Matrice Extracellulaire (MEC) et Vieillissement JACOB Marie Paule, Unité de Recherche INSERM U698, Hôpital Bichat, PARIS [email protected]
Matrice Extracellulaire (MEC)et Vieillissement
JACOB Marie Paule, Unité de Recherche INSERM U698,
Hôpital Bichat, PARIS
JACOB MP – Janvier 2009
Matrice extracellulaire (MEC)
Collagènes
Protéoglycannes
Glycoprotéines de structure
Elastine
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Aorte
Lames élastiques
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Cartilage élastique
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Peau
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Cartilage
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Os
JACOB MP – Janvier 2009
Matrice extracellulaire (MEC)
Collagènes
Protéoglycannes
Glycoprotéines de structure
Elastine
JACOB MP – Janvier 2009
Matrice extracellulaire - Aorte
Intima
Media
Adventitia
Cellules endothéliales
Cellules musculaires lisses
Fibres élastiques
Fibres de collagènesFibroblastes
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Matrice extracellulaire
Collagènes : 27 types de collagèneCollagènes fibrillaires(ex : 2 chaînes α1(I) + 1 chaîne α2(I) =>Triple hélice => fibrilles => fibres)
Collagènes non fibrillaires (FACITS)
Propriété : Résistance mécanique
JACOB MP – Janvier 2009
Collagènes – Triple Hélice
Bateman et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 22.
JACOB MP – Janvier 2009
Collagènes -Synthèse
JACOB MP – Janvier 2009
Collagènes - Pontage
Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735.
JACOB MP – Janvier 2009
Collagènes - Pontage
Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735.
JACOB MP – Janvier 2009
Collagènes
Bateman et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 22.
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Peau
JACOB MP – Janvier 2009
MEC - Os
JACOB MP – Janvier 2009
Matrice extracellulaire
Protéoglycannes (PG) : protéines porteuses + glycosaminoglycannes (GAG)
Hyaluronane, CS, DS, KS, HS/HéparineAggrécanne, Versicanne, Biglycanne, Décorine, …
Propriétés : Hydratation, limite la diffusion+ crinopexie (TGF-β, FGF)
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Protéoglycannes
Aggrécanne(CS, KS)
Versicanne(CS/DS)
Domaine interglobulaire
Boucle de type Ig
« PG Tandem Repeat »
Domaine central
Domaine de type EGF
Domaine lectine
Domaine de type « Complement Regulatory Protein »
G1(liaison AH) G2 G3
JACOB MP – Janvier 2009
Protéoglycannes
Décorine(CS ou DS)
Biglycane(CS ou DS)
CD 44(AH receptor)
« PG Tandem Repeat »
Domaine central
Domaine transmembranaire
JACOB MP – Janvier 2009
Glycosaminoglycannes
Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234.
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Glycosaminoglycannes
Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234.
SO3-
CO2-
SO3-
CO2-
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PG –Agrégats
Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234.
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MEC - Cartilage
JACOB MP – Janvier 2009
Matrice extracellulaireGlycoprotéines de structure (GPS) :
Fibronectines (2 x 220 kDa)Laminines (400 kDa, 215 kDa, 185 kDa)Entactine/nidogène (150 kDa)TenascinesTrombospondines (3 x 145 kDa)
Propriété : Interactions cellules-MEC
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire
Gunwar S and Hudson BG, in Extracellular Matrix. A practical approach, IRL Press, Oxford, 1995, 99.
Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410.
JACOB MP – Janvier 2009
Matrice extracellulaire
Elastine
Propriété :Elasticité
JACOB MP – Janvier 2009
Fibres élastiques
Composant majeur des artères (40%) et des veines (15%)
JACOB MP – Janvier 2009
Fibres élastiques
Elastine (90%) et glycoprotéines de structure microfibrillaires (Fibrillines 1 et 2, MAGP, …)
Kielty CM et al, J Cell Sci, 2002, 115, 2817.
JACOB MP – Janvier 2009
Elastine et fibrillines
Parenchyme pulmonaire
Peau
Cartilage élastique
Ligament suspenseur du cristallin (fibrillines seules)
JACOB MP – Janvier 2009
Aortede rat
JACOB MP – Janvier 2009
Fibrilline –Elastine
Kielty CM et al, J Cell Sci, 2002, 115, 2817.
JACOB MP – Janvier 2009
Syndrome de Marfan - Aorte
Depairon M et Lapière CM, dans Les maladies de la paroi artérielle, Flammarion, 1987, 483.
JACOB MP – Janvier 2009
Syndrome de Marfan - Peau
Depairon M et Lapière CM, dans Les maladies de la paroi artérielle,Flammarion, 1987, 483.
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Elastine-Synthèse
JACOB MP, M/S, 2003, 19, 395.
JACOB MP – Janvier 2009
Synthèse MEC- Aorterat LOU
0
0.4
0.8
1.2
1j 6s 18s 2 ans
Fibuline-5
$$$ $$$$$$
Tropoélastine
$$$
0
5
10
15
20
25
1j 6s 18s 2 ans*** ***
Collagène de type 1
0123456
1j 6s 18s 2 ans
******
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1j 6s 18s 2 ans
Fibrilline-1$$$
******
0
0.5
1
1.5
2
1j 6s 18s 2 ans
Fibrilline-2
$$$*** ***
0
0.4
0.8
1.2
1j 6s 18s 2 ans
Fibuline-5
$$$ $$$$$$
Tropoélastine
$$$
0
5
10
15
20
25
1j 6s 18s 2 ans*** ***
Tropoélastine
$$$
0
5
10
15
20
25
1j 6s 18s 2 ans*** ***0
5
10
15
20
25
1j 6s 18s 2 ans*** ***
Collagène de type 1
0123456
1j 6s 18s 2 ans
******
Collagène de type 1
0123456
1j 6s 18s 2 ans
******
0123456
1j 6s 18s 2 ans
******
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1j 6s 18s 2 ans
Fibrilline-1$$$
******
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1j 6s 18s 2 ans
Fibrilline-1$$$
******
0
0.5
1
1.5
2
1j 6s 18s 2 ans
Fibrilline-2
$$$*** ***0
0.5
1
1.5
2
1j 6s 18s 2 ans
Fibrilline-2
$$$*** ***
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat - Vieillissement6 months 12 months 24 months 30 months ANOVA
Water content, %
63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 NS
SDS-soluble proteins, ng/mg dry weight
296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 P < 0.01
Calcium bound to soluble proteins, ng/mg
2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 P < 0.002
Collagen, % dry weight
46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 P < 0.01
Elastin, % dry weight
36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 P < 0.001
Calcium bound to elastin, ng/mg
0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 P < 0.01
Michel JB et al, Am J Physiol, 1994, 267, R124.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat - Vieillissement6 months 12 months 24 months 30 months ANOVA
Water content, %
63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 NS
SDS-soluble proteins, ng/mg dry weight
296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 P < 0.01
Calcium bound to soluble proteins, ng/mg
2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 P < 0.002
Collagen, % dry weight
46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 P < 0.01
Elastin, % dry weight
36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 P < 0.001
Calcium bound to elastin, ng/mg
0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 P < 0.01
Michel JB et al, Am J Physiol, 1994, 267, R124.
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Aorte de rat - Vieillissement
Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat - Vieillissement
Ruderman NB et al, FASEB J, 1992, 6, 2905.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat - Vieillissement
Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat - Vieillissement6 months 12 months 24 months 30 months ANOVA
Water content, %
63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 NS
SDS-soluble proteins, ng/mg dry weight
296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 P < 0.01
Calcium bound to soluble proteins, ng/mg
2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 P < 0.002
Collagen, % dry weight
46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 P < 0.01
Elastin, % dry weight
36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 P < 0.001
Calcium bound to elastin, ng/mg
0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 P < 0.01
Michel JB et al, Am J Physiol, 1994, 267, R124.
JACOB MP – Janvier 2009
Remodelage de la MEC
PGGPS Collagènes ELASTINE,Fibrillines, ...
TropoélastineSYNTHESE
élastase leucocyte
MMPs
Pro-MMPs
α1-ATTIMPs
DEGRADATION
JACOB MP – Janvier 2009
Protéolyse de la MEC
Inhibiteurs de protéases
Protéases
JACOB MP – Janvier 2009
Métalloprotéinases matricielles (MMP) :Collagénases (MMP-1, -8, -13)Gélatinases (MMP-2, -9)Stromélysines (MMP-3, -10, -11)Matrilysine (MMP-7), Métalloélastase (MMP-12)MT-MMP (MMP-14, -15, -16, -17)
Sérine protéases : élastase leucocytaire, plasmine
Protéolyse de la MEC
JACOB MP – Janvier 2009
Régulation de l’activité des MMPs
MMPs
Pro-MMPs
TIMPs
Expression
Activation
Inhibition
JACOB MP – Janvier 2009
Technique
pMMP-9 (92 kDa)
pMMP-2 (72 kDa)
-
+
PM
-SDS, +Triton+ 19h, 37°C+ gélatine
-
+
PM
-SDS, +Triton+ 72h, 37°C
+gélatine+MMP-2
Zymographie :
Zymographie réverse
TIMP-1
TIMP-2
JACOB MP – Janvier 2009
Artères - Veines
Zymographie gélatine :Pro-MMP2
Feldman LJ et al, Circulation, 2001, 103, 3117
JACOB MP – Janvier 2009
Artères - VeinesMMP-1 : 12.62 ng/ml (5.42-21.20)*MMP-2 : 202.69 ng/ml (159.53-258.68)MMP-3 : 8.36 ng/ml (5.53-11.12)MMP-9 : 8.58 ng/ml (4.82-20.93)TIMP-1 : 335.39 ng/ml (257.40-512.55)TIMP-2 : 108.86 ng/ml (72.96-150.07)
* values are medians (interquartile ranges)(protein extract : 0.9 mg/ml)Loftus IM et al., Stroke, 2000, 31, 40
JACOB MP – Janvier 2009
Leucocytes
Zymographie gélatine :Pro-MMP9
92 kDa
72 kDa
Fontaine V et al, Am. J. Pathol., 2002, 161, 1701-1710
JACOB MP – Janvier 2009
Leucocytes
Quantité de MMP-9 dans
Cellules mononuclées 7.6 ± 1.4 ng/5.106
Neutrophiles 4073 ± 581 ng/5.106
Eosinophiles 2.5 ± 1.4 ng/5.106
Fujisawa T et al, Int Arch Allergy Immunol, 1999, 120 Suppl 1, 65.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat - Vieillissement6 month-old
30 month-old
Li Z, …, Lakatta EG.Hypertension, 1999, 33, 116.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte de rat –Vieillissement
Li Z, …, Lakatta EG.Hypertension, 1999, 33, 116.
JACOB MP – Janvier 2009
Athérosclérose
Wight TN, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 175.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte humaine - Athérosclérose
Leclercq A et al, Atherosclerosis, 2006 May 17.
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte humaine - AthéroscléroseAorte 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 protéinesdont 25% ne sont pas solubilisables par l’élastase 10% protéines, 3% lipides,
65% calcium
JACOB MP – Janvier 2009
Aorte humaine - AthéroscléroseDégradation de l’élastine :
Augmentation de l’activité élastasique dans la paroi artérielle
Fixation des lipides et du calcium sur l’élastine
Susceptibilité accrue de l’élastine aux élastases
JACOB MP – Janvier 2009
Glomérule rénal
Comper WD et al,in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410.
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire
Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410.
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire
Gunwar S and Hudson BG, in Extracellular Matrix. A practical approach, IRL Press, Oxford, 1995, 99.
Comper WD et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410.
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire - Vieillissement
Macromolécules de la MBG :Collagène de type IVLaminineNidogène/entactinePS-HS (Perlécanne)
Avec l’âge, pas de modifications dans l’aspect général du rein mais épaississement de la MBG (// diabète)
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire - Vieillissement
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*
Poids corporel, poids des reins, poids de la MBG (rats WAG/Rij, femelles)
Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955.
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire - Vieillissement
3 mois 10 mois 20 mois 30 mois
Epaisseur de la MBG, nm
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, densité des sites anioniques (PEI) (rats WAG/Rij, femelles)
Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955.
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire - Vieillissement
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
Composition de la membrane basale glomérulaire
Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955.
JACOB MP – Janvier 2009
Membrane basale glomérulaire - Vieillissement
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**
Protéinurie (mg/24h/100g poids corporel)
Schaeverbeke J, J Soc Biol, 1995, 189, 955.
JACOB MP – Janvier 2009
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 composantsL’organisation tridimensionnelle de ses constituants
JACOB MP – Janvier 2009
Médecine/Sciences –Mars 2006« Le vieillissement »
Éditions EDK33, rue Bezout75014 Paris, Francetél: 01 53 91 06 06fax: 01 53 91 06 07mail: [email protected]