I meccanismi che determinano l’invecchiamento sono molteplici; uno particolarmente interessante è la glicazione non enzimatica che porta alla produzione di prodotti finali di glicazione avanzata (AGE) correlati all’età. Essi, una volta formati, sono generalmente irreversibili. Sono collegati a malattie cardiovascolari, a metastasi tumorali, nonché all’irrigidimento dei tessuti. Gli AGE si accumulano lentamente soprattutto su proteine con lenti tassi di turnover come il collagene. Ovviamente livelli alti di glucosio ematico (diabete) determinano un accumulo più rapido di AGE. Questo processo di glicazione contribuisce al deterioramento dell’integrità strutturale e delle proprietà meccaniche del collagene. Il collagene è una proteina a tripla elica presente nella matrice extracellulare che fornisce supporto, elasticità e stabilità ai tessuti. Nel corpo umano il collagene di tipo I è quello maggiormente presente.

La formazione di AGE avviene tramite reazione di Maillard, la stessa che rende dorati pane e carne con la cottura. Gli zuccheri riducenti (in vivo, principalmente il glucosio) reagiscono con i gruppi amminici degli amminoacidi (tipicamente lisina ed arginina) formando legami crociati ed addotti. I collageni di persone anziane mostrano i segni di decenni di AGE accumulati che si manifestano come legami incrociati intramolecolari e intermolecolari. Queste modifiche determinano l’irrigidimento di fibrille e tendini ed alterano la stabilità termica e la suscettibilità proteolitica.

Uno studio recente è stato effettuato inducendo AGE nel collagene solubile incubandolo con ribosio a differenti concentrazioni e per diverse frazioni di tempo, osservando poi gli effetti degli AGE sul collagene. Sono state effettuate osservazioni in immuno fluorescenze. Si è osservato una diminuzione della mobilità elettroforetica nelle bande di collagene che indicano un aumento della massa dovuta alla glicosilazione. Si osservava inoltre un aumento della reticolazione direttamente proporzionale alle concentrazioni di ribosio. Mentre questi risultati si osservano dopo un anno di incubazione, i cambiamenti della mobilità si osservano nel giro di due settimane.

La suscettibilità alla digestione con tripsina è stata utilizzata per sondare gli effetti degli AGE sulla stabilità della tripla elica del collagene. I risultati dimostrano chiaramente una maggiore suscettibilità alla digestione con l’aumento della glicazione. Pertanto si può affermare che la glicazione destabilizza il collagene a livello molecolare. Per indagare ulteriormente la destabilizzazione indotta dalla glicosilazione, è stata utilizzata la spettroscopia di dicroismo circolare per valutare la struttura e la stabilità termica del collagene. Si è osservata una significativa perdita di stabilità termica dovuta alla glicosilazione.

Alla luce di questi risultati, per cui le molecole di collagene glicate hanno una stabilità ridotta, si è valutata l’impatto delle proprietà meccaniche di queste molecole, determinando la loro lunghezza di persistenza, che è una misura della rigidità alla flessione. Utilizzando la microscopia a forza atomica (AFM), si è osservato che la lunghezza di persistenza del collagene è maggiore dopo la glicosilazione.

L’impatto della glicosilazione sulla capacità del collagene di autoassemblarsi in fibrille è stato studiato utilizzando la microscopia a contrasto di interferenza differenziale (DIC). L’autoassemblaggio del collagene di controllo non glicato in matrici fibrillari è facilmente discernibile con la microscopia DIC; al contrario il collagene glicato non ha subito autoassemblaggio in fibrille.

Conclusioni

In questo studio, il collagene è stato incubato con ribosio pe introdurre prodotti finali di glicosilazione avanzata (AGE). Sebbene il glucosio sia lo zucchero maggiormente coinvolto nella glicosilazione, si è utilizzato il ribosio che induce effetti di glicosilazione simili ma molto più rapidamente.

La glicosilazione è stata valutata con due metodi complementari: misurazioni della fluorescenza a lunghezza d’onda specifiche per AGE e monitoraggi dei cambiamenti della mobilità elettroforetica.

Si è rilevato che l’incubazione con ribosio ha prodotto un aumento dose dipendente degli AGE ed una diminuzione della mobilità delle catene di collagene all’elettroforesi.

Una volta stabilito che i campioni di collagene erano stati modificati chimicamente, si è studiato l’effetto degli AGE sulla struttura e la stabilità della tripla elica di collagene. Studi di dicroismo circolare (CD) hanno mostrato che la struttura a tripla elica del collagene viene mantenuta a temperatura ambiente dopo la glicazione ma la sua stabilità termica diminuisce.

Sebbene la struttura a tripla elica e il collagene sia poco alterata dalla glicosilazione si è osservata una maggiore suscettibilità alla digestione da parte della tripsina. Tale effetto è direttamente proporzionale alla dose di ribosio utilizzata. In effetti la tripsina scinde esclusivamente i residui c-terminali di lisina ed arginina, che sono i residui primari presi di mira dalla glicosilazione.

Sintetizzando gli effetti della glicosilazione sulla struttura, sulla stabilità e sulla meccanica possiamo dire che la struttura a tripla elica viene mantenuta sebbene diventi più suscettibile alla proteolisi e meno stabile termicamente; inoltre la sua rigidità alla flessione aumenta il che significa che la sua flessibilità è ridotta dalla glicosilazione.

Bibliografia

·        AGEing of collagen: The effects of glycation on collagen’s stability, mechanics and assembly,

Daniel Sloseris, Nancy R. Forde; Matrix Biology, Volume 135, February 2025, Pages 153-160

Dott. Mariano Saviano - Specialista in Dermatologia e Venereologia – Coordinatore Gruppo Adecanews ADECA

Dott.ssa Flora De Natale - Specialista in Dermatologia e Venereologia - Vicepresidente ADECA

Dott.ssa Elena Fiorentini - Specialista in Dermatologia e Venereologia – Coordinatore Gruppo Dermatologia Rigenerativa ed Estetico Correttiva - ADECA