Identification et caractérisation des molécules de la matrice organique de la nacre de l'huître Pinctada margaritifera, actives sur les cellules de la lignée ostéoclastique

Identification and characterization of Pinctada margaritifera nacre organic matrix molecules, active on the osteoclastic cells

• Auteur / Autrice : Denis Duplat
• Direction : Evelyne Lopez, Christian Milet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Saïd Kamel, Pierre Jurdic, Daniel Sellos, Evelyne Lopez, Christian Milet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Cohen-Solal, Denis Allemand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Huître perlière à lèvres noires

Cathepsine K

Ostéoblastes

Ostéoclastes

Minéralisation (biologie)

Nacre

Résumé

La nacre comme l'os est une structure squelettique biominéralisée, composée d'une matrice organique et de minéral. Il a été démontré que la nacre de la coquille de l'huître Pinctada margaritifera contient dans sa fraction organique des molécules hydrosolubles qui stimulent l'activité du tissu osseux en agissant sur la différenciation des ostéoblastes (cellules formatrices d'os) et la minéralisation. Nous avons démontré dans cette étude que la matrice organique de la nacre contient également des molécules signal actives sur les cellules de la lignée ostéoclastique ce qui explique l'activité de la nacre sur le remodelage osseux. Les résultats font apparaître trois groupes de molécules d'intérêt: des molécules de faibles masses moléculaires apparentes qui stimulent la différenciation des ostéoclastes; des molécules associées à une fraction de haute masse moléculaire apparente qui inhibent la différenciation des ostéoclastes et des molécules inhibitrices de protéases à cystéine et particulièrement de la cathepsine K humaine, protéase essentielle de la résorption ostéoclastique. Au total, 15 protéines spécifiquement exprimées par les cellules responsables de la biominéralisation de la nacre sont caractérisées : 13 protéines de structure de la matrice organique de la nacre et 2!protéines intracellulaires impliquées dans la régulation de la biominéralisation, l'une au niveau de la mobilisation du calcium et l'autre par une activité inhibitrice de protéases. Les séquences des protéines de structure caractérisées suggèrent qu'elles possèderaient d'intéressantes propriétés d'agrégation et participeraient de ce fait à la réticulation de la trame organique de la nacre et à l'adsorption de molécules de faible masse moléculaire, mobilisables et porteuses de l'activité biologique. Le potentiel d'application de ces recherches dans les domaines industriels liés à la santé a conduit à la protection des molécules valorisables par le dépôt de 3 brevets

Mother-of-pearl, from the shellfish Pinctada margaritifera, like bone in vertebrates is made-up of an organic matrix and mineral. Nacre water-soluble organic matrix was previously shown, by in vitro and in vivo experiments, to contain signal molecules that stimulate bone tissue, especially osteoblastic differentiation and mineralization. These studies demonstrate the presence of signal molecules, in the nacre organic matrix, active on osteoclasts, the bone resorbing cells, explaining the outcome of bone remodeling. Nacre water-soluble matrix contains 3 groups of significant molecules: low-molecular weight molecules stimulating osteoclastic differentiation, molecules within the high-molecular weight fraction of nacre organic matrix inhibiting osteoclastic differentiation and molecules inhibiting cysteine proteases and particularly cathepsin K, the main hydrolytic protease in bone resorbing cells. Fifteen proteins specifically expressed by the nacre-forming cells have been characterized : 13!proteins scaffolding the nacre organic matrix and 2 proteins involved in the control of biomineralization, calcium transport and protease inhibition. The matrix proteins characterized in these studies can form aggregates and thus contribute in threading the cross-linked network of the nacre organic matrix and in maintaining inside, the diffusible low-molecular weight molecules bearing the biological activity. The high rate of valuation of this research for health industry leads to the deposit of 3 patents