Academic literature on the topic 'Protéine précurseur de l'amyloïde'

This report aims to inform on the progression of research into the genetic factors involved in the development of Alzheimer’s disease (AD). AD is a life-altering disease that affects millions of individuals from varying races and ethnic backgrounds1. According to the National Institute on Aging, a faculty of the U.S. Department of Health and Human Services, AD has been ranked as the third leading cause of death in the United States, only behind cancer and heart failure. It is predicted that by 2050, approximately one in 45 Americans will be afflicted with the disease5. Distinctive physical indications of the onset of AD include neuron loss, amyloid plaques and neurofibrillary tangles5. Onset is not frequent prior to 60 years of age but can be caused by one of two reasons. The first is a mutation in the amyloid precursor protein (APP) gene on chromosome 21. This gene is responsible for the regulation of the production of amyloid beta (Aβ) proteins, which are known to be abundant in the brains of AD patients. A mutation in the gene leads to an inappropriate regulation of this protein. The second, and more common cause is a result of an unidentified gene on chromosome 14 in AD patients2. It has been confirmed that there is involvement of chromosome 19 in late onset AD (LOAD) as well1. Most of the genes that are associated with the development of AD have yet to be identified, but the research is bringing society closer and closer to that goal everyday.Ce rapport vise à fournir de l’information sur la progression de la recherche au sujet des facteurs génétiques impliqués dans le développement de la maladie d'Alzheimer (MA). La MA est une maladie bouleversant la vie de la personne et qui affecte des millions d’individus de diverses races et ethnicité1. Selon l'Institut national sur le vieillissement, un corps professoral du département américain de la santé et des services sociaux, la MA a été classée comme la troisième cause de décès aux États-Unis, ne cédant le pas qu’au cancer et à l'insuffisance cardiaque. Il est prévu que d'ici l'an 2050, environ une personne sur 45 Américains sera affligée avec cette maladie5.Des indications visuelles distinctives de l'apparition de la MA comprennent la perte des neurones, les plaques amyloïdes et des enchevêtrements neurofibrillaires5. L'apparition précoce n’est pas fréquente avant 60 ans, mais peut être causée par l'une des deux raisons. La première raison est une mutation dans le gène de la protéine précurseur de l'amyloïde (PPA) sur le chromosome 21. Ce gène est responsable de la régulation de la production de protéines bêta-amyloïde (Aß), qui sont connues pour être abondant dans le cerveau des patients atteints de la MA. Une mutation dans le gène conduit à une régulation inappropriée de cette protéine. La seconde cause, et celle-là plus communes sont le résultat d'un gène inconnu sur le chromosome 142. Il a été confirmé qu'il y a aussi une participation du chromosome 19 dans l'apparition tardive de la MA (ATMA)1. La plupart des gènes qui sont associés avec le développement de la MA n’ont pas encore été identifiés, mais la recherche rapproche la société de cet objectif de plus en plus tous les jours.

La maladie d'Alzheimer (MA) est caractérisée par la présence de plaques amyloïdes. Le peptide amyloïde provient d'un clivage séquentiel du peptide précurseur amyloïde par l'activité de la β-sécrétase (BACE) et l'activité y-sécrétase des présénilines (PSI et PS2). L'activité présénilinase consiste à couper PSI pour former un complexe y-sécrétase fonctionnelle. Il a été démontré que BACE interagit directement avec PSI mais le rôle de cette interaction demeure inconnu. Pour explorer les voies de signalisation de ces deux protéines, nous avons utilisé le système double-hybride en levure en utilisant BACE comme appât. Le résultat de ce criblage a permis d'identifier un interacteur protéique potentiel de BACE: l'ubiquiline 1 (UBQLN1). L'UBQLN1 est impliquée dans la dégradation protéique et son variant (UBQLN1delta8) a été associé à la MA. Nous avons observé une interaction entre BACE et UBQLN1. Cette interaction est perdue quand BACE est exprimée avec le variant UBQLN1delta8. La surexpression de l'UBQLNl entraîne la réduction de l'activité de BACE ainsi qu'une réduction de sa demi-vie contrairement à l'expression d'UBQLN1delta8. L'UBQLN1delta8 s'avère à augmenter la production du peptide amyloïde. Par ailleurs, l'expression de dominant négatif de BACE affecte la maturation de PSI en augmentant le niveau de PSI FL. Un inhibiteur de BACE, le Z-VLL s'avère à ne pas inhiber l'activité de BACE. Par contre, il accumule PSI FL et inhibe l'activité de PSI. Nous suggérons que UBQLN1delta8 entraîne le développement de la MA via une dérégulation au niveau du mécanisme de dégradation de BACE augmentant ainsi son activité et la production du peptide amyloïde. Avec le Z-VLL, nous avons inhibé l'activité présénilinase entraînant une inhibition de l'activité γ-sécrétase. Les mutations dans PSI affectent également la signalisation de la β-caténine, une protéine similaire à une plakophiline neuronale (NPRAP). NPRAP est spécifique au cerveau et interagit avec PSI. Le rôle de cette interaction est inconnu. Le criblage en levure en utilisant NPRAP comme appât, nous a permis d'identifier certaines protéines comme la karyophérine-α2 (KPN2A). Pour découvrir les fonctions de NPRAP, nous avons effectué un ± microarray ¿. II en résulte que NPRAP fait varier l'expression de plusieurs gènes dont le gène codant pour la butyrylcholinestérase. La capacité de NPRAP de migrer au noyau et d'activer certains gènes est bien établi mais il est impossible pour le moment de la rallier à la MA.

La maladie d'Alzheimer (AD) est un désordre neurodégénératif progressif et la forme la plus commune de démence. A l’heure actuelle, il n'y a aucun remède et la maladie est toujours fatale. Une des caractéristiques histopathologiques de l'AD est la présence de dépôts protéiques, les plaques amyloïdes, dans le cerveau. Ces plaques sont formées par les peptides amyloïdes β (Aβ) de 40 et 42 résidus, qui sont les produits de clivage par des protéases de la protéine précurseur de l’amyloïde (l'APP). L'élucidation de certains des processus clés dans la cause et le développement de l'AD est une étape cruciale pour le développement de traitements nouveaux et efficaces.

Les propriétés conformationnelles du segment transmembranaire (TM) de l’APP peuvent affecter sa protéolyse par la γ-sécrétase. Ces propriétés ne sont pas encore clairement établies. Afin de comprendre le rôle des variations structurelles du TM dans le traitement de l'APP, des détails structurels des peptides APP_TM4K, chimiquement synthétisés, ont été étudiés dans la bicouche lipidique en utilisant la réflexion totale atténuée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (ATR-FTIR) et la résonance magnétique nucléaire à l’état solide (ssNMR). Tandis que la structure secondaire globale du peptide APP_TM4K est hélicoidale, une hétérogénéité conformationnelle et orientée a été observée pour le site de clivage γ et, dans une plus faible mesure, pour le site de clivage ζ. Ces variabilités conformationnelles autour des sites de clivage γ et ζ peuvent avoir des implications importantes dans le mécanisme de clivage et donc dans la production d’Aβ. Il a été aussi démontré que la dernière glycine dans le motif de dimérisation GxxxG est transmembranaire. Ceci peut impliquer que la dimérisation via ce motif pourrait servir d’ancrage et conférer une orientation transmembranaire stable au segment transmembranaire de l’APP.

Le peptide amyloïde β est directement lié à la maladie d’Alzheimer. Partant de sa forme monomérique, l’Aβ s'agrège pour produire en final des fibrilles et aussi de manière transitoire toute une gamme d'oligomères, ces derniers étant la plupart neurotoxiques. Une dérégulation de l’homéostasie du Ca2+ dans le cerveau vieillissant et dans des troubles neurodégénératifs joue un rôle crucial dans de nombreux processus et contribue au dysfonctionnement et à la mort cellulaire. Nous avons postulé que le calcium peut permettre ou accélérer l'accumulation d'Aβ. Le modèle d'accumulation d'Aβ (1-40) et celui d'Aβ (1-40) E22G, un peptide amyloïde portant la mutation arctique qui cause une apparition prématurée de la maladie, ont été comparé. Nous avons constaté qu'en présence de Ca2+, l’Aβ (1-40) forme de préférence des oligomères semblables à ceux formés par l’Aβ (1-40) E22G avec ou sans Ca2+, tandis qu'en absence de Ca2+ l'Aβ (1-40) s’agrège sous forme de fibrilles. Les ressemblances morphologiques entre oligomères ont été confirmées par microscopie de force atomique. La distribution des oligomères et des fibrilles dans des échantillons différents a été détectée par électrophorèse sur gel suivie d’une analyse par Western blot, dont les résultats ont été confirmés par des expériences de fluorescence à la thioflavine T. Dans les échantillons sans Ca2+, l’ATR-FTIR révèle la conversion des oligomères en feuillets β antiparallèles en la conformation caractéristique des fibrilles en feuillets β parallèles. En général, ces résultats nous ont ameré à conclure que les ions calcium stimulent la formation d'oligomères d'Aβ (1-40), qui sont impliqués dans la pathogénèse d'AD.

Malgré les progrès énormes obtenus dans la compréhension de la maladie (AD), il reste un défi majeur, celui du développement de médicaments nouveaux et efficaces. Afin d’obtenir des éclaircissements sur le mécanisme d'action de deux nouveaux puissants modulateurs de la γ-sécrétase - le benzyl-carprofen et le sulfonyl-carprofen dans la bicouche lipidique, la technique de RMN à l’état solide a été employée. Précédemment, les dérivés du carprofen ont été localisés dans des membranes de lipides par des expériences de diffusion (scattering) des neutrons. Les contraintes déterminées à partir des expériences de ssNMR ont permis d’affiner leurs positions et d’obtenir une orientation précise dans la double couche lipidique. Ces résultats combinés indiquent que le mécanisme probable de modulation du clivage par la γ-sécrétase est une interaction directe des carprofènes avec le domaine TM de l’APP. Une telle interaction, empêcherait à la formation de dimères d'APP, dimérisation nécessaire au clivage séquentiel par la γ-sécrétase, diminuant ou réduisant ainsi énormément la production d’Aβ, tout particulièrement d’Aβ42.

Les résultats de ce travail apporte de nouvelles informations sur les processus clés impliqués dans l'AD; Production de l'Aβ à partir de l'APP, formation des oligomères d'Aβ et mécanisme d'action potentiel de molécules thérapeutiques. Nous pensons que ces résultats pourront permettre une meilleure compréhension de la maladie et pourront aider dans la conception de nouveaux médicaments contre cette maladie.

Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder and the most common form of dementia. There is no cure and the disease is fatal. One of the characteristic histopathological markers of AD is the presence of proteinaceous deposits, amyloid plaques, in the brain. These plaques are formed by the amyloid β-peptides (Aβ) 40- and 42-residue-long, which are protease cleavage products of the amyloid precursor protein (APP). Elucidation of some of the key processes in the cause and the development of AD is crucial for the development of new and efficient treatments.

Conformational properties of the transmembrane (TM) segment of APP may affect its proteolytic processing by γ-secretase. These properties have not been definitely established. In addressing the role of structural variations of the TM sequence in APP processing, structural details of the chemically synthesized APP_TM4K peptides within the membrane bilayers were studied using Attenuated total reflection Fourier transform spectroscopy (ATR-FTIR) and solid-state nuclear magnetic resonance (ssNMR) techniques. While the overall secondary structure of the APP_TM4K peptide is an α-helix, conformational and orientational heterogeneity was observed for the γ-cleavage site and, to a smaller extent, for the ζ-cleavage site. Evidence for the conformational variability around γ- and ζ-cleavage sites may have important implications for the cleavage mechanism and hence for the Aβ production. It was also found that the last glycine within the sequence of GxxxG motifs is in the transmembrane orientation, implying that dimerization via these motifs may act as an anchor, confining the TM dimer to the stable transmembrane orientation.

Amyloid β-peptide is directly linked to AD. Starting from its monomeric form, Aβ aggregates into fibrils and / or oligomers, the latter being the most neurotoxic. Dysregulation of Ca2+ homeostasis in aging brains and in neurodegenerative disorders plays a crucial role in numerous processes and contributes to cell dysfunction and death. Here we postulated that calcium may enable or accelerate the aggregation of Aβ. The aggregation pattern of Aβ(1-40) and of Aβ(1-40)E22G, an amyloid peptide carrying the Arctic mutation that causes early onset of the disease, were compared. We found that in the presence of Ca2+, Aβ(1-40) preferentially formed oligomers similar to those formed by Aβ(1-40)E22G with or without added Ca2+, whereas in the absence of added Ca2+ the Aβ(1-40) aggregated to form fibrils. Morphological similarities of the oligomers were confirmed by contact mode atomic force microscopy (AFM) imaging. The distribution of oligomeric and fibrillar species in different samples was detected by gel electrophoresis and Western blot analysis, the results which were further supported by thioflavin T fluorescence experiments. In the samples without Ca2+, Fourier transform infrared spectroscopy revealed conversion of oligomers from an anti-parallel β-sheet to the parallel β-sheet conformation characteristic of fibrils. Overall, these results led us to conclude that calcium ions stimulate the formation of oligomers of Aβ(1-40), that have been implicated in the pathogenesis of AD.

Despite the tremendous progress in understanding AD, there remains the challenge of the development of new and efficient drugs. In order to shed light onto the mechanism of action of two new potent γ-secretase modulators -- benzyl-carprofen and sulfonyl-carprofen within lipid bilayers, ssNMR technique was employed. Using neutron scattering experiments it was previously found that sulfonyl-carprofen and benzyl-carprofen partition into the headgroup region of the lipid bilayer. The orientational constraints derived from the ssNMR experiments refined their position into precise orientation. Combined, these results indicate that carprofen-derivatives can directly interact with the region of APP that mediates dimerization. Such interaction, would interfere with proper APP-dimer formation, which is necessary for the sequential cleavage by γ-secretase, diminishing or greatly reducing Aβ42 production.

Results obtained during this work shed new light onto some of the key processes in AD: Aβ production from APP, formation of Aβ oligomers and insights into the mechanism of action of potential therapeutics. We believe that these results will promote a better understanding of the disease and will help in future drug design.

Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les mitochondries assurent des fonctions essentielles dans les cellules via la production d'énergie sous forme d'ATP, la captation de calcium et la régulation de la mort cellulaire par apoptose. Les dysfonctions des mitochondries apparaissent à des stades précoces de la maladie d'Alzheimer (MA), et ont été particulièrement associées au peptide toxique Aβ. Ce dernier est issu du clivage séquentiel de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP) par la β- et la γ-sécrétase. Plusieurs traitements ciblant l'Aβ se sont avérés inefficaces contre la progression de la MA, orientant les recherches sur le potentiel toxique d'autres fragments issus du clivage de l'APP. L'hypothèse de mon projet porte sur la toxicité spécifique des fragments APP C-terminaux (APP-CTFs : C83 et C99 (précurseur direct de l'Aβ)) en se focalisant sur l'étude de la structure, la fonction des mitochondries et la mitophagie. J'ai également étudié l'impact de l'APP et de ses fragments sur la machinerie de transport des mitochondries, un mécanisme clé de leur renouvellement, en particulier dans les neurones.Premier axe : Impact de l'accumulation des APP-CTFs sur la structure, la fonction des mitochondries et sur la mitophagie. Nous décrivons une accumulation des APP-CTFs dans la fraction mitochondriale de modèles mimant les formes familiales de la MA in vitro (cellules de neuroblastome humains exprimant l'APP portant la double mutation suédoise (SH-SY5Y-APPswe), ou le fragment C99 (SH-SY5Y-C99)) et in vivo (souris transgéniques 3xTgAD exprimant les mutations APPswe, TauP301L, PS1 (M146V) ou bien le fragment C99 après infection virale). Par le biais d'une approche pharmacologique bloquant l'activité de la γ-sécrétase, nous démontrons in vitro et in vivo que l'accumulation des APP-CTFs, indépendamment de l'Aβ, est associée à l'agglomération de mitochondries structurellement altérées et surproduisant des espèces oxygénées réactives toxiques, conjointement à un blocage de la mitophagie. Nous avons conclu notre étude par la démonstration de l'altération de la mitophagie dans les cerveaux de patients atteints de la MA sporadique, corrélant avec les niveaux d'APP-CTFs (1, 2).Second axe : Etude des effets de l'APP, des APP-CTFS et de l'Aβ sur les protéines de transport mitochondrial. J'ai d'abord démontré l'impact de l'APP endogène et de la surexpression de l'APPswe sur les niveaux des protéines de la machinerie de transport mitochondrial in vitro (fibroblastes de souris KO pour l'APP ainsi que dans cellules SH-SY5Y-APPswe). J'ai discriminé le rôle de l'accumulation des APP-CTFs de celui de l'Aβ sur l'expression de ces protéines en traitant les cellules APPswe avec l'inhibiteur de la γ-sécrétase. J'ai validé ces observations en utilisant des fibroblastes de souris déplétés des présénilines (composants catalytiques de la γ-sécrétase) mimant une accumulation des APP-CTFs. J'ai par ailleurs démontré une implication des APP-CTFs et de l'Aβ dans le défaut de recrutement des mitochondries à la machinerie de transport dans les cellules SHSY-5Y différentiées. En analysant des cerveaux de souris 3xTgAD et WT à différent âges et des échantillons de cerveaux de patients Alzheimer sporadiques à différents stades de la maladie, nous rapportons que le développement de la MA et l'âge en lui-même ont un impact différentiel sur l'expression de certaines protéines de transport mitochondrial (3).Ces études démontrent de nouveaux mécanismes moléculaires impactant l'homéostasie mitochondriale au cours du développement de la MA. Ces découvertes permettront la mise en place de nouvelles pistes thérapeutiques ralentissant les dysfonctions des mitochondries et, ou favorisant leur renouvellement dans le contexte de la MA.(1). Vaillant-Beuchot L.*, Mary A.* et al. Acta Neuropathologica 2020.(2). Mary A.*, Vaillant-Beuchot L.* et al. Médecine/sciences 2021.(3). Vaillant-Beuchot et al. En cours de soumission
Mitochondria are essential organelles in cells, ensuring energy production with ATP synthesis, calcium buffering, apoptosis regulation. These functions are altered at early stages of Alzheimer's disease (AD) and are essentially induced by the Amyloid (Aβ), produced after the sequential cleavage of amyloid precursor protein (APP) by β- and γ-secretase. Aβ is a major actor of AD development but all the treatments targeting this peptide remain ineffective. C-terminal APP fragments (APP-CTFs: C83 and C99 (Aβ precursor) are other fragments presenting specific toxicity in AD and new potential therapeutic targets. My project is focus on the study of APP-CTFs toxicity, independently of Aβ, on the structure, function of mitochondria, their degradation by mitophagy and on mitochondrial transport proteins. They constitute the complex allowing mitochondrial transport in cells, especially in neurons, closely linked to mitochondrial renewal, particularly in neurons.First axe: APP-CTFs impact on mitochondrial structure, function and mitophagy. We described APP-CTFs accumulation in mitochondrial fraction in vitro (human neuroblastoma cells expressing APP Swedish double mutation (SH-SY5Y-APPswe) or C99 fragment (SH-SY5Y-C99)) and in vivo (3xTgAD mice expressing APPswe, TauP301L, PS1 (M146V) or C99 fragment after viral injection). We inhibit the cleavage of APP-CTFs and the production of Aβ by pharmacological approaches, to abolish γ-secretase activity. Ours results show for the first time in vitro and in vivo, that high concentration of APP-CTFs independently of Aβ, impact mitochondrial structure, function and alter mitophagy process, resulting in an accumulation of altered mitochondria producing high levels of toxic reactive oxygen species. In addition, our results in patient brains of sporadic AD (SAD) patients show altered mitophagic protein levels correlating with APP-CTFs accumulation (1-2).Second axe: study of the effects of APP, APP-CTFs and Aβ peptide on mitochondrial transport machinery. I reported the specific regulation of mitochondrial transport protein by endogenous APP (Mice fibroblasts APP WT and KO) and the overexpression of APPswe (and in SH-SY-5Y-APPswe cells). APP-CTFs and Aβ differentially regulate mitochondrial transport protein levels in treated SH-SY-5Y-APPswe cells with γ-secretase inhibitor. These results were validated in mice fibroblasts KO for presenilins (catalytic compounds of γ-secretase) avoiding APP-CTFs degradation. APP-CTFs and Aβ impair the recruitment of mitochondria to its transport machinery in differentiated SHSY-5Y. The progression of the disease deregulates the levels of mitochondrial transport protein in vivo (3xTgAD and WT mice brains, C99 injected mice brains) and in SAD patients brains. The analyses of young and old mice brains and of SAD patients samples at different stages of the disease, allowed us to demonstrate an impact of aging in the regulation of mitochondrial transport protein levels. This phenomenon occurs also in addition with AD progression (3).These studies highlight new molecular mechanisms impacting mitochondrial homeostasis during AD progression. Our findings will bring new therapeutic research to slow down mitochondrial dysfunctions and/or to stimulate their renewal in AD context.(1). Vaillant-Beuchot L.*, Mary A.* et al. Acta Neuropathologica 2020.(2). Mary A.*, Vaillant-Beuchot L.* et al. Médecine/sciences 2021.(3). Vaillant-Beuchot et al. En cours de soumission

L’utilisation de la protéomique et de la spectrométrie de masse est devenue indispensable pour la compréhension au niveau moléculaire de nombreuses pathologies. Le peptide amyloïde bêta (Aβ) 1-42 tient un rôle central dans le développement de la maladie d’Alzheimer (MA). Cependant, les mécanismes de la toxicité induite par ce peptide sont toujours mal connus. Ce travail vise à identifier les partenaires protéiques de la forme fibrillaire du peptide Aβ, afin d'avoir une meilleure comprehénsion des mécanismes moléculaires induits par ce peptide et d'identifier d'éventuels candidats comme cibles thérapeutiques de traitement contre la MA. Pour cela, nous avons mis en place une stratégie de co-précipitation des protéines en interaction avec le peptide Aβ 1-42 sous forme fibrillaire, en utilisant des protéines extraites de synaptosomes de rat. L’identification des protéines co-précipitées avec les fibrilles est réalisée en LC-MS/MS (Hesse et al. 2011) (ESI-LIT-FTICR). Les résultats obtenus sur six expériences indépendantes nous ont permis d’identifier 172 protéines spécifiquement co-précipitées à l’Aβ. Parmi ces protéines, 11 sont identifiées dans l’ensemble des réplicats biologiques Ras-related protein Ral-A, Cytochrome b-c1, amine oxidase B, 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase type 2, mitochondrial import TOM70, Dynamin-like 120 kDA protein, Succinate dehydrogenase, LETM1, EF-hand domain containing protein, Up-regulated during skeletal muscle growth protein et Dihydrolipoyllysine-residue succinyltransferase component of 2-oxoglutarate dehydrogenase complex. . Certaines de ces protéines sont associées dans la littérature au contrôle de l’homéostasie du calcium, ou l’organisation des microtubules, qui sont perturbées dans la MA. Afin de pouvoir compléter cette liste nous avons mis au point au laboratoire le couplage entre la chromatographie liquide et les spectromètres de masse équipés d’une source MALDI. Ce couplage nous offre des possibilités d’anlyses supplémentaires (Chiappetta et al. 2010) ainsi qu’une complémentarité d’analyse comparé au montage classique (LC-ESI). Pour comprendre la complémentarité protéique et peptidique de ces deux approches(LC-MALDI et LC-ESI) nous avons étudié différents facteurs phyisco-chimiques pouvant induire une discrimination et une ionisation préférentielle

La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative qui touche 47 millions de personnes dans le monde et représente le type de démence le plus répandu. L'étiologie de la maladie est inconnue mais les preuves génétiques de la forme familiale de la maladie indiquent que la protéine précurseur amyloïde (APP) joue un rôle clé dans la pathologie. L'APP est le substrat de la réaction protéolytique produisant des peptides Aβ qui composent les plaques amyloïdes, l'une des principales caractéristiques pathologiques du cerveau atteint de la MA. De plus, l'APP est exprimée de manière ubiquitaire par les neurones où elle interagit avec plusieurs protéines présynaptiques, mais le rôle de ces interactions est inconnu.Le but de ma thèse était d'étudier les fonctions physiologiques et pathologiques de l'APP liées à sa localisation présynaptique. D’abord, nous avons étudié les conséquences sur les mécanismes présynaptiques de la délétion génétique de la préséniline, la sous-unité catalytique de la γ-sécrétase, la protéase intramembranaire qui clive l'APP. Nous avons observé qu'en l'absence de préséniline, l'APP s'accumule dans les axones. En combinant l'optogénétique à l'électrophysiologie, nous avons évalué la transmission synaptique et la plasticité dans la région CA3 de l'hippocampe. La facilitation présynaptique, l'augmentation de la libération de vésicules synaptiques pendant la stimulation répétitive était réduite alors que la neurotransmission basale ne l'était pas. L'altération des mécanismes présynaptiques était due à l'accumulation d'APP Cter qui diminue l'abondance de synaptotagmine-7, une protéine essentielle à la facilitation. En utilisant une approche similaire, nous avons étudié les conséquences de la suppression génétique de l'APP elle-même et observé à nouveau une altération de la facilitation présynaptique. Dans leur ensemble, ces résultats démontrent l'importance de l'homéostasie de l’APP dans la plasticité présynaptique.J'ai ensuite étudié les altérations possibles de l'APP, en plus des peptides amyloïdes, dans le cerveau de la MA. J'ai découvert que l'APP s'accumule abondamment avec des protéines présynaptiques autour des plaques amyloïdes à noyau dense dans le cerveau humain atteint de la MA. De plus, le domaine Nter, mais pas le domaine Cter de l'APP, est enrichi dans le noyau des plaques amyloïdes révélant un rôle pathologique potentiel de l'APP Nter sécrété dans les plaques à noyau dense. L'analyse ultrastructurale des accumulations de l'APP révèle d'abondants corps multivesiculaires contenant des protéines des vésicules présynaptiques et une accumulation d'APP dans les autophagosomes. Enfin, nous avons observé qu'en dehors des accumulations APP, l’abondance des protéines présynaptiques étaient réduite, dans le neuropile de la couche moléculaire externe du gyrus denté. Dans l'ensemble, les données que j'ai collectées au cours de ma thèse soutiennent un rôle présynaptique de l'APP en physiologie et en pathologie dans la MA et mettent en évidence les accumulations d'APP comme un site pathologique où les protéines présynaptiques sont mal distribuées
Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disease which affects 47 million people worldwide, being the most prominent type of dementia. The etiology of the disease is unknown but genetic evidence from the familial form of the disease indicates that the amyloid precursor protein (APP) plays a key role in the pathology. Importantly, APP is the substrate in the proteolytic reaction producing Aβ peptides which compose the amyloid plaques, one of the main pathological hallmarks in AD brain. In addition, APP is ubiquitously expressed by neurons where it interacts with multiple presynaptic proteins but the role of these interactions is elusive.The aim of my thesis was to study the physiological and pathological functions of APP related to its location at the presynapse. First, we studied the consequences on presynaptic mechanisms of the genetic deletion of presenilin, the catalytic subunit of γ-secretase, the intramembrane protease which cleaves APP. We observed that in absence of presenilin, APP accumulates in axons. By combining optogenetic to electrophysiology, we assessed synaptic transmission and plasticity in the CA3 region of the hippocampus. The presynaptic facilitation, the increase in synaptic vesicle release during repetitive stimulation, was altered whereas the basal neurotransmission was not. The impairment of presynaptic mechanisms was due to the accumulation of APP Cter, which decreases the abundancy of synaptotagmin-7, a calcium sensor essential for facilitation. Using a similar approach, we investigated the consequences of the genetic deletion of APP itself and observed again an impairment of presynaptic facilitation. Together, these results demonstrate the importance of APP homeostasis in presynaptic plasticity.I then investigated possible alterations of APP, other than the amyloid peptides, in the AD brain. I discovered that APP dramatically accumulates together with presynaptic proteins around dense-core amyloid plaques in human AD brain. In addition, the Nter domain, but not the Cter domain of APP is enriched in the core of amyloid plaques uncovering a potential pathological role of the secreted APP Nter in dense-core plaques. Ultrastructural analysis of APP accumulations reveals abundant multivesicular bodies containing presynaptic vesicle proteins and autophagosomal built-up of APP. Finally, we observed that outside the APP accumulations, presynaptic proteins were downregulated, in the neuropil area of the outer molecular layer of the dentate gyrus. Altogether, the data I collected during my thesis supports a role of presynaptic APP in physiology and in AD pathology and highlights APP accumulations as a pathological site where presynaptic proteins are mis-distributed

Une des caractéristiques histopathologiques de la maladie d'Alzheimer (AD) est la présence de plaques amyloïdes formées par les peptides amyloïdes β (Aβ) de 40 et 42 résidus, qui sont les produits de clivage par des protéases de l'APP. Afin de comprendre le rôle des variations structurelles du TM dans le traitement de l'APP, les peptides APP_TM4K ont été étudiés dans la bicouche lipidique en utilisant l’ATR-FTIR et ssNMR. Tandis que la structure secondaire globale du peptide APP_TM4K est hélicoidale, hétérogénéité de conformation et d'orientation a été observée pour le site de clivage γ et , que peuvent avoir des implications dans le mécanisme de clivage et donc dans la production d’Aβ. Les peptides Aβ s'agrègent pour produire des fibrilles et aussi de manière transitoire d'oligomères neurotoxiques. Nous avons constaté qu'en présence de Ca2+, l’Aβ (1-40) forme de préférence des oligomères, tandis qu'en absence de Ca2+ l'Aβ (1-40) s’agrège sous forme de fibrilles. Dans les échantillons sans Ca2+, l’ATR-FTIR révèle la conversion des oligomères en feuillets β antiparallèles en la conformation caractéristique des fibrilles en feuillets β parallèles. Ces résultats nous ont amené à conclure que les Ca2+ stimulent la formation d'oligomères d'Aβ (1-40), qui sont impliqués dans l’AD. Les positions et une orientation précise de deux nouveaux médicaments puissants modulateurs de la γ-sécrétase - le benzyl-carprofen et le sulfonyl-carprofen  dans la bicouche lipidique, ont été obtenus à partir des expériences des ssNMR. Ces résultats indiquent que le mécanisme probable de modulation du clivage par la y-sécrétase est une interaction directe avec le domaine TM de l’APP
A histopathological characteristic of Alzheimer’s disease (AD) is the presence of amyloid plaques formed by amyloid β(A) peptides of 40 and 42 residues-long, which are the cleavage products of APP by proteases. To understand the role of structural changes in the TM domain of APP, APP_TM4K peptides were studied in the lipid bilayer using ATR-FTIR and ssNMR. While the overall secondary structure of the APP_TM4K peptide is helical, conformational and orientational heterogeneity was observed for the y- and for the -cleavage sites, which may have implications for the cleavage mechanism and therefore the production of Aβ. Starting from its monomeric form, Aβ peptides aggregate into fibrils and / or oligomers, the latter being the most neurotoxic. We found that in the presence of Ca2 +, Aβ (1-40) preferably forms oligomers, whereas in the absence of a2 + Aβ (1-40) aggregates into fibrils. In samples without Ca2 +, ATR-FTIR shows conversion from antiparallel β sheet conformation of oligomers into parallel β sheets, characteristic of fibrils. These results led us to conclude that Ca2 +stimulates the formation of oligomers of Aβ (1-40), that have been implicated in the pathogenesis of AD. Position and precise orientation of two new drugs  powerful modulators of γ-secretase  benzyl-carprofen and carprofen sulfonyl  in the lipid bilayer were obtained from neutron scattering and ssNMR experiments. These results indicate that carprofen-derivatives can directly interact with APP. Such interaction would interfere with proper APP-dimer formation, which is necessary for the sequential cleavage by β -secretase, diminishing or greatly reducing Aβ42 production

Les pro-protéines convertases de type subtilisine (SPCs) sont une famille d'enzymes de type sérine protéinases. Les convertases sont impliquées dans la maturation de diverses hormones et protéines sécrétées via leur clivage en C-terminal d'une paire de résidus d'acides aminés basiques de type (RXXR). Jusqu'à tout récemment, un seul inhibiteur naturel des convertases était connu, le neuropeptide 7B2. Ce neuropeptide démontre une activité hautement inhibitrice en son domaine C-terminal. Cette activité inhibitrice agit sur la convertase SPC2. Par contre, ce neuropeptide est également considéré comme bi-fonctionnel puisque son domaine N-terminal est important pour l'activation du potentiel enzymatique de SPC2. Un nouveau précurseur peptidique ressemblant aux granines, une famille de peptides impliqués dans le triage d'hormones et d'enzymes vers les voies de sécrétions, a récemment été identifié, caractérisé et nommé proSAAS. Ce peptide possède une activité spécifique inhibitrice sur SPC3 in vitro . Pour exercer une telle activité inhibitrice in vivo , il est important de démontrer que SPC3 et proSAAS sont co-localisés. Pour y arriver, nous avons étudié l'expression de proSAAS et SPC3 dans le système nerveux central de rat et divers tissus périphériques de type endocrinien et non-endocrinien. Cette expression a été étudiée par la méthode d'hybridation in situ . Nos résultats démontrent que tout comme 7B2, proSAAS est distribué de façon pan neuronal. En périphérie, proSAAS est un excellent marqueur des cellules endocriniennes. Nos études de double marquage ont permis de montrer que l'expression de SPC3 est pratiquement toujours accompagnée de celle de proSAAS. Par contre, l'expression de proSAAS est aussi retrouvée dans des cellules endocrines et des neurones n'exprimant pas SPC3 proposant la possibilité pour proSAAS d'avoir plusieurs fonctions autre que la modulation de l'expression de SPC3.

Le précurseur de la protéine amyloïde (ppa) est principalement connu en tant que précurseur du fragment toxique fla4, qui joue un rôle central dans la maladie d'Alzheimer. Les clivages en fl et qui produisent le fla4 générent également des fragments cytoplasmiques qui pourraient participer au développement de la maladie. Certains de ces fragments sont toxiques et auraient tendance s'accumuler dans les neurones. En outre, le domaine cytoplasmique du ppa interagit avec de nombreux partenaires, et la fonction physiologique du ppa dépend certainement de ce réseau d'interaction. Jusqu'à présent, on ignorait encore si les fragments cytoplasmiques produisent leur effet en interférant avec la signalisation du ppa entier ou par un mécanisme cytotoxique moins spécifique. Notre approche expérimentale a consisté internaliser le domaine cytoplasmique du ppa et certains de ses sous-domaines dans des cultures primaires de neurones l'aide du vecteur penetratine. Nous avons ainsi démontré que la séquence juxtamembranaire produit de l'apoptose in vitro et in vivo par activation de la caspase-3 en bloquant la fonction du ppa endogène. Un fragment contenant cette séquence est générée par clivage en et en un site caspase au cours de la mort cellulaire programmée des neurones. Nous discutons en détail la manière dont ce fragment pourrait induire de l'apoptose au cours de la maladie d'Alzheimer.

Les microARNs sont une classe de petits ARNs non codants qui régulent l'expression des gènes via un mecanisme d'interference par ARN. Les microARNs humains sont produits par une série de réactions enzymatiques. En particulier, dans le cytoplasme le precurseur de miRNA (pre-miRNA) est reconnu et clivé par un complexe contenant l'enzyme RNAse III Dicer et plusieurs cofacteurs protéiques. La proteine TRBP (HIV TAR RNA binding protein) est l'un de ces cofacteurs et augmente la stabilité du complexe, influe sur la cinétique, la position du clivage et a role potentiel dans la reconnaissance du substrat et dans le transfet du produit vers le complexe RISC (RNA-induced silencing complex) effecteur de l'interference par ARN. TRBP est composé de 3 domaines de liaison aux ARN doubles brin (dsRBDs). La région d'interaction de TRBP avec les ARNs est composé des deux premiers dsRBDs liés par une région interdomaine non charactérizée. La présente étude rapporte la caractérisation biophysique in vitro de la région d'interaction avec les ARNs de TRBP dans l'état apo de TRBP ou dans l'état lié avec les deux precurseurs cytoplasmique successifs du microARN oncogène miR-155 comprenant la tige boucle pre-miR-155 et le duplex miR-155/miR-155* résultat du clivage de pre-miR-155 par Dicer. L'étude montre que la région d'intéraction de TRBP avec les ARNs est monomerique, est composée de deux dsRBDs independants en solution et que la région interdomaine de 60 résidus est flexible. Le premier dsRBD, non caractérisé précédement en solution est le siège d'un equilibre plié/déplié integral dans une grande gamme de conditions physico-chimiques. Les deux premiers dsRBDs de TRBP peuvent interagir avec un même precurseur de microARN et deux régions d'interaction de TRBP avec les ARNs peuvent interagir avec un même precuseur. La région d'interaction de TRBP avec les ARNs interagit avec pre-miR-155 et le duplex miR-155/miR-155* avec des affinités très similaires. Dans le complexe avec une région d'interaction de TRBP avec les ARN liée à pre-miR-155 ou au duplexe miR-155/miR-155*, aucune indice de contact entre les deux dsRBDs n'a été detecté et la protéine interagit avec les deux precurseurs par la même surface d'interaction. Les informations récoltées suggèrent que TRBP peut jouer un rôle avant et après le clivage des pre-miARN par Dicer, notamment dans le complexe de chargement de RISC.