Les produits de glycation avançée en
pathologie humaine
Professeur Jean-Luc Wautier
Université Paris 7 Denis Diderot, faculté de médecine Lariboisière Saint Louis, Paris
Académie nationale de Pharmacie, 22 Janvier 2014, Paris
Advanced glycation end products (AGE)
Produits de glycation, glycotoxines
A l’Académie des sciences le 23 Décembre 1912 la communication de L.C. Maillard est
présentée par A. Gautier: « les substances (produits de glycation) sont d’un très haut
intérêt pour certains phénomènes naturels, pour le cycle de la matière organique à la
surface du globe, elles sont d’étude difficile ».
La réaction de Maillard survient dans le maltage, le touraillage du malt, est responsable
de la couleur brune de certains pains, du pain d’épice, des sirops colorants, des boissons
alcoolisées ou des sodas.
W
Les AGE résultent de la réaction de glycation, des protéines et lipoprotéines au
niveau des fonctions amines –NH2 libres des lysines et arginines
• Augmentés au cours :
• du diabète
• de l’insuffisance rénale
• du vieillissement
• Toxicité des AGE :
• Glycation in-situ, dépôts d’AGE
• Anomalies de fonction de la protéine glyquée
• Récepteur aux AGE
• ~10% des AGE retrouvés in-vivo ont une origine alimentaire.
Produits de glycation avancée : AGE
(Advanced Glycation Endproducts)
W
Oxydation Glycolyse
Glucose
α-oxoaldehydes,
Composés dicarbonyls,
Glucose Degradation
Products (GDP) Méthylglyoxal
O
O H
H3C
C
C
3-DéoxyGlucosone
O
O H
H2C
C
C
CHOH
HOHC
CH2OH
Glyoxal
O
O H
H
C
C
Argpyrimidine
Arg
NH
N N
CH3
OH
H3C
MOLD
CH3 N
N
Lys
Lys
GOLD
N
N
Lys
Lys
DOLD
CH2 (CHOH)2 CH2OH N
N
Lys
Lys
CML
CH2
NH
Lys
COOH
Protein
NH2
R
Glyco-oxydation
Arg
NH
HN N
O H3C
5-hydro-5-méthyl
imidazolone
W
Quelques étapes historiques
Wautier JL, Paton RC, Wautier MP, Pintigny D, Abadie E, Passa P, Caen JP.
Increased adhesion of erythrocytes to endothelial cells in diabetes mellitus
and its relation to vascular complications. N Engl J Med. 1981
Wautier JL, Wautier MP, Schmidt AM, et al.
Advanced glycation end products (AGEs) bind to a specific receptor inducing
oxidant stress Proc Natl Acad Sci U S A. 1994.
Wautier JL, Zoukourian C, Chappey O, Wautier MP, Guillausseau PJ, Cao R,
Hori O, Stern D, Schmidt AM. Receptor-mediated endothelial cell dysfunction
in diabetic vasculopathy. Soluble receptor for advanced glycation end products
blocks hyperpermeability in diabetic rats. J Clin Invest. 1996
Wautier MP, Chappey O, Corda S, Stern DM, Schmidt AM, Wautier JL.
Activation of NADPH oxidase by AGE links oxidant stress to altered gene
expression via RAGE. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2001
Wautier JL, Schmidt AM. Protein glycation: a firm link to endothelial cell
dysfunction. Circ Res. 2004
W
• Les AGE modifient les propriétés des protéines de structure, type collagène.(AM
Schmidt et al, Circ Res 1999)
• Les protéines glyquées plasmatiques ou cellulaires se lient à des récepteurs
spécifiques modifiant les fonctions cellulaires .(JL Wautier et al. Proc Natl Acad Sci,
1994)
• L’interaction AGE RAGE joue un rôle majeur dans la microangiopathie
diabétique. (JL Wautier, AM Schmidt, Circ Res, 2004)
• Les produits de Maillard sont à l’origine de la formation de l’acrylamide,
neurotoxique, cancerigène et génotoxique dans des modèles animaux. Les autorités
de santé ont fait des recommandations pour réduire l’exposition à l’acrylamide. (JL
Wautier, Diabetes Metab,2003)
Les AGE en pathologie humaine
W
Les récepteurs aux AGE
AGE
AGE-R2
(80K-H)
Substrat de
la PKC
AGE-R1 (OligoSaccharyl
Transférase-48)
Transfert des
oligosaccharides
du mannose
RAGE (Récepteur aux AGE)
AGE-R3
Galectine-3
Famille des lectines
Lie les hydrates de
carbone
W
Récepteur aux AGE (RAGE)
• Superfamille des immunoglobulines
• Gène: chromosome 6, région CMH III
• 11 exons + 10 introns : épissage alternatif
• Récepteur multi-ligand: AGE, HMGB1, protéines s100,
les β-amyloïdes, les AOPP
• Conservation 80% homologie (humain, murin, bovin)
• Exprimé par les monocytes/macrophages, les
cellules endothéliales et mésothéliales
C2
C1
Ig V (23-116)
Ig C1 (124-221)
Ig C2 (227-317)
TM (343-363)
IC (364-404)
W
Isoformes du RAGE • 22 ARN produits par épissage alternatif pourraient aboutir à la formation
de 7 protéines (Hudson BI et al., FASEB J, 2008). Trois ont été caractérisées.
• Le RAGE existe sous 4 isoformes dont le sRAGE résultant d’une
protéolyse.
Full-Length (FL)
N-tronqué (Nt)
Deux isoformes membranaires Deux isoformes solubles
Endogenous secretory (es)
sRAGE
V
V
C
C
Full Length
V
V
V
C
C
N-tronqué
V
V
C
C
esRAGE
V
V
C
C
ADAM10
V V
sRAGE
W
C
C
V
ERK1 ERK2
02_ •
NADPH-oxydase
RAGE
AGE
p38 MAPK
NFκB
Cellule
endothéliale
PKC
Signalisation du RAGE
Mais aussi …
JNK
JAK
STAT
PI3Kinase
Smad
W
Perméabilité vasculaire chez le rat (TBIRS)
Normal Diabetique Diabetique +sRAGE p
5 ± 0,1 13 ± 1,5 4 ± 0,1 0,01
2,7 ± 0,1 9 ± 1 2,4 ± 0,1 0,5
2 ± 0,1 2 ± 0,1 2 ± 0,1 NS
7 ± 1 16 ± 0,5 9 ± 0,5 0,5
2 ± 0,1 4,5 ± 0,1 2,2 ± 0,1 0,01
2 ± 0,2 6 ± 0,3 2 ± 0,2 0,01
Wautier, J.-L. et al. J. Clin. Invest. 1996
W
Perméabilité augmentée
INFLAMMATION
AGE
VCAM-1 ICAM
IL-6
MCP-1
RAGE
FT
Cellule
endothéliale
Y
V
V
Activation du RAGE : dysfonction endothéliale
JL Wautier, AM Schmidt Circ Res 2004
W
AGE et complications vasculaires
Néphropathie
• Chez les animaux diabétiques la glomérulosclérose est
associée à un dépôt d’AGE dans le mésangium et à des
lésions de sclérose.
• Les taux de CML sont augmentés dans les protéines
solubles et insolubles des patients diabétiques avec
insuffisance rénale.
• Les taux sanguins de CML et de créatinine évoluent de
façon parallèle et sont strictement corrélés.
• La surexpression de RAGE accélère la survenue de
l’insuffisance rénale chez le rat diabétique
W
Atteintes oculaires
• Les AGE provoquent la formation de cataracte chez le
porc diabétique
• Les AGE induisent l’apoptose des pérycites et
augmentent la production de VEGF
• Le VEGF induit une augmentation de la perméabilité
vasculaire et une néovascularisation
W
CML-protéine et microangiopathie
CM
L (p
mo
l/mg
pro
tein
e)
0
20
40
60
80
100
120
°
°
°
Wautier M.P. et al. Throm.Haemost.,2004 W
Rétinopathie - + - + Albuminurie - - + +
p < 0,05
sR
AG
E d
an
s l
e s
éru
m
pg
/ml
0
1 000
2 000
3 000
4 000
_
p = 0,024
_
+
+ _
Rétinopathie
Albuminurie _
Sujets Normaux Patients Diabétiques
Le taux de sRAGE est significativement plus bas chez les patients diabétiques souffrant de
complications microvasculaires
RAGE soluble et complications microvasculaires
W
sRAGE marqueur biologique du risque vasculaire
dans le diabète
Analyse de la littérature entre 2005 et 2012
• Diabète de type I: Meta-analyse de 7 publications incluant 385
patients chez lesquels un taux diminué de sRAGE est associé à un
risque vasculaire
• Diabète de type II: Meta-analyse de 14 publications incluant 1471
patients chez lesquels un taux diminué de sRAGE est associé à un
risque vasculaire
Les dosages ne différencient pas sRAGE et esRAGE
W
RAGE et Angiogénèse
La CML stimule la production de VEGF par les cellules mésothéliales
la néo angiogénèse est inhibée par le blocage du RAGE
VEGF
(pg/103 HPMC)
0
100
200
300
400
500
***
CML Medium
500 µm
a b
HUVEC / HPMC
+ CML
+ anti-RAGE
Boulanger E. et al. Kidney Int., 2007 W
Mécanismes anti-glycation endogènes
Méthylglyoxal
D-lactate
S-D-lactoylglutathion GSH
Glyoxalase I
Glyoxalase II
Surexpression de la glyoxalase I réduit la formation d’AGE et l’apoptose induite
par le méthylglyoxal (P. Thornalley)
Glyoxalases
Phosphoryle les fructosamines et libèrent les fonctions NH2 initialement glyquées
Des souris non-diabétiques invalidées pour la FN3K voient leur taux d’hémoglobine glyquée augmenter d’un facteur 2 à 5 (G. Delpierre)
Fructosamine-3-kinase
W
Neutralisation des intermédiaires de la
glycation
Médicaments: démonstration sur modèle animal
• Metformine favorise la dégradation du methylglyoxal (Pierre Potier)
• Benfotiamine détourne le glucose de la voie de la glycolyse et diminue
la formation de methylglyoxal (essai chez l’homme en cours) (H.P.
Hammes)
• L’aminoguanidine (essai chez l’homme interrompu)
• l’OPB-9195 inhibe la formation d’AGE (T. Miyata)
W
Blocage du RAGE
• anticorps anti-RAGE démonstration sur modèle animal
• RAGE recombinant démonstration sur modèle animal
(Yan SD et al. Nature 1996, Putranto E et al. Int.J.Mol.Med. 2013)
• Peptides dérivés du RAGE
Essais cliniques double insu TTP488 2013, 18 mois (TransTech Pharma)
W
Pharmacocinétique du RAGE recombinant chez le rat
Renard C. et al Scherrmann JM, Mol.Pharmacol. 1997
Demi-vie de distribution: rat diabétique 0,15 et 4,01 heures
rat normal 0,02 et 0,21 heures
p<0,01
Demi-vie d’élimination: rat diabétique 57,17heures
rat normal 26,02 heures
p<0,01
W
CONCLUSION
• Il nous est impossible de vivre sans glucose ni oxygène, la
formation d’AGE est donc inévitable.
• Des mesures diététiques et thérapeutiques peuvent en limiter la
synthèse et leurs conséquences sur les fonctions vasculaires.
• Le RAGE apparait comme un récepteur impliqué dans
l’homéostasie. W
La vie plus souple
avec moins de glycotoxines
W