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