The effects of the Maillard reaction on the physical properties and cell interactions of collagen

The non-enzymic glycation of collagen occurs as its turnover decreases during maturation, with complex carbohydrates accumulating slowly and the end-products of these reactions being permanent. The nature of these advanced glycation end-reaction products (AGEs) can be categorised as: 1) cross-linking: intermolecular cross-linking may occur between two adjacent molecules and involve lysine to lysine or lysine to arginine residues. Several compounds have been characterised. They are believed to be located between the triple helical domains of adjacent molecules in the fibre resulting in major changes of the physical properties, primarily, fibre stiffness, thermal denaturation temperature and enzyme resistance, all of which increase slowly with age but the rate is accelerated in diabetes mellitus due to high glucose levels: 2) side-chain modifications: these changes alter the charge profile of the molecule affecting the interactions within the fibre and if they occur at specific sites can affect the cell–collagen interaction. Modification of arginine within the sites RGD and GFOGER recognised by the two specific integrins (α1β2 and α2β1) for collagen reduce cell interactions during turnover and for platelet interactions (α1β2). These changes can ultimately affect repair of, for example, vascular damage and dermal wound healing in diabetes mellitus. Both types of modification are deleterious to the optimal properties of collagen as a supporting framework structure and as a controlling factor in cell matrix interactions. Glycation during ageing and diabetes is therefore responsible for malfunctioning of the diverse collagenous tissues throughout the body.

RésuméLa glysosylation non enzymatique (glycation) du collagène se produit lorsque son renouvellement diminue au cours de la maturation, alors que des sucres complexes s'accumulent lentement et que les « produits terminaux » de leur réaction deviennent permanents. La nature de ces produits avancés de glycation (AGEs) peut être divisée en : 1) pontage : des pontages intramoléculaires peuvent se produire entre deux molécules adjacentes et impliquer des résidus de lysine–lysine ou lysine–arginine. Plusieurs composés ont été caractérisés mais n'ont pas été identifiés dans la fibre de collagène. Ils sont localisés entre les domaines en triple hélice des molécules voisines dans la fibre avec pour résultat des changements majeurs des propriétés physiques, principalement, rigidification de la fibre, dénaturation thermique et résistance aux enzymes, qui augmentent lentement au cours du vieillissement, mais dont la vitesse s'accélère lors du diabète à cause de taux de glucose élevé ; 2) modifications des chaînes latérales : ces changements modifient le profil de la charge de la molécule en affectant les interactions dans la fibre, et si elles surviennent en des sites spécifiques, peuvent affecter les interactions cellule–cellule. Des modifications de l'arginine dans les sites RGD et GFOGER reconnus par les deux intégrines spécifiques pour le collagène (α1β2 et α2β1), réduisent les interactions cellulaires au cours du renouvellement et les interactions plaquettaires (α1β2). Ces changements peuvent affecter la réparation et, par exemple, les lésions vasculaires et la cicatrisation du derme au cours du diabète. Les deux types de modifications sont délétères à cause des propriétés du collagène en tant que réseau structural et facteur de contrôle dans les interactions cellules–matrice. Au cours du vieillissement et du diabète, la glycation est responsable du mauvais fonctionnement des divers tissus collagéniques du corps.