Le COLLAGENE Module de Parodontologie
I-INTRODUCTION :
Le collagène est la substance protéique la plus répandue de l’organisme (30% à 35% des protéines de l’organisme). C’est le composant essentiel de la matrice extracellulaire du tissu conjonctif.
Cette glycoprotéine entre dans la composition de tous les tissus dentaires à l’exception de l’email et donc joue un rôle important dans le développement, la structure ainsi que la physiologie de la dent et ses tissus de soutien.
Il fait partie de deux types de tissu conjonctif :
-les tissus mous : la pulpe, le desmodonte, le chorion gingival
-les tissus minéralisés : dentine, cément, l’os alvéolaire.
II-DEFINITION :
Le collagène est une glycoprotéine fibreuse extra cellulaire dont l’unité structurale est le TROPOCOLLAGENE. Le collagène est organisé en fibres insolubles très résistantes à la tension. Ceci explique qu’il soit le principal constituant qui confère une résistance aux tissus conjonctifs comme les os, les dents, les cartilages, les tendons, les ligaments et les matrices fibreuses de la peau et des vaisseaux sanguins.
On le trouve aussi au niveau de la matrice extra cellulaire du tissu conjonctif.
III-LE TROPOCOLLAGENE :
Le tropocollagène est une triple hélice de 03 chaînes polypeptidiques appelées alpha α de longueur de 240-300nm et de diamètre de 1.5nm ; son poids moléculaire est de 300000
Chaque chaîne alpha étant constituée par un enchaînement d’acides aminées répétitifs en (Gly-a-b):
-la glycine toujours présente chaque les 2 ou 3 acides aminés,
-le a qui est fréquemment une proline,
-le b une hydroxyproline.
Le nombre des acides aminés composant une de ces chaînes alpha est évalué à 1050 plus de 1000 étant organisés selon un triplet répétitif, exceptés les acides aminés composant les deux extrémités de la chaîne ou télopeptides.
On note l’absence de tryptophane se qui la distingue des protéines sériques, et présente peu d’acides aminés soufrés se qui la distingue des kératines.
IV-LES DIFFERENTS TYPES DE COLLAGENE :
Il existe au moins 16 types différents de collagène dans le corps humain dont les plus retrouvés sont les collagènes de types (I II III IV V).
Suivant la répartition des acides aminés, on distingue 5 types de chaînes α :
– 4 chaînes dites α 1 (de α 1 type 1 jusqu’à α 1 type 4) ;
– une chaîne dite α 2.
En fonction de la répartition de ces 5 types de chaîne, au sein du tropocollagène, on distingue les types de collagène qui caractérise chaque tissu conjonctif.
Les collagènes possédant des chaînes α identiques sont dits homo-trimériques.
Le collagène composé de deux chaînes différentes est dite hétéro-trimérique
V. Distribution dans les tissus dentaires:
Le collagène est un constituant essentiel de tissu conjonctif, il entre dans la composition de tous les tissus dentaires sauf l’email, et il joue un rôle important dans le développement, la structure et la physiologie de la dent et de ses tissus de soutien.
On trouve surtout du collagène type I et III.
Le collagène type I représente 7 fois plus que le type III.
Le type III est localisé au niveau des papilles, autour des vaisseaux et sous la membrane basale.
Le collagène type IV est le constituant majeure de la lamina densa des membranes basales.
-Au niveau du ligament alvéolo-dentaire : collagène de type I (environ 80 %), et de type III (environ 15%)
-Au niveau de l’os alvéolaire le collagène de type I représente 90 % de la phase organique de l’os
-Au niveau du cément représente 50 a 55 % ; on le trouve sous forme de fibrilles de 02 types:
*Les fibres intrinsèques : synthétisées par les cémentoblastes
*Les fibres extrinsèques : (fibres de Sharpey)
VI-LA BIO-SYNTHESE DU COLLAGENE :
Le collagène est synthétisé par des cellules d’origine
mésenchymateuse (souches, stromales et multipotentes) .
Ces cellules peuvent se différencier de façon spécifique
(odontoblastes dans la pulpe, ostéoblastes dans le tissu osseux,
cémentoblastes dans le cément cellulaire et fibroblaste dans
le tissu conjonctif).
La cellule clé est le fibroblaste : cellule polymorphe le plus souvent
fusiforme ou étoilée, riche en organites (réticulum rugueux,
appareil de golgi….) la membrane cellulaire présente des replies
et des invaginations ou on peut observer la présence de fibrilles
de collagène nouvellement secrétées.
Les fibroblastes sont aussi capables de sécréter de nombreuses autres
molécules de la substance fondamentale (cytokines, facteurs de croissance, enzymes, fibres d’élastine, glycosaminoglycanes, protéoglycanes….) et jouent un rôle important dans les processus de cicatrisation tissulaire ou dans l’entretien des réactions inflammatoires.
La synthèse du collagène passe par deux étapes, l’une intracellulaire alors que l’autres est extracellulaire.
A- L’ETAPE INTRACELLULAIRE :
Elle est réalisée au niveau :
-Du réticulum endoplasmique granuleux (REG).
-De l’appareil de golgi (AG).
-Des vésicules d’éxocytose (issues de l’AG).
- Au niveau du réticulum endoplasmique granulaire :
1. Synthèse du pro collagène :
C’est le temps ribosomal : après la transcription de l’ADN pour aboutir à la formation d’une chaîne d’ARN messager qui va codé la synthèse du collagène les 02 parties du ribosome viennent se poser sur l’ARN messager pour permettre la translation ; l’ARN transférase viendra ainsi poser les acides aminés qui correspondent au codage de la chaîne ARN messager pour former la structure protéique primaire : une chaîne polypeptidique rectiligne.
Les trois chaînes alpha sont synthétisées en même temps
Ces chaînes ont des polypeptides supplémentaires au niveau des extrémités N et COOH, ou régions ‘pro’.
2. Hydroxylation du pro collagène :
L’hydroxylation de la proline et de la lysine conduisant à la formation de l’hydroxyproline et l’hydroxylysine.
L’hydroxylation nécessite la présence d’O2, de fer et d’acide ascorbique (vitamine C).
- Au niveau de l’appareil de golgi:
3. La Glycosylation :
Des unités saccharidiques (galactose ou glycosylgalactose) viennent se greffer sur les hydroxy de certaines hydroxylysines, grâce à un transfert à partir de l’UDP-galactose et de l’UDP-glucose
Cette étape dure 4mn avec la présence de magnésium.
4. Formation de l’hélice :
Une fois libérées des ribosomes les trois chaînes alpha de pro collagène sont alignées parallèlement et s’enroulent en hélice formant le pro tropocollagène
Cette association est initiée et stabilisée par formation de liaison disulfure.
- Au niveau des vésicules d’exocytose : Extrusion du tropocollagène
Une fois en contact de membrane cytoplasmique, les vésicules d’exocytose s’ouvrent sur le milieu extracellulaire, et la molécule de protropocollagène va se transformer en molécule de tropocollagène (clivage) grâce au procollagène peptidase qui coupe les extrémités de la molécule (les peptides de coordination).
B- L’étape extracellulaire ou la maturation du collagène :
Qui va aboutir à la formation de fibrilles de collagène par :
- clivage des régions pro: D’abord le clivage des régions ‘pro’ grâce à des procollagène-peptidases, protéases extracellulaires, libérant ainsi le tropocollagène.
- Création de fonctions aldéhydes: Ce fait grâce à la désamination oxydative de la lysine et de l’hydroxylysine, sous l’influence d’une lysyl-oxidase.
- Polymérisation : Création de ponts intermoléculaires entre ces fonctions aldéhydes de tropocollagène voisins pour permettre ainsi leur liaison
Formation de la fibre de collagène
VI .Régulation de production du collagène :
Bien qu’il reste beaucoup à découvrir sur les mécanismes de régulation transcriptionnelle, certaines molécules sont connues pour modifier le niveau d’expression des collagènes :
- Le TGF-β (Transforming Growth Factor) augmente la transcription des gènes correspondants aux protéines de la matrice extracellulaire, mais rend aussi plus stable les ARNm du collagène,
- L’interféron γ (IFN-γ) est quant à lui une cytokine produite par les lymphocytes . L’IFN-γ diminue à la fois la prolifération des fibroblastes et la synthèse de collagène de type I par ces cellules
- Le TNF-α (Tumor necrosis factor α) et l’interleukine-1 sont deux autres cytokines régulant la production de collagène et toutes les deux sont produites par les macrophages. Bien que leurs mécanismes d’action soit différents, leurs résultats sont proches : ils stimulent la prolifération des fibroblastes, mais inhibent la production de collagène de type I et augmentent la production de collagénases interstitielles et donc la dégradation du collagène
VII- La dégradation du collagène :
A- Mécanisme phagocytaire :
C’est le mécanisme par lequel la cellule capte un élément solide pour le digérer.La cellule phagocytaire présente en général une membrane très mobile formant des voiles Hyaluroplasmique et susceptible éventuellement de se liquéfier pour entourer la particule.
La phagocytose est menée par plusieurs cellules à activité phagocytaire : les fibroblastes à activité de dégradation, ostéoclastes, et cémentoclastes.
Cette phagocytose se déroule en trois(3) étapes suivantes :
-Adhésion et Captation : après attraction et accolement du corps étranger avec la membrane cellulaire.
-Englobement(ou phase d’ingestion): le produit est englobé dans la cellule à l’intérieur d’une vacuole appelée phagosome.
-Digestion (ou phase de destruction intracytoplasmique): La fusion du phagosome avec des lysosomes (enzymes )est a l’origine des Phagolysosome ou se fera la destruction du corps étranger.
B-Mécanisme enzymatique :
Est effectué grâce aux enzymes protéolytiques, exemple les collagénases tissulaires qui peuvent être synthétisées par plusieurs cellules à activité macrophagique : fibroblaste à activité de dégradation, ostéoclaste, et cémentoclaste…..
La collagénase tissulaire est retrouvée dans le milieu extracéllulaire sous une forme inactive (procollagénase) et sous l’influence d’activateurs (cytokines …., bactéries ……) , elle se transforme en collagénase tissulaire vraie active que les inhibiteurs (protéines sérique , hormone œstrogène……..) puissent l’inactiver à nouveau.
La régulation de l’activité collagénolytique dépend : du type même du collagène (type II plus résistant que le type I), de l’âge, des variations de T° et du PH, et de certaines protéines et hormones.
VII- Physiologie du collagène :
1-Le collagène fait partie de la matrice extracellulaire : il est responsable de la cohésion des tissus d’une part ; et confère aussi la résistance, la souplesse et l’élasticité aux différents tissus d’autre part.
2- la résistance et la fermeté : Le collagène résiste à la traction, et il est indispensable aux processus de cicatrisation.
3-protéine structurelle : Il intervient dans la formation : peau, tendons, os, surtout : Le type I (par exemple).
4-Turn over du collagène :
C’est l’équilibre entre collagène synthétisé et collagène dégradé .dont le fibroblaste est la cellule clé.
Le renouvellement des fibres collagéniques desmodontales permet le contrôle des micromouvements dentaire.
Le collagène du desmodonte à un turn over 5 fois plus rapide que celui du chorion gingival et de l’os alvéolaire et 15 fois plus rapide que le derme cependant ce turn over ralenti avec l’âge.
5-la minéralisation : La présence du collagène est indispensable pour la minéralisation.
6-l’éruption : Par le jeu de renouvellement de collagène : la molécule nouvellement synthétisée est plus longue ; ce processus créé des Forces de tension qui entraîne le déplacement de la dent et son éruption.
X-CONCLUSION :
Le collagène est un constituant essentiel des tissus conjonctifs, il entre dans la composition de tous les tissus du parodonte et joue un rôle prépondérant dans la réparation et la régénération parodontale. Son altération affectera l’état de santé du parodonte.
Le COLLAGENE Module de Parodontologie
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