Reaction of glycation and human skin: The effects on the skin and its components, reconstructed skin as a model

Skin is affected by the aging process and numerous modifications are observed. In human, with time the skin becomes drier, thinner, spots appear, elasticity decreases and stiffening increases, together with the appearance of wrinkles. These observations result from the overlapping of an intrinsic chronological aging (individual, genetic) and of an extrinsic aging (dependent on external factors like UV, pollution and lifestyle). One of the causes of aging is the appearance of the Advanced Glycosylation End Products (AGEs) during life. The glycation reaction results from a non-enzymatic reaction between a sugar and a free amine group of Lys, Arg amino acids in proteins. This reaction does not occur only in the skin, indeed, AGEs are also found in the kidney, lens, vessels, etc. These products are also responsible, because of their localization, of some pathologies related to diabetes. AGEs provoke biological modifications implying an activation of molecules synthesis (extracellular matrix, cytokines) and enzyme activation of matrix degradation (metalloproteinases). The UV effect on AGEs (like pentosidine) generates reactive oxygen species (ROS) in the extracellular matrix which could lead to additional deleterious effects. Molecules are described in the literature as inhibitors to this irreversible reaction i.e. aminoguanidine. To understand the consequences of the glycation in the skin, a system of reconstructed skin was developed with a collagen modified by glycation for the dermal component. In this system we observed that dermis and epidermis are both modified due to glycation (macromolecules synthesis, cytokines, metalloproteinases) and it is possible to test inhibitors of this reaction. In conclusion, in skin, glycation is involved in a very complex aging process and simultaneously affect, directly and indirectly, certain cells, their synthesis and the organization of the matrix.

RésuméLa peau subi le processus de vieillissement et des modifications importantes sont observées. Cet organe protecteur et vital pour l’organisme se détériore avec les années. Avec le temps, la peau humaine devient plus sèche, plus fine, des taches apparaissent, l’élasticité diminue et la rigidification augmente, des ridules et rides se creusent. Ces observations résultent de la superposition d’un vieillissement chronologique intrinsèque (individuel, génétique) et d’un vieillissement extrinsèque (dépendant de facteurs extérieurs tels que les UV, la pollution et le mode de vie). Une des causes responsables du vieillissement de notre peau est l’apparition des produits terminaux de glycation (PTG ou AGEs : Advanced Glycosylation End Products) au cours de la vie. La réaction de glycation consiste en une réaction non-enzymatique entre un sucre et une fonction amine libre d’un acide aminé (Lys, Arg) d’une protéine. Cette réaction ne se produit pas uniquement dans la peau. En effet, les AGEs sont également retrouvés au niveau du rein, du cristallin, des vaisseaux, etc. Ces produits sont également responsables, du fait de leur localisation, de certaines pathologies liées au diabète. Les AGEs entraînent des modifications biologiques impliquant une activation de synthèses de molécules (macromolécules de la matrice extracellulaire, cytokines) et l’activation d’enzymes de dégradation de la matrice (métalloprotéases). L’effet des UV sur certains AGEs (ex. : pentosidine) génère dans la matrice environnante des formes réactives de l’oxygène (FRO) pouvant induire des effets délétères supplémentaires. Des inhibiteurs sont décrits dans la littérature pour lutter contre cette réaction irréversible (ex. : aminoguanidine). Pour essayer de comprendre les conséquences de la glycation dans la peau, un système de peau reconstruite a été développé avec une partie dermique contenant du collagène modifié par glycation. Ce système permet de mettre en évidence des modifications dermiques et épidermiques dues à la glycation (synthèse de macromolécules, cytokines, métalloprotéases) et également de tester des inhibiteurs de cette réaction. En conclusion, au niveau de la peau, la glycation est impliquée dans le vieillissement qui est un processus multifactoriel et affecte, directement et indirectement, à la fois les cellules, leurs synthèses et l’organisation de la matrice.