Influence de la carbamylation sur les propriétés structurales du collagène de type I et ses interactions avec les polynucléaires neutrophiles humains

Influence of carbamylation on type I collagen structural properties and its interactions with human polymorphonuclear neutrophil

• Auteur / Autrice : Stéphane Jaisson
• Direction : Philippe Gillery
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine. Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Reims
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biochimie Médicale et Biologie Moléculaire. CNRS UMR 6198 - IFR 53 Biomolécules. UFR Médecine de Reims
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roselyne Garnotel, William Hornebeck, Philippe Nguyen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvie Ricard-Blum, Eric Rondeau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Granulocytes neutrophiles

Protéines -- Modifications posttraductionnelles

Défaillance rénale chronique

Collagène de type I

Mots clés libres

Carbamylation

Résumé

La carbamylation est une modification post-traductionnelle caractérisée par la fixation non enzymatique de cyanate, un dérivé réactif de l'urée, sur les groupements NH2 libres des protéines, affectant plus particulièrement les résidus de lysine, transformés en homocitrulline. Les modifications post-traductionnelles conduisent dans la majorité des cas à une altération des propriétés structurales et fonctionnelles des protéines et de leurs interactions avec les cellules. Au cours de l'insuffisance rénale chronique, contexte pathologique favorisant la réaction de carbamylation, les patients présentent des troubles infectieux et inflammatoires importants, d'origine multifactorielle. Notre travail traite de l'influence de la carbamylation sur les caractéristiques structurales et fonctionnelles du collagène de type I, protéine de la matrice extracellulaire impliquée dans l'architecture du tissu conjonctif mais également dans la régulation des fonctions cellulaires, notamment celles des polynucléaires neutrophiles. Après carbamylation in vitro (au cours de laquelle seulement 1 % des acides aminés sont transformés), le collagène conserve une structure en hélice de type polyproline II, mais présente, par analyse spectroscopique et polarimétrique, une légère fragilisation de sa conformation dans certaines régions. Ces changements conformationnels, même mineurs, sont responsables d'une incapacité du collagène carbamylé à s'associer sous forme de fibres, ainsi que d'une altération de sa sensibilité à la dégradation enzymatique : le collagène carbamylé est plus résistant aux collagénases et plus sensible aux gélatinases et à la pepsine. Par ailleurs, la carbamylation entraîne une inhibition de l'activation des polynucléaires neutrophiles par le collagène de type I. La recherche du mécanisme impliqué dans ce processus a permis de montrer que le peptide a1CB6, contenant la séquence activatrice des polynucléaires neutrophiles, constituait une cible préférentielle de carbamylation. D'autre part, des expériences de mutagenèse dirigée ont révélé l'importance du résidu de lysine en position 1208, situé à proximité de cette séquence, pour l'activation des polynucléaires neutrophiles par le collagène de type I. Ces résultats montrent que la carbamylation du collagène peut être considérée comme un évènement favorisant la progression de l'insuffisance rénale chronique. En effet, les modifications des propriétés structurales du collagène observées après carbamylation peuvent entraîner un trouble du renouvellement du collagène au sein de la matrice extracellulaire et une désorganisation architecturale de différents tissus comme la paroi vasculaire ou le rein. Par ailleurs, l'incapacité du collagène carbamylé à stimuler les fonctions oxydatives des polynucléaires neutrophiles peut contribuer à l'apparition d'infections, une des causes majeures de morbidité et de mortalité des patients urémiques.

Carbamylation is a post-translational modification due to the nonenzymatic binding of cyanate to free amino groups of proteins. Post-translational modifications are known to induce alterations of protein properties and to modify their interactions with cells. We have studied the impact of carbamylation on structural and functional properties of type I collagen. This collagen plays a crucial role in connective tissue architecture and is involved in leukocyte activation, a key event of host defense mechanisms. This work showed that carbamylation induced minor conformational changes within collagen molecule, as evidenced by biochemical and spectroscopic methods, leading to an impaired ability to promote fibrillogenesis and to an altered resistance to enzymatic degradation. In addition, carbamylated collagen lost its capacity to activate polymorphonuclear neutrophils. The investigation of the mechanism has demonstrated the importance of one lysine residue (number 1208), in the interaction between collagen and neutrophils. These events may be contributing factors of complications observed during chronic renal failure. Indeed, the impaired ability of carbamylated collagen to promote fibrillogenesis could induce a disorganization of extracellular matrix and alter its turnover in tissues. Furthermore, the incapacity of carbamylated collagen to stimulate leukocyte functions could contribute to the development of inflammatory syndromes and infections, which are major causes of morbidity and mortality in uremic patients.