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Matrice Extracellulaire (MEC) et Vieillissement
Matrice Extracellulaire (MEC) et Vieillissement JACOB Marie Paule, Unité de Recherche INSERM U698, Hôpital Bichat, PARIS [email protected] JACOB MP – Janvier 2011 JACOB MP – Janvier 2011 Matrice extracellulaire (MEC) et vieillissement : résumé Les macromolécules de la MEC sont : les collagènes, les protéoglycannes, les glycoprotéines de structure et l’élastine. Le renouvellement des molécules de la MEC, collagènes et élastine en particulier, est très lent. Les molécules de la MEC s’altèrent avec l’âge (formation des AGEs, fixation de lipides et calcium, …) JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Aorte Lames élastiques JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Cartilage élastique JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Peau JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Cartilage JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Os JACOB MP – Janvier 2011 Matrice extracellulaire (MEC) Collagènes Protéoglycannes Glycoprotéines de structure Elastine JACOB MP – Janvier 2011 Matrice extracellulaire - Aorte Cellules endothéliales Intima FN FN PG PG FN FN FN FN PG FN PG Média PG FN FN PG PG FN FN PG FN FN FN PG Fibres élastiques (lames élastiques) FN PG FN Adventice FN PG Cellules musculaires lisses FN PG PG FN FN PG Fibres de collagènes Fibroblastes JACOB MP – Janvier 2011 Matrice extracellulaire Collagènes : 27 types de collagène Collagènes fibrillaires (ex : 2 chaînes α1(I) + 1 chaîne α2(I) => Triple hélice => fibrilles => fibres) Collagènes non fibrillaires (FACITS) Propriété : Résistance mécanique JACOB MP – Janvier 2011 Collagènes – Triple Hélice Bateman et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 22. JACOB MP – Janvier 2011 Collagènes -Synthèse JACOB MP – Janvier 2011 Collagènes - Pontage Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735. JACOB MP – Janvier 2011 Collagènes - Pontage Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735. JACOB MP – Janvier 2011 Collagènes Bateman et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 22. JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Peau JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Os JACOB MP – Janvier 2011 Matrice extracellulaire Protéoglycannes (PG) : protéines porteuses + glycosaminoglycannes (GAG) Hyaluronane, CS, DS, KS, HS/Héparine Aggrécanne, Versicanne, Biglycanne, Décorine, … Propriétés : Hydratation, limite la diffusion + crinopexie (TGF-β, FGF) JACOB MP – Janvier 2011 Protéoglycannes G1(liaison AH) G2 G3 Aggrécanne (CS, KS) Versicanne (CS/DS) Boucle de type Ig Domaine de type EGF « PG Tandem Repeat » Domaine lectine Domaine interglobulaire Domaine de type « Complement Regulatory Protein » Domaine central JACOB MP – Janvier 2011 Protéoglycannes CD 44 (AH receptor) Décorine (CS ou DS) Biglycane (CS ou DS) « PG Tandem Repeat » Domaine transmembranaire Domaine central JACOB MP – Janvier 2011 Glycosaminoglycannes Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234. JACOB MP – Janvier 2011 Glycosaminoglycannes SO3CO2- SO3- CO2- Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234. JACOB MP – Janvier 2011 PG – Agrégats Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234. JACOB MP – Janvier 2011 MEC - Cartilage JACOB MP – Janvier 2011 Matrice extracellulaire Glycoprotéines de structure (GPS) : Fibronectines (2 x 220 kDa) Laminines (400 kDa, 215 kDa, 185 kDa) Entactine/nidogène (150 kDa) Tenascines Trombospondines (3 x 145 kDa) Propriété : Interactions cellules-MEC JACOB MP – Janvier 2011 Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410. Membrane basale glomérulaire Gunwar S and Hudson BG, in Extracellular Matrix. A practical approach, IRL Press, Oxford, 99. 2011 JACOB MP –1995, Janvier Matrice extracellulaire Elastine Propriété :Elasticité JACOB MP – Janvier 2011 Fibres élastiques Composant majeur des artères (40%) et des veines (15%) JACOB MP – Janvier 2011 Fibres élastiques Kielty CM et al, J Cell Sci, 2002, 115, 2817. Elastine (90%) et glycoprotéines de structure microfibrillaires (Fibrillines 1 et 2, MAGP, …) JACOB MP – Janvier 2011 Elastine et fibrillines Parenchyme pulmonaire Peau Cartilage élastique Ligament suspenseur du cristallin (fibrillines seules) JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat JACOB MP – Janvier 2011 Fibrilline – Elastine Kielty CM et al, J Cell Sci, 2002, 115, 2817. JACOB MP – Janvier 2011 Syndrome de Marfan - Aorte Depairon M et Lapière CM, dans Les maladies de la paroi artérielle, Flammarion, 1987, 483. JACOB MP – Janvier 2011 Syndrome de Marfan - Peau Depairon M et Lapière CM, dans Les maladies de la paroi artérielle, Flammarion, 1987, 483. JACOB MP – Janvier 2011 ElastineSynthèse JACOB MP, M/S, 2003, 19, 395. JACOB MP – Janvier 2011 Tropoélastine 25 $$$ Collagène de type 1 6 5 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 20 4 15 10 3 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 2 5 0 Synthèse MEC- Aorte rat LOU *** *** The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 0 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the 1j 6s 18s 2 ans Fibrilline-1 1 $$$ 6s 18s 2 ans 2 0.8 1.5 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. *** 1 *** The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 0.4 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 0.5 0.2 0 1j *** Fibrilline-2 The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again. 0.6 *** 1 1j 6s 0 18s 2 ans $$$ 1j 6s *** *** 18s 2 ans Fibuline-5 1.2 0.8 $$$ 0.4 0 1j $$$ $$$ 6s 18s 2 ans JACOB MP – Janvier 2011 Anévrisme Vieillissement- Hypertension Athérosclérose Monocyte FN lipides LDL lipides lipides PG-LDL FN FN PG Ca Ca Ca FN Ca Macrophage FN PG Ca Ca PG PG Ca Ca FN Ca PG Ca FN Ca FN Ca Ca Ca Ca FN FN PG Ca Ca FN Ca Ca Ca PG PG Ca Ca Ca Ca FN FN PG Ca Ca FN FN FN Ca FN FN Ca FN Ca lipides FN PG PG Ca Ca FN FN FN Ca lipides FN FN PG PG PG PG PG Ca FN PG FN Ca Ca FN FN PG FN FN Ca FN Ca lipides Ca lipides PG PG PG Ca Ca Ca FN FN Ca Ca FN lipides FN lipides FN FN FN PG FN FN FN Ca FN Ca lipides FN PG PG Fibrine Ca FN FN Ca FN Ca PG Ca Ca Ca Ca Ca Ca JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement 6 months 12 months 24 months 63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 SDS-soluble proteins, ng/mg dry weight 296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 Calcium bound to soluble proteins, ng/mg 2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 Elastin, % dry weight 36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 Calcium bound to elastin, ng/mg 0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 Water content, % Collagen, % dry weight Michel JB et al, Am J Physiol, 1994, 267, R124. 30 months ANOVA NS P < 0.01 P < 0.002 P < 0.01 P < 0.001 P < 0.01 JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement 6 months 12 months 24 months 63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 SDS-soluble proteins, ng/mg dry weight 296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 Calcium bound to soluble proteins, ng/mg 2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 Collagen, % dry weight 46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 Water content, % Elastin, % dry weight Calcium bound to elastin, ng/mg 30 months ANOVA 36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 Michel JB et al, Am J Physiol, 1994, 267, R124. NS P < 0.01 P < 0.002 P < 0.01 P < 0.001 P < 0.01 JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735. JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement Ruderman NB et al, FASEB J, 1992, 6, 2905. JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735. JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement 6 months 12 months 24 months 63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 SDS-soluble proteins, ng/mg dry weight 296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 Calcium bound to soluble proteins, ng/mg 2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 Collagen, % dry weight 46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 Elastin, % dry weight 36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 Water content, % Calcium bound to elastin, ng/mg Michel JB et al, Am J Physiol, 1994, 267, R124. 30 months ANOVA NS P < 0.01 P < 0.002 P < 0.01 P < 0.001 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 P < 0.01 JACOB MP – Janvier 2011 Pression artérielle et vieillissement JACOB MP – Janvier 2011 Pathologies et vieillissement Hypertension Diabète Urémie Athérosclérose Anévrisme JACOB MP – Janvier 2011 Anévrisme Vieillissement- Hypertension Athérosclérose Monocyte FN lipides LDL lipides lipides PG-LDL FN FN PG Ca Ca Ca FN Ca Macrophage FN PG Ca Ca PG PG Ca Ca FN Ca PG Ca FN Ca FN Ca Ca Ca Ca FN FN PG Ca Ca FN Ca Ca Ca PG PG Ca Ca Ca Ca FN FN PG Ca Ca FN FN FN Ca FN FN Ca FN Ca lipides FN PG PG Ca Ca FN FN FN Ca lipides FN FN PG PG PG PG PG Ca FN PG FN Ca Ca FN FN PG FN FN Ca FN Ca lipides Ca lipides PG PG PG Ca Ca Ca FN FN Ca Ca FN lipides FN lipides FN FN FN PG FN FN FN Ca FN Ca lipides FN PG PG Fibrine Ca FN FN Ca FN Ca PG Ca Ca Ca Ca Ca Ca JACOB MP – Janvier 2011 Remodelage de la MEC SYNTHESE GPS Tropoélastine Collagènes TIMPs DEGRADATION PG ELASTINE, Fibrillines, ... MMPs Pro-MMPs élastase leucocyte α1-AT JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat - Vieillissement 6 month-old 30 month-old Li Z, …, Lakatta EG. Hypertension, 1999, 33, 116. JACOB MP – Janvier 2011 Aorte de rat – Vieillissement Li Z, …, Lakatta EG. Hypertension, 1999, 33, 116. JACOB MP – Janvier 2011 Athérosclérose Wight TN, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 175. JACOB MP – Janvier 2011 Aorte humaine - Athérosclérose Leclercq A et al, Atherosclerosis, 2007, 191, 1. JACOB MP – Janvier 2011 Aorte humaine - Athérosclérose Aorte normale 1.3% de lipides Plaques d’athérome 37.4 % de lipides (stade III) dont 60-70% sont des esters de cholestérol 62.6 % de protéines dont 25% ne sont pas solubilisables par l’élastase 10% protéines, 3% lipides, 65% calcium JACOB MP – Janvier 2011 Protéases dans différents organes Hu J et al, Nature Rev Drug Discovery, 2007, 6, 480. JACOB MP – Janvier 2011 Protéases dans différents organes Hu J et al, Nature Rev Drug Discovery, 2007, 6, 480. JACOB MP – Janvier 2011 Glomérule rénal Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410. JACOB MP – Janvier 2011 Membrane basale glomérulaire Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410. JACOB MP – Janvier 2011 Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410. Membrane basale glomérulaire Gunwar S and Hudson BG, in Extracellular Matrix. A practical approach, IRL Press, Oxford, 99. 2011 JACOB MP –1995, Janvier Membrane basale glomérulaire - Vieillissement Macromolécules de la MBG : Collagène de type IV Laminine Nidogène/entactine PS-HS (Perlécanne) Avec l’âge, pas de modifications dans l’aspect général du rein mais épaississement de la MBG (// diabète) JACOB MP – Janvier 2011 Membrane basale glomérulaire - Vieillissement Poids corporel, poids des reins, poids de la MBG (rats WAG/Rij, femelles) 3 mois 10 mois 20 mois 30 mois Poids corporel, g 169 + 4.8 199 + 4.6* 221 + 4.3* 193 + 7.9* Poids des reins, g 1.25 + 0.01 1.33 + 0.03 1.53 + 0.06* 1.90 + 0.11* Poids MBG, mg/ g poids frais cortex rénal 1.60 + 0.08 2.32 + 0.22 4.90 + 0.19* 6.55 + 0.48* Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955. JACOB MP – Janvier 2011 Membrane basale glomérulaire - Vieillissement Epaisseur de la MBG, densité des sites anioniques (PEI) (rats WAG/Rij, femelles) 3 mois 10 mois 20 mois 30 mois 201 + 2.9 282 + 9.1* 453 + 19.6* 540 + 19.2* Nombre de granules par unité de longeur, /µm 47.7 + 1.7 61.1 + 2.5* 97.1 + 5.3* 87.3 + 3.6* Nombre de granules par unité de surface, /µm2 237 + 8.0 216.5 + 6.5* 213.7 + 7.9* 161.6 + 6.8* Epaisseur de la MBG, nm Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955. JACOB MP – Janvier 2011 Membrane basale glomérulaire - Vieillissement Composition de la membrane basale glomérulaire 3 mois 10 mois 20 mois 30 mois OH-Pro (µg/mg protéines) 71.3 + 6.1 86.5 + 4.7 92.0 + 6.2* 90.7 + 3.4* Acides uroniques (µg/mg protéines) 9.9 + 0.6 6.9 + 0.5 5.4 + 1.0* 5.4 + 0.5* Sulfates (µg/mg protéines) 10.8 + 1.0 11.8 + 0.7 12.2 + 0.9 10.3 + 1.1 OH-Pro/ Acides uroniques 9.1 + 0.7 12.8 + 1.0* 18.9 + 2.6* 17.2 + 1.0* Sulfates/Acides uroniques 1.5 + 0.2 1.8 + 0.1 2.4 + 0.6 1.9 + 0.2 Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955. JACOB MP – Janvier 2011 Membrane basale glomérulaire - Vieillissement Protéinurie (mg/24h/100g poids corporel) 3 mois 10 mois 20 mois 30 mois Rat nourri 1.33 + 0.13 1.30 + 0.07 1.45 + 0.11 2.40 + 0.27** Rat à jeun 0.98 + 0.10 0.99 + 0.05 1.05 + 0.06 1.40 + 0.13** Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955. JACOB MP – Janvier 2011 Conclusions La fonctionnalité des tissus est déterminée par : Les quantités -relatives- des différents composants de la MEC (collagènes, GPS, PG, fibres élastiques), La qualité de chacun de ses composants, L’organisation tridimensionnelle de ses constituants. JACOB MP – Janvier 2011
