digérer des particules étrangères, inorganiques ou organiques [microorganismes notamment]) de l'immunité de l'organisme humain, capable de lutter contre le vieillissement pathologique [1]. En 1908, il a reçu le prix Nobel de physiologie et de médecine avec Paul Ehrlich. Un siècle plus tard, Peter Doherty et Rolf Zinkernagel ont mené des études détaillées sur la spécificité de l'immunité cellulaire dans le cadre des infections virales ( prix Nobel de physiologie et de médecine en 1996).

Le développement de la recherche en génétique et en biologie moléculaire ont demandé de profondes études biochimiques. De nombreuses années de travail scientifique par Marshall Nirenberg et Gobind Khorana ont abouti à déchiffrer les codes génétiques et  à définir les codons (Un codon est une séquence de trois nucléotides sur un acide ribonucléique messager (ARNm) spécifiant l'un des 22 acides aminés protéinogènes dont la succession sur l'ARN messager détermine la structure primaire de la protéine à synthétiser. ) pour chacun des vingt acides aminés (prix Nobel de physiologie et de médecine avec Robert Holley, en 1968). La recherche fondamentale du fonctionnement des acides nucléiques en biochimie et l'identification de la séquence des bases de l'ARN, ARN messager et de l'ADN ont été effectué dans les années 60-70 du XXème siècle par Paul Berg, Walter Gilbert et Frederick Sanger ( Prix Nobel de Chimie en 1980).

Des études expérimentales et cliniques en gérontologie ont révélé que les fonctions de l'immunité de l'organisme sont parmi les premières fonctions systémiques à révéler des troubles du vieillissement [2, 3]. Les extraits de peptides (Un peptide est un polymère d’acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques) du thymus et les peptides isolés à partir de ces extraits, ont été les premières préparations suggérées pour corriger le déficit immunitaire [4, 5, 6]. 

L'origine de la découverte de la petite piscine de peptides régulateurs dans un organisme jeune est devenue évidente, suite à la découverte de la fonction de dégradation des protéines par l'ubiquitine (L'ubiquitine est une protéine de 76 acides aminés servant, elle-même, de marqueur de protéines à éliminer. )dans la fonction  protéase faites par Aaron Ciechanover, Avram Hershko, Irwin Rose (Prix Nobel de chimie en 2004). Ces petits peptides ont révélé jouer un rôle important dans la transmission de l'information biologique, comme le font par exemple, les hormones et les neuropeptides autocrines (En biologie cellulaire, la communication autocrine est un mode de signalisation cellulaire impliquant des messagers chimiques — hormones, cytokines — qui agissent sur la cellule même qui les a synthétisés à travers des récepteurs de la membrane cellulaire. Il s'agit d'un mode d'expression dans le cadre des épithéliums glandulaires, important durant le développement et dans la cancérogenèse) . Une protéine de masse moléculaire élevée peut être hydrolyse (Décomposition d'un corps par fixation des ions H+ et OH- provenant de la dissociation de l'eau. Les réactions d'hydrolyse jouent un rôle important en biochimie et dans les synthèses organiques.) d'une façon différente, se décomposant en plusieurs petits peptides. En raison de ce mécanisme, il peut être produit des peptides de fonctions biologiques totalement différentes, par rapport à la macromolécule maternelle d'origine [7]. 

Le mathématicien américain Samuel Karlin a prouvé dans ses œuvres qu'il existe plusieurs types de résidus en blocs d'acides aminés récurrents avec des chaînes latérales chargées de macromolécules protéiques. Les structures des facteurs de transcription (lecture d'un gène par une RNA- polymérase qui synthétise un acide ribonucléique dont la structure primaire reproduit celle du brin sens de ce gène) .contiennent de manière fiable un grand nombre de blocs de ce type [8]. En 1961, François Jacob et Jacques Monod ont suggéré un modèle de régulation génétique pour la synthèse des protéines avec la participation d'un ligand (En biologie, un ligand (du latin ligandum, liant) est une molécule qui se lie de manière réversible sur une macromolécule ciblée, protéine ou acide nucléique, jouant en général un rôle fonctionnel : stabilisation structurale, catalyse, modulation d'une activité enzymatique, transmission d'un signal) de poids moléculaire bas, ce qui écarte les répresseurs et déclenche une transition allostérique( L'allostérie est un mode de régulation de l'activité d'une enzyme par lequel la fixation d'une molécule effectrice en un site modifie les conditions de fixation d'une autre molécule, en un autre site distant, de la protéine) conformationnelle dans la structure des cellules bactériennes de l'ADN ) [9]. En 1965, ils ont reçu le prix Nobel de physiologie et de médecine avec Andry Lwoff. 

Cependant, le rôle de régulation des petits peptides n’avaient jamais été discuté dans les concepts de contrôle des gènes dans la synthèse des protéines dans les organismes supérieurs avant que nous commencions cette recherche. Parallèlement à la diminution de l'immunité associée à l'âge il se produit d'autres modifications sur le plan cellulaire. En particulier, des changements ont lieu dans la structure du noyau cellulaire.  Interne. Le complexe ADN-protéines du noyau cellulaire (chromatine:[La chromatine est la forme sous laquelle se présente l'ADN dans le noyau. C'est la substance de base des chromosomes eucaryotes, elle correspond à l'association de l'ADN, d'ARN et de protéines. Les protéines sont de deux types : histones et protéines non-histones] ) ne s'organise dans les chromosomes que dans le cas de la division cellulaire. Dans l'état d'arrêt de la chromatine se trouve deux formes: l'euchromatine (l'euchromatine est de la chromatine décondensée formée de fibres de 10 nm de diamètre. Elle est très déspiralisée et correspond à des zones de gènes actifs, c’est-à-dire que les gènes y sont transcrits. L'euchromatine (ou plus précisément les histones de celle-ci) est hyperacétylée et hypométhylée par rapport à l'hétérochromatine, et se caractérise par une localisation intra-nucléaire) et l'hétérochromatine [10]. L'hétérochromatine est généralement localisée à la périphérie de noyau et contient généralement inactive une part du génome: gènes bloqués par des répresseurs. Le rapport euchromatine / hétérochromatine change avec l'âge en raison de la réduction de l'euchromatine active. Cela conduit à la diminution de la synthèse protéique de la cellule [11]. Ainsi, le vieillissement de cette phase de l'organisme révèle plusieurs niveaux de dysfonctionnement, et , il peut être classé comme un syndrome systémique. Des résultats prometteurs sur la correction par de l'immunodéficience par des peptides endogènes régulateurs ont démontré la nécessité de nouvelles études plus poussées face à ces conclusions [4,5].

Découverte des peptides régulatrices du vieillissement

Il est reconnu que la limite déterminée de la durée de vie animale et humaine devrait être d'environ 30 à 40% supérieure à leur durée de vie moyenne respective. L'impact de divers facteurs défavorables provoquent des changements dans la structure des gènes et cette expression est accompagnée de troubles dans la synthèse des protéines fonctionnelles de l'organisme (Fig. 1).

Fig.1. Augmentation potentielle de la durée de vie moyenne de l'homme jusqu'à la limite spécifique (réserve biologique).

Au début des années 1970 nous avons étudié le mécanisme de l’immunodépression à la fois expérimentalement et cliniquement. Nous avons découvert que, avec le vieillissement, il se produit une involution de l'organe central du système immunitaire - thymus (Fig 2, 3.) Et celle du système neuroendocrinien - glande pinéale. Nous avons également déterminé la diminution de la synthèse des protéines dans des cellules de différents tissus de l'organisme (Fig. 4).

Fig. 2. Age-related involution of thymus (indirect immunofluorescent method with antibodies to thymic polypeptides, x600).

Fig. 3. Expression of transcription proteins (PAX 1) in human thymus epithelial cells (the study was conducted in cooperation with Prince Philippe Biomedical Research Center, Valencia, Spain).

Fig.4. Synthèse des protéines dans des hépatocytes de rats d'âges différents.

Dans le cadre des fonctions du thymus, de la glande pinéale et d'autres organes, nous avons développés une méthode particulière pour l'isolement, le raffinement et le fractionnement de peptides de faible poids moléculaire à partir d'extraits de ces organes [12, 13]. Les peptides des faible poids moléculaire isolées à partir du thymus (préparation Thymalin) et de la glande pinéale (préparation Epithalamin) des animaux ont été étudiés dans différents modèles biologiques. Ces préparations peptidiques ont contribué à une augmentation fiable chez les animaux augmentant la durée de vie dans de nombreuses expériences (Fig. 5) [12, 13, 14, 15, 16, 17]. Une importance particulière corrélative entre la durée de vie moyenne et le principal indice de l'immunité cellulaire (réaction de haute-transformation des lymphocytes avec la phytohémagglutinine[(Substance appartenant aux lectines, provenant du règne végétal et possédant la capacité en laboratoire (in vitro) de provoquer la multiplication d'une variété de globules blancs : les lymphocytes. Ces substances favorisent également la transformation de ces cellules en cellules blastiques (cellules jeunes)].  détermine la fonction des lymphocytes T (Fig. 6) [14].

Fig.5. L'augmentation de la durée de vie moyenne jusqu'à la limite spécifique suite à l'application des préparations peptidiques (moyenne des résultats au bout de 15 expériences).

Fig.6. Résultat des préparations de Peptides sur la durée de vie moyenne et la réaction de haute-transformation des lymphocytes avec la phytohémagglutinine chez la souris.

Une augmentation significative de la durée de vie moyenne des animaux était évidemment due à une activité antitumorale efficace (Fig. 7) de faible masse moléculaire de peptides isolés à partir de thymus(Le thymus est un organe situé dans le médiastin antéro-supérieur et antéro-moyen. Il supporte la différenciation et la sélection des lymphocytes T123 et joue donc un rôle dans l'auto-immunité.Son activité et sa taille sont maximales au cours de la puberté, avant d'involuer à l'âge adulte. Le thymus joue un rôle très important dans la mise en place du système immunitaire chez l'enfant en assurant la maturation des lymphocytes T aussi appelés thymocytes) et de glande pinéale [14, 15, 17, 18, 19].

(La glande pinéale est localisée au contact du sillon cruciforme de la lame quadrijumelle constituant la région dorsale du mésencéphale, et appartient à l'épithalamus. Elle est reliée au diencéphale de chaque côté par les pédoncules antérieurs et latéraux dans l'écartement desquels, appelés triangle habénulaire, se logent les habenula.

Dans l'espèce humaine, l'épiphyse a la forme d'une pomme de pin (d'où l'adjectif pinéale) ou d'un petit cône d'environ 8 mm situé en position médiane en arrière du troisième ventricule, entre les deux thalamus, au-dessus des colliculi supérieurs, et derrière la stria medullaris.

Dans l'espèce humaine, la glande pinéale croît en volume jusqu'à l'âge d'un à deux ans puis se stabilise 1, 2 mais sa masse augmente à partir de la puberté. En effet, il se produit souvent une calcification de cette glande chez l'adulte qui est associée à la baisse de production de mélatonine.

Dans la mythologie védique du Yoga, la glande pinéale est associée, tantôt au chakra Ajna ou 3e œil, tantôt au Sahasrara ou chakra de la couronne, situé au sommet du crâne.

Dans la plupart des interprétations du Discordianisme la glande pinéale est supposée servir d'organe de communication avec la déesse Eris. La glande pinéale est parfois aussi appelée « le troisième œil atrophié »).

Fig.7. Effet de la préparation de la glande pinéale sur la fréquence de l'incidence des tumeurs chez les animaux.

Les petits peptides isolés à partir de différents organes et tissus, ainsi que leurs homologues de synthèse (di-, tri-, tétrapeptides) ont révélé une spécificité d'un tissu spécifique (gène spécifique) des effets à la fois sur les cultures cellulaires in vitro ainsi que dans les expériences chez les animaux jeunes et vieux  in vivo (Fig. 8).

Fig.8. Régulation spécifique de tissu de peptide (gène spécifique).

Activité spécifique d'un tissu de peptide, lors de la stimulation de la synthèse des protéines dans les cellules d'organes à partir desquelles ils ont été isolés. L'amélioration de la synthèse des protéines sous l'effet du peptide a été confirmée chez les animaux jeunes et vieux in vivo (Fig. 9).

Fig. 9. Résultat des préparations de peptides hépatiques et pinéaliennes et intensité des protéines de synthèse en culture monocouche d'hépatocytes chez des rats d'âges différents.

Une restauration particulièrement importante est apparue dans le système de la fonction reproductrice chez des rates âgées soumises au traitement de peptides pinéaliennes (Fig. 10) [13]. La phase de l'oestrus (L’œstrus, ou chaleurs, est la période durant laquelle une femelle mammifère est fécondable et recherche l’accouplement en vue de la reproduction. L’œstrus est en outre caractérisé chez certaines espèces par une posture particulière, la lordose, courbure vers la phase ventrale de la colonne vertébrale de manière à former un creux dorsal, facilement observable chez les chats par exemple) chez les animaux est analogue à la ménopause chez la femme. Suite à l'administration de la préparation, le pourcentage a été abaissé dans la première phase de 95% à 52%  tandis que dans d'autres phases typiques  du cycle de l'oestrus normal, la phase initiale a augmenté de 5% à 48%. Il convient de souligner que dans une autre expérience aucune des rates n'est tombée enceinte après l'accouplement. L'accouplement répété, suite à l'administration de peptides de glande pinéale, a entraîné une grossesse de 4 sur 16 des animaux. Ces rates ont alors donné naissance de 5 à 9 petits, sains.

Fig. 10. Résultat constant de la préparation peptidique de glande pinéale sur l'oestrus des rates âgées.

Nous avons aussi constaté les principaux avantages des peptides de faible poids moléculaire : ils possèdent une forte activité biologique, et, ont révélé une action particulière  tissulaire qui n'est ni spécifique à l'espèce, ni immunogène. Les caractéristiques de régulations de ces peptides sont semblables à des hormones peptidiques ( Naturellement synthétisées par le corps, les hormones peptidiques jouent un rôle de messager et amènent les glandes endocrines de l'organisme à produire davantage d'hormones. Ainsi, les hormones peptidiques vont, entre autres, favoriser la production de testostérone ou encore de corticostéroïdes)[16, 20, 21].

Une étude détaillée de poids moléculaire, des propriétés chimiques, de la composition d'acides aminés, et, la séquence isolée des peptides de faible poids moléculaire à partir de thymus, de glande pinéale et d'autres organes ont été effectués depuis de nombreuses années [22, 23, 24, 25, 26]. Les données obtenues ont été utilisées pour la synthèse chimique de plusieurs petits peptides. Une analyse comparative a démontré que l'activité biologique des préparations naturelles et de synthèse était en grande partie identique. Par exemple : la stimulation de l'immunité par le dipeptide de thymus [24, 25]. L'activité biologique des peptides naturels et de synthèses semblent être similaire à l'essai standard dans des cultures de tissus in vitro et chez les animaux in vivo[27, 28, 29, 30]. Ces résultats démontrent des perspectives d'application de ces peptides comme géronto-protecteurs [31, 32, 33]. La nécessité de la recherche de nouveaux médicaments  géronto-protecteurs a dicté le début d'études précliniques de ces préparations à divers niveaux d'application.

Au niveau de l'organisme chez différents animaux, nous avons enregistré une variété considérable d'effets biologiques exercés par ces petits peptides notamment par des peptides de thymus et de glande pinéale, y compris l'effet sur l'activité de prolifération et sur l'apoptose(ou la mort cellulaire programmée : est le processus par lequel des cellules déclenchent leur auto-destruction en réponse à un signal. C'est l'une des voies possibles de la mort cellulaire, qui est physiologique, génétiquement programmée, nécessaire à la survie des organismes multicellulaires. Elle est en équilibre constant avec la prolifération cellulaire). [34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 , 41, 42].

Sur le plan des structures cellulaires, les petits peptides activent l'hétérochromatine( Composant du noyau des cellules particulièrement condensé et capable de fixer fortement les colorants) dans le noyau des cellules chez les patients séniles (Tableau 1) [11, 43].

Tableau 1 : Résultat des peptides sur la chromatine dans les lymphocytes des personnes âgées

Association des peptides acrocentriques des chromosomes (par cellule) par hétérochromatinisation de l'hétérochromatine facultative (par cellule). Total de l'hétérochromatine structurelle hétérochromatine du 1er contrôle des chromosomes.

Comme il a été décrit ci-dessus, il y a deux formes de chromatine dans le noyau cellulaire: l'euchromatine lumière et l'hétérochromatine dense situé près de la membrane nucléaire. La transcription des gènes a lieu dans la phase lumière (voir lumière espace-temps en bio-physique quantique, et, plus particulièrement les relations entre l'ADN et l'ADN dit “fantôme”) , qui est dans l'euchromatine. Avec le vieillissement , la quantité d'hétérochromatine  augmente en moyenne de 63% à 80% dans le noyau. La régulation effectuée par les peptides entraîne une augmentation de la quantité d'euchromatine lumière dans le noyau. Cela signifie que plusieurs gènes révèlent leur  disponibilité pour des facteurs de transcription, et, la transcription de l'information génétique est plus longue, plus correcte et plus intense ainsi que la synthèse des protéines. En d'autres termes, plus il y a d'euchromatine dans le noyau, plus il y a d'intensité dans la synthèse protéique dans la cellule [10, 11, 43]

La capacité des peptides à induire une différenciation des cellules polypotentielles revêt une importance particulière (Fig. 11) [42]. Ainsi plus il y a de peptides dans la rétine à cellules polypotentielle de Xenopus Laevis ectoderme de Gastrula ( Les stades de développement du Xenopus laevis sont définis par les tables de Nieuwkoop et Faber. Le développement embryonnaire du xénope est subdivisé en différentes phases définies notamment sur base de critères morphologiques: la fécondation, la segmentation, la gastrulation, la neurulation et l’organogenèse. Après la période d’organogenèse, un à deux mois s’écoulent avant que le têtard n’entame sa métamorphose pour former un xénope adulte. Ce dernier est mature sexuellement à l’âge d’un an [Wolpert, 2002]), plus cela conduit à l'émergence de cellules dans l'épithélium de la rétine et de ses pigments. Ce résultat exceptionnel explique un effet clinique prononcé de la préparation  peptidique sur la rétine des patients atteints de dégénérescences rétiniennes [42] et chez les animaux ayant une rétinite pigmentaire génétiquement déterminée .

Fig. 11. Induction d’effet de peptides sur les cellules rétiniennes de polypotent de Xenopus laevis début gastrula ectoderme.

Au niveau des chromosomes le nombre de chromosomes d’aberrations (on parle d'aberration chromosomique lorsque la structure ou le nombre des chromosomes est anormal ou sont déplacés) a été utilisé un marqueur de dommages de l'ADN dans un organisme vieillissant. Les mutations somatiques (comme toutes les cellules, une cellule somatique peut muter) peuvent se produire en raison de l'accumulation d'aberrations stables et sous-tendent la pathologie liée à l'âge, y compris néoplasie maligne. Activité antimutagène et réparatrice fiable du thymus et des peptides glande pinéale ont été confirmés par une réduction du nombre d'aberrations chromosomiques dans les cellules de la moelle osseuse et des cellules de l'épithélium cornéen chez les animaux révélant le vieillissement accéléré [45].

Sur le plan de la régulation de l'activité du gène, il a été établi que l'administration de peptides Lys-Glu et Ala-Glu-Asp-Gly chez la souris transgénique a provoqué une suppression de 2 à 3,6 fois de HER-2 / neu expression des gènes (cancer du sein humain) comme par rapport au groupe témoin. Cette suppression est accompagnée d'une réduction fiable du diamètre de la tumeur (Fig. 12) [41].

Fig. 12. Peptides influencent sur le développement de l'adénocarcinome mammaire et HER-2 / neu expression oncogène chez la souris transgénique (l'étude a été menée en coopération avec le Centre national de recherche sur le vieillissement, Ancona, Italie).

Il a été révélé que l'addition de tétrapeptide Ala-Glu-Asp-Gly dans un milieu de culture de fibroblastes de poumon humain induit l'expression du gène de télomérase et contribue à un allongement de 2,4 fois des télomères. L'activation de l'expression du gène est accompagnée par un nombre croissant de divisions cellulaires (de 42,5%), ce qui est la preuve que la limite de Hayflick a été surmontée (Fig. 13) [46, 47] (La limite de Hayflick a été découverte par Leonard Hayflick en 1965. Hayflick avait observé que des cellules en division (mitose) dans une culture cellulaire ne se divisaient que 50 fois avant de mourir. Quand des cellules approchaient cette limite, elles montraient des signes de sénescence).

L'effet de di- et tétrapeptides Lys-Glu, Trp-Glu, Ala-Glu-Asp-Gly, Ala-Glu-Asp-Pro sur l'expression de 15 247 murines cardiaques et de gènes cérébraux avant et après administration des peptides ont été étudié avec l'emploi de la technologie microarray sur ADN [48]. Dans cette expérience, on a utilisé des clones de la bibliothèque de l'Institut national sur le vieillissement, USA. Cette expérience a fourni des données uniques sur l'altération de l'expression de gènes différents sous l'effet de la préparation de peptides (Fig. 11). Une importante conclusion de l'expérience a révélé que chaque peptide influence des gènes particuliers de façon spécifique. Les résultats de cette expérience témoignent du mécanisme de régulation des peptides sur l'activité des gènes. Il a également été enregistré que le dipeptide Lys-Glu, présente une activité immunomodulatrice et régule le gène de l'interleukine-2 qui est l'expression des lymphocytes du sang [49].

(Les interleukines servent de messagers entre les cellules du système immunitaire, notamment de médiateur dans les interactions locales entre les leucocytes (globules blancs). Elles sont également utilisées pour le traitement de certains cancers. L'interleukine 2 est sécrétée par les lymphocytes T sécréteurs, résultants de la différenciation des LT4, donnant « l'autorisation » aux autres lymphocytes ayant reconnu le même antigène que lui de se diviser et de proliférer. Parmi les autres lymphocytes, les lymphocytes B se différencieront en plasmocytes et en lymphocytes B mémoire), ce qui déclenche la réponse immunitaire spécifique.  Les interleukines sont des protéines naturelles produites par le système immunitaire, qui agissent sur le système immunitaire lui-même). 

Fig. 13. Limite surmontée de la division des cellules somatiques humaines en raison de l'introduction de peptides dans la culture des fibroblastes pulmonaire.


Fig. 14. Résultat de peptides sur l'expression des gènes dans le coeur de souris (l'étude a été menée en coopération avec l'Institut national sur le vieillissement, Baltimore, Etats-Unis).

Au niveau moléculaire, il y avait une lacune évidente entre les preuves multiples des effets spécifiques, causée par des peptides de réglementation dans l'activation de la transcription du gène [50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58], et de systèmes limités du processus sous-jacent de la liaison sélective du facteur de transcription avec des sites d'ADN spécifiques. Pendant ce temps, la liaison non spécifique des protéines avec la double hélice de l'ADN a été prouvé en utilisant des méthodes physico-chimiques [59]. L'activation de la transcription du gène dans les cellules des organismes supérieurs est une règle qui nécessite  des  douzaines d'activateurs macromoléculaires et des facteurs de transcription.

Nous avons proposé un modèle d'interaction moléculaire entre les peptides régulateurs de l'ADN en double hélice promoteurs dans la région du gène promoteur. (Fig.15,16,17,18) [60,61].

Fig. 15. Conformation de Peptides dépliés Ala-Glu-Asp-Gly (projection en plan)

Il démontre qu'ils sont capables d'inter-actions à la  fois sur l’extrémité et sur le côté latéral de groupes fonctionnels avec l'ADN.


Fig. 16. Emplacement métrique de groupes fonctionnels sur la surface exposée du grand sillon de l'ADN en cas d'incorporation de chaque paire de nucléotides dans l'ADN double hélice.


Fig. 17. Séquence de paires de nucléotides dans la double hélice de l'ADN des groupes fonctionnels desquels sont complémentaires des fils de groupes fonctionnels Ala-Glu-Asp-Gly de tétrapeptide. Cette séquence est répétée plusieurs fois sur le segment promoteur du gène de la télomérase.

Fig. 18. Schéma d'interaction complémentaire de tétrapeptide Ala-Glu-Gly-Asp avec une double hélice d'ADN (complexe "ADN-tétrapeptide" sur le segment promoteur du gène de la télomérase).

(La télomérase est une enzyme qui, lors de la réplication de l'ADN chez les eucaryotes, permet de conserver la longueur du chromosome en ajoutant une structure spécifique à chaque extrémité : le télomère (du grec τέλος, extrémité ou fin). Bien que composé de désoxyribonucléotides comme le reste du chromosome, le télomère est synthétisé suivant un mode différent de la réplication classique de l'ADN).

Une complémentarité géométrique et chimique de la séquence d'acides aminés de peptides et d'ADN en paires de  séquences  de nucléotides a été proposé comme base pour le modèle moléculaire. Le peptide régulateur reconnaît un site spécifique dans la double hélice de l'ADN si sa propre séquence d'acides aminés est complémentaire de la séquence nucléotidique d'ADN pour une longueur suffisante. En d'autres termes leur interaction est spécifique en raison des séquences correspondantes.

Chaque séquence de la double hélice paire de nucléotides d'ADN forme un motif unique de groupes fonctionnels sur la surface de la double hélice du grand sillon de l'ADN. Un peptide dans la β-conformation dépliée peut s'adapter librement dans le grand sillon de l'ADN le long de l'axe en double hélice. Nous avons utilisé les données sur la géométrie moléculaire de la double hélice d'ADN et des peptides β-fil de préparations scientifiques afin d'identifier la séquence des paires de nucléotides pour la liaison spécifique de l'ADN et du peptide Ala-Glu-Asp-Gly. La projection réalisée a démontré que ce tétrapeptide peut être situé dans le grand sillon de l'ADN avec l'ATTTG (ou ATTTC) de la séquence nucléotidique de la chaîne principale en conformité avec la disposition complémentaire de leurs groupes fonctionnels [59].

Pour le test expérimental du modèle moléculaire il a été utilisé des préparations synthétiques: l'ADN [poly (dA-dT): poly (dA-dT)] (double hélice) et un tétrapeptide Ala-Glu-Asp-Gly. La chromatographie sur gel a permis de prouver que des formes peptidiques Ala-Glu-Asp-Gly complexe intermoléculaire sont stables avec la double hélice de l'ADN (Fig. 19) [61].

  1. peptide individuel Ala-Glu-Asp-Gly

  2. ADN libre double hélice [poly (dA-dT): poly (dA-dT)]

  3. mélange de peptide et d'ADN

Fig. 19. HPLC du peptide et d'ADN sur sefadex G-25 dans une solution physiologique à température ambiante.

La liaison complémentaire du peptide avec la séquence des nucléotides sur le brin  principal  TATATA de la double hélice peut être effectuée par six liaisons hydrogénées et une liaison hydrophobe entre les groupes fonctionnels des deux groupes de participants.

Dans des conditions physiologiques normales, l'ADN existe sous la forme d'une double hélice de deux chaînes polymériques qui sont maintenues ensembles par des liaisons hydrogénées entre les paires de bases de chaque chaîne. La plupart des processus biologiques avec la participation de l'ADN ( transcriptions et réplications) ont besoin de la double hélice pour subir une disjonction en volets distincts. En particulier, il est reconnu, que la séparation locale des doubles brins de l'hélice précède la transcription des gènes par l'ARN polymérase. Pour le début de la transcription (synthèse de l'ARN de la matrice) de la double hélice de l'ADN , il doit être libéré des histones (Protéines basiques s'associant à l'ADN pour former la structure de base de la chromatine. Les histones jouent un rôle important dans l'empaquetage et le repliement de l'ADN), et, à l'endroit où la synthèse de l'ARN de la matrice commence, les brins de la double hélice doivent être désintégrés (Fig. 20).

Fig. 20. Le dispositif de séparation de brins locaux [poly (dA-dT): poly (dA-dT)] en tant que résultat de la liaison peptide Ala-Glu-Asp-Gly en ADN double hélice grand sillon.

La concentration dépend de l’effet hyperchromique (densité optique accrue de 260 nm) a été trouvée par spectrophotométrie des solutions contenant de l'ADN synthétique à double hélice et tétrapeptide Ala-Glu-Asp-Gly. L'effet hyperchrome souligne une destruction partielle des liaisons hydrogènes entre les paires de nucléotides de la double hélice et la séparation locale de ses brins (changements conformationnels allostériques) [61].

Il a été expérimentalement révélé que le détachement (et la fusion) de brins d'ADN libre se produit à la température 69.50С +. Dans l' "ADN-tétrapeptide" système de fusion, la double hélice est produite à la température + 28 ° С, et, elle a été caractérisée par une diminution d'environ 2 fois les valeurs de l'entropie (Le terme entropie a été introduit par Rudolf Clausius et est dérivé d'un mot grec signifiant « transformation ».Il caractérise le degré de désorganisation ou de manque d'information d'un système) et de l'enthalpie (la fonction enthalpie correspond à l'énergie totale d'un système thermodynamique. Elle comprend l'énergie interne qui est l'énergie nécessaire pour créer le système, à laquelle est additionné le travail que ce système doit exercer contre la pression extérieure pour occuper son volume.L'enthalpie est un potentiel thermodynamique). Ce fait souligne d'une manière simplifiée le point de vue thermodynamique de la séparation des brins d'ADN dans les  réglages de température typique du processus biochimique de la majorité des organismes vivants. Des expériences in vitro montrent qu'un petit peptide de la séquence d'acides aminés ,et, sa structure précise peut participer à l'activation de transcription des gènes dans la phase de disjonction dans les brins de la double hélice d'ADN. L’aspect biochimique de ce phénomène consiste en la similarité de structure et de séquence d'acides aminés d'un peptide régulateur, et, d'un segment spécifique de la chaîne du facteur de transcription macromoléculaire peptidique.

Ainsi, les études des peptides d'activité biologique sur les différents niveaux structurels ,et , les processus physico-chimiques de leur interaction ont démontré une activité physiologique indubitablement élevé des peptides régulateurs. La conclusion majeure dit que les peptides sont capables de réguler l'expression des gènes. Des essais pré-cliniques ont démontré une forte activité biologique, et, la sécurité des peptides synthétisés [61, 63, 64, 65]. Ainsi, l'administration de peptides Lys-Glu, Ala-Glu-Asp-Gly aux animaux contribue à une incidence de réduction des tumeurs, et, une augmentation de la durée de vie moyenne [66, 67, 68]. Le peptide Ala-Glu-Asp-Pro stimule la régénération nerveuse [69], le peptide Lys-Glu-Asp-Trp diminue le niveau de glucose sanguin chez les animaux atteints de diabète sucré en expérimentation [70].

Prenant en considération l'activité biologique fiable des peptides nous avons trouvé qu'il est nécessaire d'étudier l'effet des peptides régulateurs chez les singes. Le taux de la mélatonine est monté à un dosage normal après l'administration de la préparation de peptides sur de vieux singes, a été parmi nos résultats importants.

Fig. 21. Le résultat de peptides sur la production de la mélatonine chez des singes d'âge différent.

Les mêmes vieux singes ont révélé une restauration des indices normaux du rythme quotidien de la sécrétion de l'hormone principale de la glande surrénale – le cortisol (Fig 22.).

Fig. 22. Le résultat des peptides sur la production de cortisol chez les singes d'âge différent (le matin et le soir).

Prenant en considération les données encourageantes témoignant de la haute activité géron-protectrice des deux préparations de tissus peptidiques naturels spécifiques et synthétiques, nous avons concentré notre attention sur des études de l'activité géroprotectice des peptides chez les personnes âgées et séniles ces dernières années [42, 57, 71, 72, 73, 74, 75, 76]. Ainsi au cours de traitement annuel avec du thymus et des préparatifs de pinéale nous a conduit à une diminution fiable de la mortalité (tableau 2), grâce à l'amélioration des fonctions cérébrales, immunitaires, endocriniennes, du systèmes cardio-vasculaire, et de l'augmentation de la densité des tissus osseux (Fig. 23, 24) [42, 57, 71, 72]. Il est à noter que l'application de la préparation du thymus a conduit à une diminution de deux fois la fréquence des maladies respiratoires aiguës (Fig. 25) [57]. La restauration du niveau de la sécrétion de la mélatonine chez les patients soumis à l'administration de la préparation de la glande pinéale est d'une importance particulière (Fig. 26) [71, 71]. Ces résultats suggèrent de bonnes perspectives pour aborder les questions démographiques (Russie)[77].

Tableau 2 : Effet de la préparation des peptides sur le taux de mortalité chez les patients âgés et très âgés

Fig. 23. Résultat de la préparation du thymus sur le métabolisme des patients âgés (60-74 ans) .

Fig. 24. Dynamique de la réaction de haute-transformation des lymphocytes ayant un indice de phytohémagglutinine chez les patients âgés de 3 ans après 6 périodes de préparations peptidiques.

Fig. 25. ARD incidence chez les personnes âgées et très âgées traitées avec la préparation du thymus.

Fig. 26. Effet de la préparation de glande pinéale sur le niveau de la mélatonine chez les personnes âgées.

Conclusion

Les mécanismes de l'étude du vieillissement ont démontré que l'involution des principaux organes et tissus de l'organisme, accompagnée d'une diminution de la synthèse des protéines dans les cellules est à la base du processus de vieillissement.

Les peptides isolés à partir de préparations d'organes de jeunes animaux lorsqu'ils sont introduits dans un ancien organisme sont capables d'initier la synthèse de la protéine, suivie par une restauration des fonctions principales.

Il a été enregistrée que l'application à long terme de peptides, à la fois isolés des organes et synthétisés à partir d'acides aminés comme traitement chez les animaux ( à partir de la deuxième moitié de leur vie) conduit à une augmentation fiable de leur durée de vie moyenne de 20 à  40% afin d'atteindre leur limite spécifique.

Il a été révélé que de petits peptides (di-, tri- et tétrapeptides) sont capables d'une interaction complémentaire avec le site de liaison spécifique de l'ADN sur le segment promoteur de gènes, ce qui induit la disjonction des doubles brins de l'hélice, et ,l'activation de l'ARN polymérase. La découverte du phénomène de l'activation du peptide dans la transcription du gène rappelle le mécanisme naturel de l'organisme pour maintenir les fonctions physiologiques, qui est basée sur l'interaction de l'ADN complémentaire et des peptides régulateurs. Ce processus est fondamental pour le développement et le fonctionnement de la substance vivante (Fig. 27, 28), tandis que le vieillissement est un processus biologique déterminant l'évolution des changements liés à l'âge dans la structure et l'expression génétique.

L’application de peptides biorégulateurs chez l'homme à des fins préventives a conduit à une réhabilitation importante des principales fonctions physiologiques ,et, une diminution de la mortalité fiable dans différents groupes d'âge pendant une période de 6 à 12 ans.

Fig. 27. Le rôle des peptides dans le cycle de l'ADN, de l'ARN et de la biosynthèse des protéines,

Fig. 28. Mécanisme de régulation des peptides dans l'élaboration de la matière vivante.

Il convient de souligner que cette approche de la prévention du vieillissement repose non seulement sur des données expérimentales et cliniques, mais aussi sur des développements de nouvelles technologies au niveau mondial [78, 79, 80, 81, 82].

L'auteur et son groupe estiment que l'ensemble des recherches complexes sur 35 ans d' études expérimentales et cliniques, peut servir à une contribution essentielle pour l'avancement du patrimoine scientifique et de l'éminent scientifique russe I.I. Mechnikov dans le domaine de la gérontologie. Ces recherches sont à l'avantage des personnes, et particulièrement pour les personnes âgées et très âgées.

Remerciements

The author expresses his sincere gratitude to: Academicians of the Russian Academy of Sciences and of the Russian Academy of Medical Sciences A.I. Grigoriev, M.A. Paltsev, R.V. Petrov; Academicians of the Russian Academy of Sciences V.T. Ivanov, S.G. Inge Vechtomov, A.D. Nozdrachev; Academicians of the Russian Academy of Medical Sciences V.G. Artamonova, I.P. Ashmarin, N.P. Bochkov, F.I. Komarov, E.A. Korneva, B.A. Lapin, G.A. Sofronov, K.V. Sudakov, B.I. Tkachenko, V.A. Tutelyan, Academicians of the Academy of Medical Sciences of Ukraine O.V. Korkushko and G.M. Butenko, Associate Members of the Russian Academy of Sciences D.P. Dvoretskiy, Associate Members of the Russian Academy of Medical Sciences G.M. Yakovlev, Professors V.N. Anisimov, A.V. Arutjunian, B.I. Kuznik, L.K. Shataeva, researchers of the Saint Petersburg Institute of Bioregulation and Gerontology of the North-Western Branch of the Russian Academy of Medical Sciences Professors I.M. Kvetnoy, V.V. Malinin, V.G. Morozov, G.A. Ryzhak, distinguished doctor of the Russian Federation L.V. Kozlov, doctors E.I. Grigoriev Ph.D., S.V. Anisimov Ph.D., I.E. Bondarev Ph.D., O.N. Mikhailova Ph.D., A.A. Chernova, and foreign colleagues Professors T.A. Lezhava (Georgia), A.I. Yashin (USA), J. Atzpodien (Germany), K.R. Boheler (USA), C. Franceschi (Italy), E. Lakatta (USA), J. Martinez (France), M. Passeri (Italy) for their significant contribution into our research work. 

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