Les collagènes

Les collagènes représentent la protéine de structure principale des divers tissus connectifs chez le mammifère. Actuellement, 28 types de collagènes différents ont été identifiés, et sont présent dans tous les organes du corps humain. Ils représentent environ 30% du contenu protéique du corps, soit 5% de son poids, et deux tiers du poids sec du cartilage articulaire adulte.

Ce sont des protéines fibreuses qui ont un rôle central dans la formation de la MEC, des membranes basales ainsi que d’autres structures de la MEC, et permettent le maintien de l’intégrité et la stabilité de tous les organes. Au sein du cartilage, ils sont responsables des propriétés biomécaniques telles que la résistance aux torsions et tensions subies par le tissu.

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1.2.3.2.1 Structure des fibres de collagène

Les molécules de collagène ont une structure caractéristique : elles sont formées d’une répétition de triplets de type Gly-X-Y et ont une structure unique en triple hélice d’une longueur de 300 nm. La triple hélice de pas droit est composée de 3 chaines polypeptidiques, de type hélice α de pas gauche. Certains collagènes sont composés d’un homotrimère, c’est-à-dire de 3 chaines α identiques (par exemple, les collagènes de type II et III), ou bien d’un hétérodimère de différentes chaines α (le collagène de type I par exemple).

L’assemblage des différentes chaines α ne peut se faire qu’en la présence de résidus glycine tous les trois acides aminés au sein des chaines, résultant en des répétitions en tandem de domaines (Gly-X-Y)n, où X et Y sont généralement des

résidus proline ou hydroxyproline. Le nombre de triplets varie de quelques douzaines à plus de 500, selon le type de collagène. Pour des raisons d’encombrement stérique, le centre de la triple hélice est occupé uniquement par les résidus glycine (le plus petit des acides aminés), alors que les acides aminés en X et Y pointent vers l’extérieur de la triple hélice, offrant un potentiel important à interagir avec d’autres triples hélices (Figure 7) (Gelse et al., 2003; van der Rest & Garrone, 1991).

Figure 7 : Représentation schématique de l’organisation des fibrilles de collagène. Les différents acides aminés (glycine, proline, hydroxyproline et alanine) forment les hélices α de collagène, qui s’assemblent en triple hélice, qui elles-mêmes s’organisent en microfibrille de collagène (Schulz &

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Les fibrilles de collagène sont usuellement hétérotypiques, c’est-à-dire qu’ils peuvent contenir plus d’un type de collagène. Par exemple, les fibrilles de la peau sont constituées à la fois de collagène de type I et de type III, ceux du cartilage par des collagènes de type II et XI.

1.2.3.2.2 Les collagènes du cartilage articulaire

Le collagène de type II est le composant principal du cartilage articulaire adulte. Mais d’autres types de collagènes ont été identifiés au sein de la MEC, notamment les collagènes de type I, III, V, VI, IX, X, XI, XII, XIII, XIV et XVI. Les principaux collagènes du cartilage sont les types I, II, III, V, VI, IX, X et XI. Le tableau I regroupe les principaux collagènes exprimés dans le cartilage articulaire, ainsi que leur structure.

Tableau I : Représentation schématique et en microscopie électronique à balayage (MEB) des différentes classes de collagènes présentes dans le cartilage (Schulz & Bader, 2007)

Le collagène de type I : C’est le collagène le plus abondant dans l’organisme des Vertébrés. Il est l’élément structurel principal des tissus connectifs fibreux, tels que le fibrocartilage, la peau, les tendons et ligaments, la cornée et l’os. Il est composé de deux chaines de type α1(I) et une chaine α2(I). Le cartilage articulaire n’exprime que

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faiblement le collagène de type I, cependant on le retrouve dans les tissus osseux adjacents, ainsi que dans le cartilage fibreux des ménisques (Naumann et al., 2002).

Le collagène de type II : Il représente 80% des collagènes totaux du cartilage hyalin fœtal, puis 95% à l’âge adulte et est composé de 3 chaines α1(II) identiques. Il existe deux formes de transcrits pour le gène codant pour le collagène de type II : les type IIA et IIB, qui diffèrent par la présence ou non de l’exon 2. L’isoforme IIA est exprimée au cours du développement fœtal lors de la chondrogenèse, alors que l’isoforme IIB est exprimée dans le tissu cartilagineux adulte (Ng et al., 1993). Il a un rôle fondamental dans la formation et les fonctions du tissu cartilagineux. En effet, une mutation du gène codant pour le collagène de type II peut entrainer différentes pathologies au niveau du cartilage articulaire ou de la plaque de croissance, telles que des achondrogénèses, hypochondrogénèses, différentes dysplasies ainsi que certaines formes d’arthroses familiales. Les fibrilles de collagène du cartilage sont majoritairement assemblées en hétérofibrilles de collagène de type II et XI, associées à des fibres de type IX, XII et XIV, ainsi qu’à différentes protéines non-collagéniques. On les retrouve entremêlées dans un réseau microfibrillaire de collagène de type VI (Seibel et al., 2006).

Le collagène de type III : Le collagène de type III est constitué d’un homotrimère de 3 chaines α1(III) et est largement distribué dans les tissus aux propriétés élastiques contenant du collagène de type I. Il est aussi retrouvé dans le cartilage normal et arthrosique (Young et al., 2000), et son abondance varie de 0,5% à 10% des collagènes totaux. Il a la propriété de se lier à d’autres molécules de collagène de type III, ainsi que de former des liaisons fortes avec le collagène de type II, permettant la cohésion du tissu, notamment pendant une situation de stress, comme lors du développement de l’arthrose (Wu et al., 2010).

Le collagène de type V : Le collagène de type V est constitué de 3 hélices α1(V), α2(V) et α3(V), et s’associe avec le collagène de type I en hétéro-fibrilles. Bien que son rôle soit peu connu, il semble être impliqué dans le contrôle du diamètre des fibrilles de collagène. Sa présence a de plus été démontrée au sein de différents tissus cartilagineux, comme le cartilage articulaire (Wachsmuth et al., 2006).

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Le collagène de type VI : Les fibrilles de collagène de type VI sont composées de 3 chaines α1(VI), α2(VI) et α3(VI). Son expression est quasi ubiquitaire et représente 1% des collagènes totaux. Au sein du cartilage, il est surtout concentré autour des cellules, dans la matrice péricellulaire des chondrocytes. Le collagène de type VI n’est pas lié de façon covalente aux autres fibres du cartilage, mais il est associé à l’agrécane ou au collagène II grâce à l’interaction des protéines matriline-1 avec les PG biglycane et décorine (Wiberg et al., 2003).

Le collagène de type IX : Le collagène de type IX ne forme pas de fibrille mais est présent à la surface des fibrilles de collagène de type II et XI. Il est composé de 3 chaines α1(IX), α2(IX) et α3(IX), et son abondance passe de 10% à l’état fœtal, à 1% dans le cartilage articulaire adulte. Chaque molécule de collagène de type IX contient 7 domaines de liaison, qui permettent la formation de liaisons covalentes entre la triple hélice de collagène de type IX et les fibrilles de collagène de type II, et entre différentes fibres de collagène IX. Il joue donc un rôle important dans la structure de la MEC en régulant l’organisation des fibrilles de collagène de type II, ainsi que les interactions avec les PG (Diab et al., 1996).

Le collagène de type X : Le collagène de type X est constitué d’un homotrimère de 3 chaines α1(X), et s’assemble en réseaux hexagonaux. Il est essentiellement exprimé au niveau de la plaque de croissance par les chondrocytes hypertrophiques, où ils représentent 45% des collagènes totaux. Il possède une affinité importante avec les fibres de collagène de type II et les PG de la MEC. Il joue de plus un rôle primordial dans le processus d’ossification endochondrale. Il aurait la propriété de faciliter les processus de minéralisation via des modifications de l’organisation de la matrice. Le collagène de type X est faiblement exprimé dans le cartilage articulaire normal, mais on le retrouve dans le cartilage arthrosique (Girkontaite et al., 1996; Shen, 2005).

Le collagène de type XI : La triple hélice de collagène de type XI existe sous plusieurs formes, soit 3 chaines α1(XI), α2(XI) et α3(XI), ou bien une des chaines est remplacée par une chaine de collagène de type V α1(XI), α1(V) et α3(XI). Il représente 10% des collagènes totaux du cartilage fœtal, et 3% chez l’adulte. Tout comme le collagène de type IX, les fibres de collagène XI ne s’agrègent pas en fibrilles, mais sont associées aux fibrilles de collagène de type II, pour permettre l’assemblage et la

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croissance latérale de la fibrille (Blaschke et al., 2000; Li et al., 1995). Il a de plus été démontré que le collagène de type XI peut interagir avec les GAG de la matrice, comme l’HS ou le DS (Vaughan-Thomas et al., 2000).