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Métallothionéines

Les métallothionéines sont un groupe de protéines de bas poids moléculaire (6.5 kDa) localisées dans le cytoplasme des cellules, notamment dans le foie, les reins et l’intestin. Elles ont un contenu élevé en cystéine et peuvent former des liaisons avec des ions métalliques tels que le Zn, Cu, Ca, Hg grâce aux groupements SH des Cystéines.

Classification des métallothionéines

Les métallothionéines sont classées selon l’alignement des séquences Cys-Cys, Cys-x-Cys et Cys-x-y-Cys d’où x, y représentent des acides aminés autres que la cystéine.

On distingue trois classes différentes :

Classe I : Le positionnement des cystéines et très proche de celui chez les MTs du cortex rénal du cheval (homme)

Classe II : le positionnement est différent (levure)

Classe III : organisation en motifs répétés ayant pour structure (Glu-Cys)n – Gly où n varie de 2-10.

Fonctions des métallothionéines

Régulation de la concertation intracellulaire de certains métaux essentiels (Cu, Zn) par :

  • Séquestration : afin d’éviter leur circulation à l’état libre dans les tissus ou bien leur fixation sur d’autres protéines vitales.
  • Libération : pour l’approvisionnement des processus métaboliques (activation)

Les métallothionéines sont considérées comme des antioxydants grâce à leur richesse en fonctions sulfhydriles.

Mes métallothionéines protègent les cellules contre les agressions des ions métalliques (rôle de détoxication par captage des métaux en excès d’origine exogène.)

 

MTs comme biomarqueurs d’exposition aux métaux

Caractéristiques

De point de vue biochimique : les MTs sont de petites protéines de 60-70 acides aminés de faible poids moléculaire (6.5 kDa) capables de fixer jusqu’à 7 ions métalliques grâce aux groupements SH de la cystéine ces ions sont principalement : {Cd, Zn, Cu, Ag, Hg}.   . Une forte teneur en Cystéines pouvant aller jusqu’à 30%, absence d’acides aminés aromatiques ainsi que l’histidine et de ponts disulfures. Leur thermostabilité leur offre une résistance à la coagulation thermique et à la précipitation acide.

La demi-vie biologique des MTs varie en fonction de la nature du métal associé. Exemple : la demi-vie du complexe Cd-Thionéine est relativement beaucoup plus longue que celle du Zn- Thionéine.

La structure tertiaire formée de deux domaines globulaires liés par les acides aminés 30-31 contient :

  • Un domaine a (C terminal) fixe 4 ions sur 11 cystéines (Zn ou Cd)
  • Un domaine b (N terminal) fixe 3 ions sur 9 cystéines (Cu ou Ag)

De point de vue physique : les MTs sont chargées (-) au pH avoisinant 7.5 et 9.5. L’abaissement du pH entraine une libération des métaux fixés.

La liaison SH-métal rend le complexe MT selon l’ion métallique associé spécifiquement absorbant à des longueurs d’onde de 230 nm (Zn) 250 nm (Cd)

Quantification

Chromatographie

Séparation des MTs et d’autres composés présents dans les homogénats tissulaires. La caractérisation des MTs est basée sur leurs propriétés physicochimiques ou celles des métaux associés. Une très faible absorbance à 280 nm, significative aux longueurs d’ondes caractéristiques des liaisons métal-cystéine (Zn-SH : 225 nm ; Cd-SH : 250 nm ; Cu-SH :275 nm ; Hg-SH : 310 nm)

Substitution de métaux

Le principe est basé sur la différence d’affinité des métaux pour l’apoprotéine (partie protéique d’une molécule qui comporte une partie non protéique) : Hg>Ag>Cu>Cd>Zn. Après saturation des sites de fixations des MTs ces dernières seront quantifiées par SAA ou par mesure de la radioactivité de l’isotope marqué.

Polarographie

Par mesure du changement de l’intensité du courant électrique occasionné par la réduction de l’hydrogène des SH.

Méthodes immunologiques

RIA & ELISA : on utilise des Ac polyclonaux susceptibles de réagir avec les MTs de l’espèce étudiée. Méthodes sensibles mais leur application est délicate.

Quantification des ARN

(amplification génétique PCR et dérivées)

Analyse directe des MTs par spectrophotométrie de masse à source ION-SPRAY (IS-MS)

Détermine avec précision le nombre d’atome de Cd incorporés dans une molécule de MT selon le pH.

HPLC en phase inverse

Cd7-MT avec détection IS-MS

Electrophorèse capillaire de zone

Permet la séparation des différentes isoformes de la MT.

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