Synthèse du collagène

Transcription génique — Signalisation TGF-β et facteurs de croissance

L'expression des gènes du collagène est régulée principalement par le facteur de croissance transformant bêta (TGF-β), une cytokine jouant un rôle central dans la fibrose, la cicatrisation et la réparation tissulaire. Le TGF-β se lie à son complexe récepteur (TGF-βR1 et TGF-βR2) sur les fibroblastes, déclenchant la phosphorylation des facteurs de transcription SMAD2 et SMAD3. Les SMADs phosphorylés forment un complexe avec SMAD4 et se transloquent vers le noyau, où ils se lient aux éléments de réponse Smad dans les promoteurs de COL1A1 (chaîne alpha-1 du collagène de type I) et COL1A2 (chaîne alpha-2 du collagène de type I), entraînant leur transcription. Il a été montré que GHK-Cu module la signalisation TGF-β et active de multiples gènes liés au collagène — des études d'expression génique ont identifié des centaines de gènes différentiellement exprimés dans des fibroblastes traités par GHK-Cu, les gènes de synthèse pro-collagène figurant parmi les plus constamment surexprimés. D'autres facteurs de transcription, dont SP1 et AP-1, régulent également l'activité des promoteurs du collagène et sont influencés par la contrainte mécanique, les facteurs de croissance et les stimuli peptidiques.

Traduction du pré-procollagène et entrée dans le réticulum endoplasmique

Les ARNm du collagène sont traduits par les ribosomes en chaînes de pré-procollagène — de grandes molécules précurseurs contenant un peptide signal (les dirigeant vers le réticulum endoplasmique), un N-propeptide, le domaine en triple hélice (composé principalement de triplets répétés Gly-X-Y) et un C-propeptide. Le peptide signal est clivé de manière co-traductionnelle au fur et à mesure que la chaîne entre dans la lumière du RE, produisant des chaînes alpha de procollagène. La séquence répétée Gly-X-Y est fondamentale pour la formation de la triple hélice : la glycine — le plus petit acide aminé — doit occuper toutes les troisièmes positions pour s'insérer à l'intérieur de la triple hélice ; X est fréquemment la proline et Y est fréquemment l'hydroxyproline.

Hydroxylation — l'étape cuivre-dépendante

Au sein du RE, les chaînes alpha de procollagène subissent d'importantes modifications post-traductionnelles. La plus critique est l'hydroxylation des résidus proline et lysine par les enzymes prolyl hydroxylase et lysyl hydroxylase. Ces réactions nécessitent de l'oxygène moléculaire, de l'alpha-cétoglutarate, du fer ferreux (Fe²⁺) et de la vitamine C (ascorbate) comme cofacteurs. L'hydroxyproline est indispensable à la stabilité thermique de la triple hélice — sans hydroxylation adéquate, la triple hélice ne peut se former stablement à la température corporelle, provoquant l'insuffisance du tissu conjonctif caractéristique de la carence en vitamine C (scorbut). L'hydroxylysine sert de point d'attache pour la glycosylation (galactose et glucose liés en O) et, de manière cruciale, fournit le substrat à la lysyl oxydase — l'enzyme de réticulation cuivre-dépendante opérant dans la matrice extracellulaire. La composante cuivre de GHK-Cu soutient l'activité des enzymes cuivre-dépendantes tout au long de cette voie, et la structure de tripeptide vecteur est supposée améliorer la disponibilité intracellulaire du cuivre sans la toxicité associée aux ions cuivre libres.

Formation de la triple hélice et assemblage du procollagène

Une fois hydroxylées et glycosylées, trois chaînes alpha de procollagène s'auto-assemblent en triple hélice — un processus qui débute à l'extrémité du C-propeptide et se « zippe » vers le N-terminus. Des chaperons moléculaires du RE (notamment Hsp47, un chaperon spécifique du collagène) facilitent l'assemblage correct et préviennent l'agrégation prématurée. La molécule de procollagène en triple hélice assemblée est ensuite conditionnée dans des vésicules dérivées du RE pour être transportée à travers l'appareil de Golgi, où des modifications supplémentaires ont lieu, avant d'être sécrétée dans l'espace extracellulaire par exocytose.

Clivage des propeptides et assemblage des fibrilles

Après sécrétion, les N- et C-propeptides sont clivés du procollagène par des métalloprotéases spécifiques (ADAMTS-2, -3 pour le N-propeptide ; BMP-1 pour le C-propeptide), le convertissant en tropocollagène — l'unité monomérique fondamentale de la fibre de collagène. Les molécules de tropocollagène s'auto-assemblent spontanément en fibrilles de collagène par des interactions hydrophobes, les molécules voisines étant décalées d'un pas caractéristique de 67 nm (période D) qui génère les bandes transversales visibles en microscopie électronique. Il a également été montré que GHK-Cu surexprime la production de fibronectine et la synthèse de glycosaminoglycanes — tous deux composants de la matrice extracellulaire qui constituent l'échafaudage dans lequel s'intègrent les fibres de collagène.

Réticulation — Lysyl oxydase et cuivre

La dernière étape de la maturation du collagène est la réticulation covalente entre les molécules de collagène adjacentes, catalysée par la lysyl oxydase (LOX) — une amine oxydase cuivre-dépendante qui convertit les résidus lysine et hydroxylysine en aldéhydes réactifs (allysine et hydroxyallysine). Ces aldéhydes se condensent spontanément avec des résidus lysine ou hydroxylysine adjacents pour former des réticulations covalentes stables. La réticulation est ce qui transforme un assemblage mécaniquement fragile de fibres en le réseau de collagène à haute résistance à la traction que l'on trouve dans les tendons, les os et le derme. Sans activité de la lysyl oxydase — comme en cas de carence en cuivre ou avec des inhibiteurs spécifiques de LOX — les fibrilles de collagène se forment mais sont dépourvues des réticulations qui confèrent la résistance mécanique. Comme la lysyl hydroxylase (étape 3) et la lysyl oxydase (étape 6) sont toutes deux cuivre-dépendantes, la disponibilité du cuivre biologiquement utilisable gouverne directement la qualité mécanique du collagène. La contribution la plus importante de GHK-Cu à cette voie pourrait être de soutenir les étapes cuivre-dépendantes aux deux extrémités du processus.