Vieillissement de la Matrice Extracellulaire (MEC) · 2015. 9. 23. · Matrice extracellulaire ... Gunwar S and Hudson BG, in Extracellular Matrix. A practical approach, IRL Press,

Matrice Extracellulaire (MEC)et Vieillissement

JACOB Marie Paule, Unité de Recherche INSERM U698,

Hôpital Bichat, PARIS

[email protected]

JACOB MP – Janvier 2009

Matrice extracellulaire (MEC)

Collagènes

Protéoglycannes

Glycoprotéines de structure

Elastine


MEC - Aorte

Lames élastiques


MEC - Cartilage élastique


MEC - Peau


MEC - Cartilage


MEC - Os


Matrice extracellulaire (MEC)

Collagènes

Protéoglycannes

Glycoprotéines de structure

Elastine


Matrice extracellulaire - Aorte

Intima

Media

Adventitia

Cellules endothéliales

Cellules musculaires lisses

Fibres élastiques

Fibres de collagènesFibroblastes


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


Collagènes – Triple Hélice

Bateman et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 22.


Collagènes -Synthèse


Collagènes - Pontage

Bailey AJ, Mech Ageing Dev, 2001, 122, 735.


Collagènes - Pontage



Collagènes

Bateman et al, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 22.


MEC - Peau


MEC - Os



Protéoglycannes (PG) : protéines porteuses + glycosaminoglycannes (GAG)

Hyaluronane, CS, DS, KS, HS/HéparineAggrécanne, Versicanne, Biglycanne, Décorine, …

Propriétés : Hydratation, limite la diffusion+ crinopexie (TGF-β, FGF)


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


Protéoglycannes

Décorine(CS ou DS)

Biglycane(CS ou DS)

CD 44(AH receptor)

« PG Tandem Repeat »

Domaine central

Domaine transmembranaire


Glycosaminoglycannes

Ratcliffe A and Mow VC, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 234.


Glycosaminoglycannes


SO3-

CO2-

SO3-

CO2-


PG –Agrégats



MEC - Cartilage


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


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.



Elastine

Propriété :Elasticité


Fibres élastiques

Composant majeur des artères (40%) et des veines (15%)


Fibres élastiques

Elastine (90%) et glycoprotéines de structure microfibrillaires (Fibrillines 1 et 2, MAGP, …)

Kielty CM et al, J Cell Sci, 2002, 115, 2817.


Elastine et fibrillines

Parenchyme pulmonaire

Peau

Cartilage élastique

Ligament suspenseur du cristallin (fibrillines seules)


Aortede rat


Fibrilline –Elastine

Kielty CM et al, J Cell Sci, 2002, 115, 2817.


Syndrome de Marfan - Aorte

Depairon M et Lapière CM, dans Les maladies de la paroi artérielle, Flammarion, 1987, 483.


Syndrome de Marfan - Peau

Depairon M et Lapière CM, dans Les maladies de la paroi artérielle,Flammarion, 1987, 483.


Elastine-Synthèse

JACOB MP, M/S, 2003, 19, 395.


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*** ***


0123456

1j 6s 18s 2 ans

******


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

$$$*** ***


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.



Water content, %

63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 NS


296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 P < 0.01


2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 P < 0.002


46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 P < 0.01


36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 P < 0.001


0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 P < 0.01



Aorte de rat - Vieillissement




Ruderman NB et al, FASEB J, 1992, 6, 2905.






Water content, %

63.3 + 7.8 65.2 + 5.4 65.6 + 4.0 66.0 + 3.3 NS


296 + 30 305 + 39 328 + 55 348 + 55 P < 0.01


2.15 + 0.41 2.17 + 0.34 2.50 + 0.26 2.82 + 0.55 P < 0.002


46.5 + 3.9 49.5 + 4.3 51.7 + 5.5 53.7 + 5.6 P < 0.01


36 + 2 33 + 4 30 + 4 27 + 3 P < 0.001


0.31 + 0.14 0.31 + 0.1 0.25 + 0.10 0.37 + 0.22 P < 0.01



Remodelage de la MEC

PGGPS Collagènes ELASTINE,Fibrillines, ...

TropoélastineSYNTHESE

élastase leucocyte

MMPs

Pro-MMPs

α1-ATTIMPs

DEGRADATION


Protéolyse de la MEC

Inhibiteurs de protéases

Protéases


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


Régulation de l’activité des MMPs

MMPs

Pro-MMPs

TIMPs

Expression

Activation

Inhibition


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

http://hyper.ahajournals.org/content/vol36/issue1/images/large/hy0701347004.jpeg


Artères - Veines

Zymographie gélatine :Pro-MMP2

Feldman LJ et al, Circulation, 2001, 103, 3117


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


Leucocytes

Zymographie gélatine :Pro-MMP9

92 kDa

72 kDa

Fontaine V et al, Am. J. Pathol., 2002, 161, 1701-1710


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.


Aorte de rat - Vieillissement6 month-old

30 month-old

Li Z, …, Lakatta EG.Hypertension, 1999, 33, 116.





Aorte de rat –Vieillissement

Li Z, …, Lakatta EG.Hypertension, 1999, 33, 116.



Athérosclérose

Wight TN, in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 175.


Aorte humaine - Athérosclérose

Leclercq A et al, Atherosclerosis, 2006 May 17.


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


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


Glomérule rénal

Comper WD et al,in Extracellular Matrix, Harwood academic publishers, 1996, 410.






Gunwar S and Hudson BG, in Extracellular Matrix. A practical approach, IRL Press, Oxford, 1995, 99.



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)



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.




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)





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





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)



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


Médecine/Sciences –Mars 2006« Le vieillissement »

Éditions EDK33, rue Bezout75014 Paris, Francetél: 01 53 91 06 06fax: 01 53 91 06 07mail: [email protected]

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