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Séance thématique de l’ ACADÉMIE NATIONALE DE PHARMACIE
« Glycation des protéines - La réaction de MAILLARD »
Mercredi 22 janvier 2014
Identification et dosage des produits
avancés de glycation, aussi appelés AGEs
Applications à la chimie des aliments transformés
et à la biologie humaine
Frédéric J Tessier Enseignant-Chercheur en Chimie Analytique et Nutrition (PhD & HDR)
frederic.tessier@lasalle-beauvais.fr
Institut Polytechnique LaSalle Beauvais, Unité EGEAL
FJ Tessier : liens d'intérêt
Contrats institutionnels d'évaluation ou de prestations intellectuelles
et/ou participation à des comités d'experts ou à des séminaires (sans
rémunération à titre personnel) :
Prodietic, Biostime, Nutrition Santé, ULICE-Limagrain, La Gerbe d’Or,
Laiterie d’Isigny, CELNAT, ANIA, CNIEL, APRIFEL, CNIPT, L’alliance 7,
SEB, TEFAL, Fond Français Alimentation & Santé , PILEJE, Cuisinez
Juste, Candia, Elementa, AFDN, IMARS, Eurofoodchem, Cocotea
Dès 1912, Maillard faisait l’hypothèse
que cette réaction chimique
devait être impliquée dans :
Modification des nutriments pendant la cuisson des aliments
Formation de carbonates durant l’humidification abiotique des substances humiques du sol
Modification des protéines, in vivo, catalysée par l’hyperglycémie des sujets
diabétiques
Hodge, J. E. (1953).
“Chemistry of browning
reactions in models systems.”
JAFC 1(15): 928-943
Pourquoi s’intéresser à la réaction de Maillard ?
Modifications (bénéfiques ou néfastes) des nutriments
pendant la transformation thermique des aliments
Modifications chimiques des protéines, in vivo,
catalysées par l’hyperglycémie des sujets diabétiques
Pourquoi s’intéresser à la réaction de Maillard ?
MRPs e.g. pyrazines, acrylamide…
AGEs
e.g. carboxyméthyllysine
Nomenclature
« Glycation »
Grandes découvertes associées au
développement d’outils analytiques
Tessier (2010) Pathologie Biologie, 58, 214-219
Quels effets
pathogènes ?
Quelle contribution
relative de ces deux
sources d’AGEs ?
AGEs et
autres MRPs
alimentaires
AGEs formés
in vivo
Pourquoi s’intéresser à la réaction de Maillard ?
Structures chimiques
de quelques AGEs
CH2 NHNH C
O
NH2
NH2
NH
NH
N NH
N
NH+
NH CH2 COOH
NHNH
CH3
+
H
H
N
NCH3
CH3
OHNH
Lysine Arginine
Pentosidine
Vesperlysine A CML
MOLD
Argpyrimidine
GOLA
Hémoglobine Glyquée
Carboxyméthyl-lysine
Pentosidine
Acrylamide
NH CH2 COOH
N NH
N
NH+
CH2
NH2
O
Hémoglobine Glyquée
‘Glycated hemoglobin, not glycosylated or glucosylated’ Roth, 1983, Clin Chem, 29, p1991
‘The product of glycation is a glycoprotein, or, in the special case of the
reaction with hemoglobin, glycohemoglobin. When appropriate, a more
precise name such as deoxyfructosylhemoglobin may be used’ Sharon, 1986, Eur. J. Biochem 159, p1-6
1955, Science : « New hemoglobin in normal adult blood »
1957, J Clin Invest : « …Minor basic hemoglobin … »
1958, J Am Chem Soc: « …heterogeneity of normal adult …hemoglobin …»
1949, Archives of biochemistry : « The browning reaction of proteins with glucose »
1954, Nature : « A browning reaction between thiamine and glucose »
1956, Biochem J : « Non-enzymatic browning: the reaction between D-glucose and
glycine…. »
Spectroscopic examination
Electrophoretic separation
J Clin Invest 1957;36:1615-25
Carboxyméthyl-lysine NH CH2 COOH
Premier AGE identifié in vivo et dans les aliments
Encore l’un des AGEs les plus étudiés
Poly-Lysine Glucose + =
Identification of Nε-carboxymethyllysine as a degradation
product of fructoselysine in glycated protein (Ahmed, Thorpe &
Baynes, J Biol Chem)
1986
Carboxymethyllysine, a new compound of heat damage in
milk products (Buser & Erbersdobler, Milchwiss) 1986
Découverte de la CML
Identification of Carboxymethyllysine: A new Maillard
reaction product, in rat urine (Liardon et al., JAFC) 1987
Hydrolyse
Acide
Analyse d’acides aminés
par HPLC et GCMS
Conditions physiologiques
ELISA
NH2
(CH2)4
COOH
NH
HOOC
HPLC-
Fluo GC-MS GC LC-MS/MS
Review : Ames J.M. Ann. N.Y. Acad. Sci. (2008) 1126, 20
Method
of choice
Méthodes analytiques pour la
quantification de la CML dans les
aliments et les échantillons biologiques
Niquet-Léridon & Tessier, 2011,
Food Chemistry, 126, 655-663
Imm
un
oh
isto
ch
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E;A
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-F)
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les
ion
s.
L’anticorps monocolonal anti-AGE (6D12) a pour structure épitopique la
CML et la CEL liées aux protéines.
Il existe aussi des anticorps monoclonaux spécifiques à différents AGES.
Miyata et al.,
Kidney International (1999) 56, S54-6
Techniques immuno-chimiques pour la
quantification de la CML dans les
échantillons biologiques
ELISA Immuno-histo-chimie Technical note. The serum concentration of the
advanced glycation end-product N epsilon-
(carboxymethyl)lysine is increased in uremia.…An
antibody used in a previous study…recognizes CML as
its major epitope. …..significant correlation between the
concentration of AGEs in serum measured by ELISA and
a GC/MS assay for CML in serum proteins. …ELISA
assays for CML should be useful for the clinical
measurement of AGEs in serum proteins.
(Kidney Int. 1997 52:1064-7)
Standardizing the immunological measurement of
advanced glycation endproducts using normal
human serum. ….. This suggests that in vitro AGE-
modified proteins might not be appropriate standards
for AGEs that occur naturally in vivo….. (J Immunol
Methods. 1997 207:79-88)
Goldberg et al.,J Am Diet Assoc.(2004)104,1287
(2)
? ELISA
Techniques immuno-
chimiques pour la
quantification de la CML
dans les ALIMENTS
0
5
10
15
20
25
CM
L (
µg
/g o
r m
L o
f fo
od
)
0
50
100
150
200
250
300
CM
L (
kU
/g o
r m
L o
f fo
od
)
ELISA
LC-MS/MS
Teneur en CML dans une sélection d’aliments
Fats Proteins Carbs
Overestimation
Underestimation
Goldberg et al J Am Diet
Assoc. 2004;104:1287-1291
Uribarri et al J Am Diet
Assoc. 2010; 110: 911-916
Jacolot, Léridon & Tessier,
Unpublished data
Données confidentielles non publiées
Pentosidine N N
H
N
NH+
Premier AGE « crosslink » identifié in vivo
Lysine Sucres
réducteurs + =
Structure elucidation of a senescence cross-link from
human extracellular matrix (Sell & Monnier, J Biol Chem)
1989
Découverte de la Pentosidine
Hydrolyse Acide Analyse par
HPLC-Fluorescence
Conditions physiologiques
Arginine +
N NH
N
NH+
(acid stable fluorescent AGE)
Pentosidine
NH2
NH2
NH
NH
N NH
N
NH+
N
NCH3
CH3
OHNH
Lysine Arginine
Pentosidine
Vesperlysine A
Argpyrimidine
Autres AGEs fluorescents
Cristallins
Non-diabétiques
Diabétiques
Tessier et al (1999) J. Biol. Chem., 274(30), 20796-20804
fluorescence@varianinc.com
Librairie de spectres Raman
(Alan Stitt, 2008, Belfast, UK)
AFR : the noninvasive autofluorescence reader
(AJ Smit, 2005, the Netherlands)
Fluorescence
de la peau
[AGEs] Pentosidine
CML
Complications
du diabète
Risques
cardiovasculaires
Corrélé Corrélé
Udo Mulder, 2007
Sujets sains et jeunes
Udo Mulder, 2007
Méthodes indirectes non invasives
CH2
NH2
O
Acrylamide
Source : Science & Vie (Février 2003)
CH2
NH2
O
Formation
de
l’acrylamide (major pathway)
(Minor pathways :
from acrolein, acrylic
acid wheat gluten…)
Acrylamide
Asp G
H2O
Asp G
G
Asparagine libre
CH2
NH2
O
Définition donnée par l’ANSES (2011) :
Composé Néoformé
Substance indésirable pouvant apparaitre
lors du traitement thermique industriel ou
domestique (cuisson…)
21 substances néoformées : l’acrylamide, formé lors du procédé de
transformation alimentaire, et 20 congénères d’hydrocarbures aromatiques
polycycliques (HAP), d’origine environnementale (combustion) ou formés lors du
procédé de transformation alimentaire (séchage, fumaison, cuisson)
L’ acrylamide
Génotoxique (métabolisation en
glycidamide)
Cancérogène Classé 2A par l’IARC (1994) « probablement cancérogène pour l’homme »
Données épidémiologiques insuffisantes
ou contradictoires
Neurotoxique à fortes doses
We found no consistent or credible evidence
that dietary acrylamide increases the risk of
any type of cancer in humans, either overall or
among nonsmokers. In particular, the collective
evidence suggests that a high level of dietary
acrylamide intake is not a risk factor for breast,
endometrial, or ovarian cancers, which have
generated particular interest because of a
conjectured hormonal mechanism of acrylamide.
Moreover, the absence of a positive association
between smoking and ovarian and endometrial
cancers suggests that any association of these
cancers with the much lower, more sporadic
dietary acrylamide intake is unlikely.
Acrylamide & Cancer
European Journal of
Cancer Prevention
2012, 21:375–386
The Joint FAO/WHO Expert Committee on
Food Additives noticed that the
epidemiological studies did not provide
any consistent evidence that dietary
exposure to acrylamide is associated with
cancer in humans
JECFA, 2011. WHO Technical Report- Series 959
1 portion/week (200g)
France (ICARE clinical study)
Students (18-24y)
(1) Tessier et al. Amino Acids 2012
(2) Sirot et al. Food and Chemical Toxicology 2012
(3) Loaëc et al. Food Additives & Contaminants 2014
Estimation de la contribution
relative des aliments
à l’exposition à l’acrylamide
Pain, céréales petit dej., viennoiseries 6%
Pain, céréales petit dej., viennoiseries 5%
Biscuits, pâtisseries, gâteaux 10%
Biscuits, pâtisseries, gâteaux 19%
Pommes de terre sautées, frites 45%
Pommes de terre sautées, frites 61%
Café, Chicorée 30%
Chips 4%
Chips 2%
Autres7%
Autres11%
France
Adult population (18-79y)
France
Children population (3-17y)
(2)
(1)
Sans les boissons
(3)
Acrylamide,
hydroxymethylfurfural and
Nε-carboxymethyl-lysine in
coffee substitutes and
instant coffees
Produits
préparés au
domicile ou
dans les
restauration
Produits agro-
alimentaires
“Advices on good practices for household consumers
or catering and restaurant processors could have an
impact on dietary exposure to acrylamide” (1)
(1) Capuano & Fogliano, food science and technology 44, 2011, 793-810
50% 50%
Contribution relative à
l’exposition à l’acrylamide Cuisson domestique et cuisson industrielle
600
1000
150
400
500
450
900
80
250
100
% des produits
qui dépassent la
recommandation
en 2010
15
18
3
3
12
11
20
15
7
6
Frites prêtes
à la conso.
Chips
CH2
NH2
O
KFC agrees to Prop. 65
potato warnings in California
May 2007
CH2
NH2
O
Conclusion
Mieux évaluer l’exposition alimentaire aux AGEs et autres produits de Maillard
à l’aide de dosages robustes et validés (ex : exposition domestique)
Discuter la nomenclature et la classification des AGEs et autres produits de
Maillard
Poursuivre la découverte des composés néoformés aussi bien dans les aliments
que dans les milieux biologiques
Mettre en place une véritable évaluation des performances des méthodes
analytiques actuellement utilisées pour quantifier les produits Maillard (validation et
comparaison de méthodes). Développer de nouveaux outils analytiques.
Overall, foods in the fat and meat (protein) groups contain
thirty-fold and twelve-fold higher advanced glycation end
product (AGE) content, respectively, than foods in the
carbohydrate group.
Choose Glycotoxin-Free Foods
Evaluer le risque associé à une exposition chronique à faible dose des AGEs et
autres produits de Maillard
EGEAL Unit Remerciements
Niquet-Léridon C
Jacolot P
Loaëc G