Endosomes élargis et cholestérol : de la trisomie 21 à la maladie d'Alzheimer

Enlarged endosomes and cholesterol : from Down syndrome to Alzheimer disease

• Auteur / Autrice : Jack-Christophe Cossec
• Direction : Marie-Claude Potier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire de la cellule
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amyloïde

Syndrome de Down

Endocytose

Endosomes

Cholestérol

Maladie d'Alzheimer

Résumé

Le premier signe morphologique observé dans le cerveau des patients atteints de la maladie d'Alzheimer (MA) est l'élargissement des endosomes précoces dans les neurones. Ce phénotype est retrouvé dans les formes sporadiques de la MA et chez les individus porteurs d'une trisomie 21 qui développent une neuropathologie de type Alzheimer dès l'âge de 40 ans. Cette forme précoce de la maladie d'Alzheimer serait causée par la surexpression de l'APP (Amyloid precursor protein) dont le gène est sur le chromosome 21. Suite à deux clivages successifs, l'APP génère le peptide amyloïde (Ap) qui s'agrège pour former des plaques séniles, lésions caractéristiques de la MA. Les endosomes élargis apparaissant avant la formation des dépôts d'Ap, nous avons donc recherché d'autres facteurs responsables de ce phénotype. Nous avons trouvé qu'une augmentation du cholestérol membranaire est associée à l'élargissement des endosomes, ITaugmentation de l'endocytose de l'APP et de la sécrétion d'Ap dans des cultures cellulaires de types neuronales et non neuronales. Cette augmentation d'endocytose de l'APP est inhibée par un ARN interférence contre la clathrine et les mutants des protéines dynamine2 et Rab5 impliquées dans la formation des endosomes précoces. Le cholestérol total étant augmenté dans le cerveau des patients Alzheimer, nous postulons que l'internalisation de l'APP dépendante de la clathrine est accrue, conduisant à l'élargissement des endosomes et la surproduction du peptide amyloïde. Afin de trouver d'autres gènes impliqués dans l'élargissement des endosomes dans la trisomie 21, nous avons utilisé des lignées de cellules lymphoblastoïdes (LCL) et des cellules mononucléaires provenant de sang d'individus porteurs d'une trisomie 21 complète ou partielle. Nous avons trouvé une augmentation de la taille moyenne des endosomes précoces (+35%) dans les LCL et les cellules mononucléaires. Quatre lignées de trisomies partielles ont montré un élargissement des endosomes, permettant de réduire l'intervalle génétique à 1. 3Mb/Le gène de l'APP est en dehors de cette région, suggérant qu'il n'est pas impliqué dans le phénotype dans ce type cellulaire. Nous avons identifié un gène candidat : SYNJ1 qui code pour la protéine synaptojanine-1, une phosphatase régulant la phosphorylation des phosphatidylinositpl-4,5- biphosphates (Ptdlns(4,5)P2) impliqués dans le trafic intracellulaire. Nous avons observé de larges endosomes dans des cellules transfectée avec le plasmide SYNJ1. Nous concluons que la dérégulation de l'homéostasie des Ptdlns(4,5)P2par la surexpression de la synaptojanine-1 peut conduire à l'élargissement des endosomes.

Enlarged endosomes are believed to be the first morphological change observed in Alzheimer's disease brains (AD). They are found in sporadic cases with no pathological evidence of AD yet, in Down syndrome (DS) as early as 28 weeks of gestation. DS patients developped AD because amyloïd peptides found in seniles plaques, were generated from APP (amyloid precursor protein), a gene localized on the chromosome 21. As APP and amyloid peptide seems not to be involved in enlarged endosomes, we thus searched for other factors that could modify the endosome morphology in AD and DS. We found unexpectedly that increased membrane cholesterol was associated with the appearance of enlarged endosomes together with increased APP endocytosis and AS secretion in cultured neuronal and non neuronal cells. This effect of cholesterol was inhibited by siRNA against clathrin and by mutants of proteins involved in the formation of early endosomes (dynamin2 and Rab5). We suggest that the endo-lysosomal pathway of APP is regulated by cholesterol, in a Rab5 and clathrin dependent manner. As levels of total cholesterol are increased in the brains of AD patients we postulate that this raise could be responsible for the enhanced internalization of APP in enlarged endosomes and the overproduction of ÀB. In search for new genes involved in the enlargment of early endosomes, we used lymphoblastoid cell lines (LCL) and blood mononuclear cells (BMC) from DS patients carrying full or partial trisomy 21. Using confocal microscopy, we showed that the mean size of the endosomes was significantly increased (+35%) in LCLs and BMC. Enlarged endosomes were absent in the 3 LCLs carrying APP microduplications. This result suggested that APP is not involved in the enlargement of early endosomes in this cell type. In four out of seven LCLs from DS patients carrying partial trisomy 21 we could very easily identify enlarged endosomes. By correlating the presence of enlarged endosomes to the triplicated genomic segment from Hsa21 we identified SYNJ1 as a candidate gene. SYNJ1 gene codes for the phosphoinositide phosphatase synaptojanin 1 protein, a key regulator of the signalling phospholipids phosphatidylinositol-4,5- biphosphate (Ptdlns(4,5)P2). We observed abnormally large endosomes in SH-SY5Y cells transfected with SYNJ1 plasmid. We conclude that deregulation of Ptdlns(4,5)P2 homeostasy by synapyojanin 1 over-expression can lead to the enlargement of early endosomes.