Vieillissement rénal accéléré par la glycation alimentaire

Vieillissement rénal accéléré par la glycation alimentaire:
Implication de RAGE
Pr Eric BOULANGER (MD, PhD)
Equipe « Glycation, from Inflammation to Aging »
Lille Inflammation Research International Center, LIRIC/UMR995
Faculté de Médecine, Pôle recherche
Université de Lille, France
I. Etat de l’art :
Le rein est un organe qui ne vieillit pas bien et les deux tiers d’une population générale sont
atteints d’un vieillissement rénal physiologique pouvant être délétère. Le déclin progressif de
la fonction rénale, évaluée par le débit de filtration glomérulaire (DFG) est de 40% entre l’âge
de 30 et 80 ans1. Les facteurs de risque vasculaires classiques sont connus pour accélérer
le vieillissement rénal (diabète, hypertension artérielle, tabac…) mais malgré un meilleur
contrôle de ces derniers, le vieillissement rénal physiologique demeure inéluctable2. Il
apparaît prioritaire d’identifier de nouveaux facteurs notamment environnementaux pour
freiner la progression de maladie rénale chronique (MRC) et de ses conséquences, parmi
lesquelles le recours à la dialyse dont les coûts sociaux et humains sont lourds (50000 à
82000 €/patient/an selon les modalités de dialyse)3.
A partir de nos résultats préliminaires, nous émettons l’hypothèse que certains produits
formés lors de la cuisson des aliments (AGE pour Advanced Glycation End-Products),
facteurs environnementaux nutritionnels, accélèrent le vieillissement rénal notamment via le
récepteur RAGE (Récepteur aux AGE). Les AGE sont des molécules issues de la liaison
irréversible d’une protéine et d’un sucre, qui sont : 1/ soit d’origine endogène comme au
cours du diabète, de l’insuffisance rénale elle-même et du vieillissement, 2/ soit d’origine
exogène alimentaire formés sous l’effet de certains procédés de cuisson. Ces produits de
glycation alimentaires sont très présents dans notre consommation actuelle type « western
diet »4. On les retrouve notamment lors de cuissons ou des procédés alimentaires
comprenant des étapes à haute température comme dans les céréales du matin, biscuits, lait
UHT/produits laitiers, grillades, fritures, produits torréfiés...
La toxicité rénale des AGE endogènes est bien décrite particulièrement au cours de la
néphropathie diabétique5, suggérant un effet similaire possible des AGE alimentaires,
hypothèse qui reste encore cependant très peu étudiée.
II. L’état du sujet dans l’équipe / Résultats préliminaires:
Dans notre équipe, experte sur la thématique «GLYCATION», nous avons montré chez des
souris classiques C57BL/6 qu’un régime enrichi en AGE entraîne, via RAGE et dès 9 mois,
une dysfonction endothéliale et une augmentation de la rigidité aortique en lien avec un
vieillissement artériel accéléré6.
Nous démontrons (article en révision) que sous l’effet d’un régime (6 semaines) enrichi d’un
AGE marqué au C13 (la carboxymethyllysine, 13CML, ligand le plus affin pour RAGE), il existe
une accumulation importante de CML dans les tissus, avec une nette prédominance rénale
chez la souris C57BL/6, (fig.1).
Fig.1 : Accumulation de 13CML alimentaire dans les tissus chez la souris C57BL/6
1/6
Des résultats préliminaires obtenus chez des souris C57BL/6 (WT et RAGE-/-) montrent
qu’un régime enrichi en CML pendant 18 mois entraîne une accélération de la
glomérusclérose rénale avec dépôts amyloïdes importants (p<0.01 vs régime normal). Ces
dépôts amyloïdes nous amènent à évoquer très probablement une amylose sénile accélérée
par les AGE alimentaires. La présence importante de gouttelettes lipidiques tubulaires vient
confirmer l’hypothèse de l’accélération du vieillissement rénal. Les souris RAGE-/- sont
protégées de ce vieillissement glomérulaire et tubulaire accéléré par les AGE alimentaires.
III. L’objectif de notre projet est d’étudier les mécanismes du vieillissement rénal
accéléré par l’interaction RAGE/AGE alimentaires en répondant aux questions suivantes :
 quels sont les mécanismes de vieillissement induits par la CML alimentaire ?
 la filtration glomérulaire de la CML alimentaire est elle RAGE dépendante ?
 quel est le type de l’amylose sénile rénale accélérée par la CML alimentaire ?
 quelle est l’implication de RAGE dans le vieillissement rénal ?
 le vieillissement rénal peut-il être prévenu par un inhibiteur de RAGE ?
IV. Méthodologie et programme du projet de recherche :
Nous proposons d’atteindre notre objectif et de répondre aux questions posées à partir de 3
modèles :



La Cellule Endothéliale Glomérulaire humaine (GECh) va nous permettre d’étudier
l’effet de la CML sur la filtration rénale des protéines amyloïdes dans un modèle in
vitro (Transwell).
Le modèle d’étude du vieillissement Caenorhabditis.elegans (C.elegans)7 a pour but
d’étudier les voies d’activation du vieillissement et de l'oxydation après exposition à la
CML.
Les souris C57BL/6 (WT et RAGE-/-) seront soumises à 3 régimes : régime control,
régime pauvre en CML ou régime riche en CML. Un inhibiteur de RAGE (FPS-ZM1)
que nous avons au laboratoire sera utilisé dans un 4ème groupe. Le vieillissement
rénal sera étudié à partir de marqueurs de vieillissement fonctionnel, structural et
moléculaire. Analyse qualitative de l’amylose sénile rénale induite par l’interaction
AGE/RAGE
V. Résultats attendus
Ce projet va nous permettre de mieux comprendre le métabolisme rénal des AGE
notamment de la CML d’origine alimentaire. Des étapes in vitro vont nous amener à pouvoir
évaluer l’implication de RAGE dans la filtration glomérulaire de la CML. De même, la
recherche de marqueurs spécifiques du vieillissement va permettre d’aborder une
mécanistique plus précise entre la CML d’une part et la sclérose rénale glomérulaire et les
dépôts lipidiques d’autre part, tous deux correspondant à des modifications structurales bien
connues au cours du vieillissement rénal. Enfin, la mise en évidence (résultats préliminaires)
d’une amylose sénile rénale accélérée par la CML alimentaire, nous conduit à vouloir
caractériser ces dépôts amyloïdes qui semble RAGE dépendants. L’utilisation des souris
RAGE-/- et d’inhibiteurs de RAGE devrait nous amener à proposer une nouvelle cible « antiaging »
VI. Faisabilité
Expertise :
Notre équipe a une très bonne expertise en « GLYCATION ». Le Pr. Eric Boulanger
(Néphrologie-Biologie du Vieillissement) est référent national en termes de physiopathologie
du vieillissement lié à la glycation et implication de RAGE. Le Pr Frédéric Tessier référent
national en termes de chimie analytique de la Glycation.
2/6
Techniques et matériels :
 Nous produisons et analysons tout produit de glycation (LC/MS-MS, CUMA-faculté de
Pharmacie);
 L’inhibiteur de RAGE (FPS-ZM1) est commercialisé. Par ailleurs, nous développons
d’autres inhibiteurs de RAGE en collaboration avec le Pr Philippe Chavatte,
Therapeutic Innovation Targeting Inflammation, autre équipe du LIRIC ;
 La Cellule Endothéliale Glomérulaire humaine (GECh) est cultivée au laboratoire ;
 Nous avons développé la culture de C.elegans il y a plus d’un an dans notre
laboratoire et nous recrutons un ingénieur de recherche (Lille2) « C.elegans » au 1 er
octobre 2016. Nous collaborons étroitement avec une équipe internationale proche,
celle du Pr Bart BRAECKMAN qui a une expertise d’excellence sur ce modèle
d’étude C. elegans : laboratory for Aging Physiology and Molecular Evolution,
Department of Biology (Ghent University, Ghent, Belgium) ;
 Les souris C57BL/6 dont le gène codant pour RAGE a été invalidé (RAGE-/-) sont
utilisées par notre équipe à Lille depuis 2010 dans le cadre d’une collaboration avec
le Pr Ann-Marie Schmidt, Diabetes Research Program, Endocrinology Department,
NYU Langome Medical Center (New York University, NYC, NY, USA).
Financement
L’équipe a obtenu un budget de 150k€ (50k€/an sur 3 ans) pour les frais de
fonctionnement/équipement de ce projet « Vieillissement rénal accéléré par la glycation
alimentaire: Implication du RAGE » (Dons/Fondation DigestScience).
Conclusion
Le projet s’efforcera d’élucider les étapes mécanistiques entre la CML, le RAGE et
l’accélération du vieillissement rénal notamment la sclérose glomérulaire, l’amylose sénile et
les gouttelettes lipidiques tubulaires. L’effet anti-aging de la modulation de RAGE sera une
étape majeure du projet.
Nous pensons que les AGE alimentaires sont impliqués, via RAGE, dans les processus de
vieillissement et qu’un régime adapté (pauvre en AGE) peut ainsi ralentir l’évolution de la
maladie rénale chronique notamment mais également le vieillissement des nombreux
organes cibles vasculaires : vaisseaux, cerveau et cœur.
Notre équipe rassemble les expertises, les compétences et le financement pour atteindre les
objectifs de ce projet qui a pour ambition de démontrer que la glycation alimentaire accélère
le vieillissement et que RAGE peut être une nouvelle cible « anti-aging ».
1. Bolignano D., Mattace-Raso F., Sijbrands E.J., Zoccali C. The aging kidney revisited: a systematic
review. Ageing Res Rev. 2014;14:65–80.
2. Choudhury D., Levi M. Kidney aging--inevitable or preventable? Nat Rev Nephrol.2011;7:706–17.
3. Landais P. Actualités Néphrologiques. 2009 : 55-70.
4. Monsivais P., Drewnowski A.The rising cost of low-energy-density foods. J Am Diet Assoc.
2007;107:2071-6.
5. Tanji N., Markowitz G.S., Fu C., Kislinger T., Taguchi A., Pischetsrieder M., Stern D., Schmidt
A.M., D'Agati V.D. Expression of advanced glycation end products and their cellular receptor
RAGE in diabetic nephropathy and nondiabetic renal disease. JASN. 2000;11:1656–66.
6. Grossin N., Auger F., Niquet-Leridon C., Durieux N., Montaigne D., Schmidt A.M., Susen S., Jacolot
P., Beuscart J.B., Tessier F.J., Boulanger E. Dietary CML-enriched protein induces functional
arterial aging in a RAGE-dependent manner in mice. Mol Nutr Food Res. 2015;927-938.
7. Bonomo L.de F., Silva D.N., Boasquivis P.F., Paiva F.A., Guerra J.F., Martins T.A., de Jesus Torres
A.G., de Paula I.T., Caneschi W.L., Jacolot P., Grossin N., Tessier F.J., Boulanger E., Silva M.E.,
Pedrosa M.L., Oliveira R.de P. PLoS One. Açaí (Euterpe oleracea Mart.) Modulates Oxidative
Stress Resistance in Caenorhabditis elegans by Direct and Indirect Mechanisms. 2014;9:e8993
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Kidney ageing accelerated by dietary AGEs:
Role of RAGE
Team « Glycation, from Inflammation to Aging »
Lille Inflammation Research International Center, LIRIC/UMR995
Prof. Eric BOULANGER (MD, PhD)
Faculty of Medicine, Research Branch
University of Lille, France
I. State of the art:
Kidney is very sensitive to ageing and two thirds of the population show a potentially
deleterious physiologic renal ageing. There is a 40 % decrease of the glomerular filtration
rate (GFR) from 30 to 80 years old [1], showing a progressive decline of the renal function.
Common cardiovascular risk factors are known to accelerate kidney ageing (diabetes,
arterial hypertension, smoking...) but in spite of their better control, physiologic renal ageing
is still unavoidable [2]. Then, it is essential to identify new factors, especially environmental
factors, to slow down the evolution of chronic renal disease (CRD) and its consequences.
Among them, the use of dialysis has a huge social and human cost (50,000 to 82,000
€/patient/year following dialysis modalities) [3].
Following our preliminary results, we suggest that some products formed during cooking
(Advanced Glycation EndProducts, AGEs), environmental dietary factors, accelerate renal
ageing in particular through the receptor RAGE (Receptor for AGEs). AGEs are molecules
created by an irreversible bounding of a protein and a sugar that have either: 1/ an
endogenous origin such as in diabetes, renal insufficiency itself and ageing. 2/ an exogenous
and dietary origin, formed during some cooking processes. These dietary AGEs are widely
spread in our current diet called « western diet » [4]. They can be found during cooking or
food processes involving high temperature steps such as breakfast cereals, biscuits, UHT
milk/dairy products, grilled and fried food, roasting...
Endogenous AGEs toxicity is well described, essentially in diabetic nephropathy [5],
suggesting a potentially similar effect of dietary AGEs which has yet to be studied.
II. State of the subject in our team/ Preliminary results:
Our team, expert in « GLYCATION », showed in wildtype C57BL/6 mice that an AGE-rich diet
leads, through RAGE and already starting from 9 months old, to an endothelial dysfunction
and an increased aortic stiffness linked to a premature arterial ageing [6].
We show (paper under review) that following a diet (6 weeks) enriched with C13 labeled
AGEs (carboxymethyllysine, 13CML, most affine ligand for RAGE), there is a high
accumulation of CML in various tissues and clearly predominating in C57BL/6 mice kidney
(fig. 1).
Fig. 1 : Dietary 13CML accumulation in mice C57BL/6 mice.
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Preliminary results obtained in C57BL/6 mice (WT and RAGE-/-) show that a CML-rich diet
during 18 months leads to an acceleration of renal glomerulosclerosis in addition to important
amyloid deposits (p<0,01 versus control diet). In all likelihood, these amyloid deposits
suggest a senile amyloidosis accelerated by dietary AGEs. The important presence of tubular
lipid droplets confirms the renal premature ageing hypothesis. RAGE-/- mice are protected
against this glomerular and tubular premature ageing caused by dietary AGEs.
III. The aim of our project is to study mechanisms of kidney ageing accelerated by
the RAGE/dietary AGE interaction answering to the following questions:
 What are the ageing mechanisms induced by dietary CML?
Is dietary CML glomerular filtration RAGE-dependent?
What is the type of the renal senile amyloidosis accelerated by dietary CML?
 What is the role of RAGE in renal ageing?
Can renal ageing be prevented by a RAGE inhibitor?
IV. Methodology research project program:
We suggest to achieve our goal and to answer to the previous question using 3 models:
The human Glomerular Endothelial Cell (GEnCh) will allow us to study the effect of
CML on renal filtration of amyloid proteins with an in vitro model (Transwell).
As a model of ageing studies, Caenorhabditis elegans (C.elegans) [7] will be used to
study pathways activated by premature ageing and oxidation following CML
exposure.
C57BL/6 mice (WT and RAGE-/-) will undergo 3 different diets: control diet, low-CML
diet or high-CML diet. An inhibitor of RAGE (FPS-ZM1), that we currently have in our
laboratory, will be used in a fourth group. Renal ageing will be studied using
functional, structural and molecular markers. Qualitative analysis of renal senile
amyloidosis induced by the RAGE/AGE interaction.
V. Expected results
This project will lead to a better understanding of the renal metabolism of AGEs, especially
dietary CML. In vitro steps will allow us to estimate the role of RAGE in CML glomerular
filtration. Additionally, the research of specific ageing markers will give us the opportunity to
describe more precisely the mechanisms occurring between CML on the one hand and
glomerular sclerosis and lipid deposits on the other hand. Each of them corresponds to
established structural modification occurring during renal ageing. Finally, highlighting a renal
senile amyloidosis accelerated by dietary CML (based on preliminary results), will lead us to
characterize these amyloid deposits that seem to be RAGE-dependent. Then, we should be
able to suggest a new « anti-ageing »’ target using RAGE-/- mice and RAGE inhibitors.
VI. Feasibility
Expertise:
Our team has an excellent expertise in « GLYCATION ». Pr. Éric Boulanger (NephrologyAgeing Biology) is the national referee regarding physiopathology of ageing associated to
glycation and the implication of RAGE. Pr. Frédéric Tessier is the national referee regarding
analytical chemistry of Glycation.
Material and methods:
We produce and analyze every glycation product (LC/MS-MS, CUMA-faculty of
Pharmacy);
The inhibitor of RAGE (FPS-ZM1) is commercialized. Also, we are developing other
RAGE inhibitors in collaboration with Pr. Philippe Chavatte, Therapeutic Innovation
Targeting Inflammation, other LIRIC team;
The human Glomerular Endothelial Cell (GEnCh) is harvested in our laboratory ;
We developed C.elegans harvesting more than a year ago in our laboratory and we
are hiring a research engineer (Lille2) « C.elegans », starting the 1st of October 2016.
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We work in tight collaboration with a close international team lead by Pr. Bart
BRAECKMAN who has an excellent expertise on C.elegans: laboratory for Aging
Physiology and Molecular Evolution, Department of Biology (Ghent University, Ghent,
Belgium) ;
C57BL/6 mice mutated for the gene coding for RAGE (RAGE-/-) are used by our team
in Lille since 2010, involving a collaboration with Pr. Ann-Marie Schmidt, Diabetes
Research Program, Endocrinology Department, NYU Langome Medical Center (New
York University, NYC, NY, USA).
Fundings
The team obtained 150k€ budget (50€k/year for 3 years) for operating costs/equipment of
this project « Kidney ageing accelerated by dietary AGEs: Role of RAGE »
(Donations/DigestScience Foundation).
Conclusion
The project will try to unravel the mechanistic steps between CML, RAGE and premature
renal ageing, essentially glomerular sclerosis, senile amyloidosis and tubular lipid droplets.
Anti-ageing effect resulting from RAGE modulation will be a major step of this project.
We think that dietary AGEs are involved, via RAGE, in processes of ageing and that an
adapted diet (low in AGEs) can slow down the evolution of chronic renal disease but also
ageing of numerous targeted vascular organs: vessels, brain and heart.
Our team gathers expertises, competencies and fundings to achieve the goals of this project
which aims to show that dietary glycation accelerates ageing and that RAGE can be a new
« anti-ageing » target.
1. Bolignano D., Mattace-Raso F., Sijbrands E.J., Zoccali C. The aging kidney revisited: a systematic
review. Ageing Res Rev. 2014;14:65–80.
2. Choudhury D., Levi M. Kidney aging--inevitable or preventable? Nat Rev Nephrol.2011;7:706–17.
3. Landais P. Actualités Néphrologiques. 2009 : 55-70.
4. Monsivais P., Drewnowski A.The rising cost of low-energy-density foods. J Am Diet Assoc.
2007;107:2071-6.
5. Tanji N., Markowitz G.S., Fu C., Kislinger T., Taguchi A., Pischetsrieder M., Stern D., Schmidt
A.M., D'Agati V.D. Expression of advanced glycation end products and their cellular receptor
RAGE in diabetic nephropathy and nondiabetic renal disease. JASN. 2000;11:1656–66.
6. Grossin N., Auger F., Niquet-Leridon C., Durieux N., Montaigne D., Schmidt A.M., Susen S., Jacolot
P., Beuscart J.B., Tessier F.J., Boulanger E. Dietary CML-enriched protein induces functional
arterial aging in a RAGE-dependent manner in mice. Mol Nutr Food Res. 2015;927-938.
7. Bonomo L.de F., Silva D.N., Boasquivis P.F., Paiva F.A., Guerra J.F., Martins T.A., de Jesus Torres
A.G., de Paula I.T., Caneschi W.L., Jacolot P., Grossin N., Tessier F.J., Boulanger E., Silva M.E.,
Pedrosa M.L., Oliveira R.de P. PLoS One. Açaí (Euterpe oleracea Mart.) Modulates Oxidative
Stress Resistance in Caenorhabditis elegans by Direct and Indirect Mechanisms. 2014;9:e8993
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