Many mutations in superoxide dismutase 1 (SOD1) cause destabilization and misfolding of the protein and are implicated in amyotrophic lateral sclerosis. Likewise, a few post-translational modifications (PTMs) on SOD1 have been shown to cause the same phenotype. However, relatively few PTMs on SOD1 have been studied in depth and, in particular, very few studies have demonstrated how these PTMs affect SOD1's various biological roles. SOD1 is traditionally known for its role in reactive oxygen species (ROS)-scavenging but has also been found to have a few other biological roles, including transcription factor activity to promote genomic stability, preservation of cytoskeletal activity, maintaining zinc and copper homeostasis, and suppressing respiration. We have used the computational analysis tool, SAPH-ire, to find PTM 'hotspots' on SOD1 that have a high likelihood of affecting its biological functions. Interestingly, the top seven ranked PTM 'hotspots' were found in a small region of SOD1, between S98-K128. We focused our studies on one of the PTM 'hotspots' found in this region, lysine-122 (K122). K122 is found in the electrostatic loop of SOD1, a loop that is important for shuttling in superoxide radicals to be neutralized. According to our data, and other studies, this lysine is both succinylated and acetylated. We found that acetyl and succinyl-mimetics (K122Q and K122E, respectively) of this site do not affect its ROS scavenging activity but do prevent SOD1 from suppressing respiration and decrease its localization to the mitochondria. Further, when cells are depleted of SIRT5 (the desuccinylase for K122), SOD1 can no longer suppress respiration. Additionally, we found that SOD1 appears to suppress respiration at complex I, whether directly or through an indirect pathway is unknown. When HCT116 colon cancer cells were depleted of endogenous SOD1, the overexpressed succinyl K122-mimetic (K122E) could not recover growth as well as overexpressed WT SOD1. The K122E SOD1 expressing cells also exhibited increased mitochondrial ROS and unhealthier mitochondria. We propose a mechanism whereby SOD1 suppression of respiration acts as an additional regulator of oxidative stress: SOD1 suppresses the electron transport chain to decrease reactive oxygen species leakage and to promote healthier mitochondria and growth.

Dans le domaine pharmaceutique, la voie orale demeure la voie d’administration de prédilection, car plus simple et mieux acceptée par les patients. Cependant, ce mode d’administration pose problème pour de nombreux principes actifs (PA) présentant une faible solubilité, une faible perméabilité et/ou une instabilité dans l’environnement gastro-intestinal. Leur micro-encapsulation dans des matrices polymériques peut permettre d’y répondre, notamment si les microparticules générées résistent aux environnements rencontrés lors du tractus gastro-intestinal et jouent alors un rôle protecteur, tant pour le principe actif que pour les muqueuses rencontrées. La recherche de nouveaux excipients, issus des agro-ressources tels que les polymères naturels, est en plein essor. Les protéines végétales, grâce à leurs propriétés fonctionnelles telles qu’une bonne solubilité, une viscosité relativement basse, et des propriétés émulsifiantes et filmogènes, représentent des candidats privilégiés. De plus, la grande diversité de leurs groupements fonctionnels permet d’envisager des modifications chimiques ou enzymatiques variées. L’objectif de ce travail était d’étudier l’intérêt de la protéine de soja en tant que matériau enrobant de principes actifs pharmaceutiques destinés à la voie orale, et plus particulièrement en tant que candidat pour l’élaboration de formes gastro-résistantes. Un isolat protéique de soja (SPI) été utilisé comme matière enrobante et l’atomisation comme procédé. L’ibuprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien, a été choisi comme molécule modèle du fait de sa faible solubilité nécessitant une amélioration de sa biodisponibilité, et de ses effets indésirables gastriques nécessitant une mise en forme entérique. Deux modifications chimiques des protéines (l’acylation et la succinylation) ont été étudiées dans le but de modifier la solubilité de la protéine de soja. Ces modifications ont été effectuées dans le respect des principes de la Chimie Verte, notamment en absence de solvant organique. Les microcapsules obtenues par atomisation ont été caractérisées en termes de taux et efficacité d'encapsulation, morphologie et distribution de tailles des particules, état physique du PA encapsulé et capacité de libération en milieu gastrique et intestinal simulé. Les résultats obtenus ont permis de valider l’intérêt des modifications chimiques de la protéine de soja pour moduler les cinétiques de libération d’actif. Les modifications chimiques sont apparues particulièrement adaptées pour l’encapsulation de principes actifs hydrophobes, et ont permis de l’obtention de cinétiques de libération d’ibuprofène ralenties à pH acide (gastrique). La dernière partie de ce travail a permis de valider cette dernière hypothèse par la réalisation de formes gastro-résistantes sur le modèle des comprimés MUPS (multiple unit pellet system). Les résultats de ce travail exploratoire démontrent que les protéines de soja, associées à un procédé de mise en forme multi-particulaire couplé à de la compression directe, peuvent constituer une alternative biosourcée, respectueuse de l’environnement (manipulation en solvant aqueux, temps de séchage et étapes de compression réduits) et sûre à l’enrobage utilisé dans les formes gastro-résistantes traditionnelles.

Dans le domaine pharmaceutique, la voie orale demeure la voie d’administration de prédilection, car plus simple et mieux acceptée par les patients. Cependant, ce mode d’administration pose problème pour de nombreux principes actifs (PA) présentant une faible solubilité, une faible perméabilité et/ou une instabilité dans l’environnement gastro-intestinal. Leur micro-encapsulation dans des matrices polymériques peut permettre d’y répondre, notamment si les microparticules générées résistent aux environnements rencontrés lors du tractus gastro-intestinal et jouent alors un rôle protecteur, tant pour le principe actif que pour les muqueuses rencontrées. La recherche de nouveaux excipients, issus des agro-ressources tels que les polymères naturels, est en plein essor. Les protéines végétales, grâce à leurs propriétés fonctionnelles telles qu’une bonne solubilité, une viscosité relativement basse, et des propriétés émulsifiantes et filmogènes, représentent des candidats privilégiés. De plus, la grande diversité de leurs groupements fonctionnels permet d’envisager des modifications chimiques ou enzymatiques variées. L’objectif de ce travail était d’étudier l’intérêt de la protéine de soja en tant que matériau enrobant de principes actifs pharmaceutiques destinés à la voie orale, et plus particulièrement en tant que candidat pour l’élaboration de formes gastro-résistantes. Un isolat protéique de soja (SPI) été utilisé comme matière enrobante et l’atomisation comme procédé. L’ibuprofène, anti-inflammatoire non stéroïdien, a été choisi comme molécule modèle du fait de sa faible solubilité nécessitant une amélioration de sa biodisponibilité, et de ses effets indésirables gastriques nécessitant une mise en forme entérique. Deux modifications chimiques des protéines (l’acylation et la succinylation) ont été étudiées dans le but de modifier la solubilité de la protéine de soja. Ces modifications ont été effectuées dans le respect des principes de la Chimie Verte, notamment en absence de solvant organique. Les microcapsules obtenues par atomisation ont été caractérisées en termes de taux et efficacité d'encapsulation, morphologie et distribution de tailles des particules, état physique du PA encapsulé et capacité de libération en milieu gastrique et intestinal simulé. Les résultats obtenus ont permis de valider l’intérêt des modifications chimiques de la protéine de soja pour moduler les cinétiques de libération d’actif. Les modifications chimiques sont apparues particulièrement adaptées pour l’encapsulation de principes actifs hydrophobes, et ont permis de l’obtention de cinétiques de libération d’ibuprofène ralenties à pH acide (gastrique). La dernière partie de ce travail a permis de valider cette dernière hypothèse par la réalisation de formes gastro-résistantes sur le modèle des comprimés MUPS (multiple unit pellet system). Les résultats de ce travail exploratoire démontrent que les protéines de soja, associées à un procédé de mise en forme multi-particulaire couplé à de la compression directe, peuvent constituer une alternative biosourcée, respectueuse de l’environnement (manipulation en solvant aqueux, temps de séchage et étapes de compression réduits) et sûre à l’enrobage utilisé dans les formes gastro-résistantes traditionnelles. / In the pharmaceutical field, the oral route remains the preferred route of administration because it is simpler and better accepted by patients. However, this mode of administration is problematic for many active pharmaceutical ingredients (API) with low solubility, low permeability and/or instability in the gastrointestinal environment. Their microencapsulation in polymeric matrices can make them able to respond to these factors, especially if the microparticles generated resist the environments encountered during the gastrointestinal tract and then play a protective role, both for the API and for the mucous membranes encountered. The search for new excipients, from agroresources such as natural polymers, is booming. Vegetable proteins, thanks to their functional properties such as good solubility, relatively low viscosity, and emulsifying and film-forming properties, are preferred candidates. In addition, the great diversity of their functional groups makes it possible to envisage various chemical or enzymatic modifications. The aim of this work was to study the interest of soy protein as a coating material for API intended for the oral route, and more particularly as a candidate for the development of gastro-resistant forms. A soy protein isolate (SPI) was used as a coating material and the atomization as a process. Ibuprofen, a nonsteroidal anti-inflammatory drug, was chosen as a model molecule because of its low solubility requiring an improvement in its bioavailability, and its gastric side effects requiring an enteric shaping. Two chemical modifications of proteins (acylation and succinylation) have been studied in order to modify the solubility of the soy protein. These modifications were carried out in accordance with the principles of Green Chemistry, especially in the absence of organic solvent. The microcapsules obtained by spray-drying were characterized in terms of rate and encapsulation efficiency, morphology and size distribution of the particles, physical state of the encapsulated API and capacity of release in simulated gastric and intestinal medium. The results obtained validated the interest of the chemical modifications of the soy protein to modulate the release kinetics of API. The chemical modifications appeared particularly suitable for the encapsulation of hydrophobic active ingredients, and allowed to obtain ibuprofen release kinetics decreased to acidic pH (gastric). The last part of this work allowed to validate this last hypothesis by the realization of gastro-resistant forms on the model of MUPS tablets (multiple unit pellet system). The results of this exploratory work demonstrate that soy protein, combined with a multiparticle shaping process coupled with direct compression, can be a biosourced, environmentally friendly alternative (aqueous solvent handling, drying and compression steps reduced) and confident to the coating used in traditional gastroresistant forms.