Les relations moléculaires entre la maladie d'Alzheimer et les maladies à prions

Molecular relations between Alzheimer's and prion diseases

• Auteur / Autrice : Katarína Grznárová
• Direction : Jean-Philippe Deslys, Human Rezaei
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomolécules, Biologie structurale, Pathologies, Biothérapies
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biochimie, biothérapies, biologie moléculaire, infectiologie (Paris ; 2009-2013)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prions

Marqueurs biologiques

Polymérisation

Dynamique moléculaire

Infections à prions

Protéine amyloïde bêta

Alzheimer, Maladie d'

Résumé

Les maladies à prions ainsi que la maladie d'Alzheimer sont des amyloïdopathies neurodégénératives de la famille des pathologies liées au mauvais repliement des protéines. Au cours de ces pathologies, les protéines changent leur conformation vers une structure enrichie en feuillets β et s'accumulent dans le système nerveux central sous la forme d'agrégats. Dans le cas des maladies à prions, la protéine sous sa forme physiologique, cellulaire (PrPc), change sa structure vers son conformère infectieux, appelé PrPsc, à ce jour l'unique marqueur biochimique des maladies à prions. De même, au cours de la maladie d'Alzheimer, des peptides amyloïdes beta, de 40 et 42 acides aminés (Aβ1-40, Aβ1-42), agrègent sous forme de plaques amyloïdes. Elles constituent le marqueur biochimique majeur de la maladie d'Alzheimer. La PrP interagit avec le peptide Aβ sous sa forme monomérique ou agrégée. Deux régions sur la partie N-terminale de la PrP ont été identifiées, à savoir les régions 23-50 et 89-110. D'autres sites de fixation pourraient exister dans la partie globulaire de la PrP. Le rôle de cette interaction a été étudié du point de vue de la maladie d'Alzheimer. Au cours de ces dernières années, des liens physiologiques et biochimiques entre ces deux pathologies ont été mis en évidence, notamment une forte affinité entre la PrIpc et les peptides Aβ1-40 et Aβ 1-42. Plus précisément, la PrPC a été proposée jouer un rôle de récepteur aux oligomères Aβ1-42, qui constituent la forme soluble et la plus toxique dans la pathologie de la maladie d'Alzheimer. Cependant le rôle du peptide Aβ sur l'agrégation de la PrP ainsi que sur son changement de conformation, n'a pas encore été étudié. Nous nous sommes donc concentrés sur le rôle potentiel du peptide Aβ1-40 monomérique, dans le processus agrégatif et le changement de conformation de la PrP dans le cadre des maladies à prions. Après avoir mis au point la purification ainsi que la monomérisation du peptide Aβ1-40, nous avons étudié l'agrégation in vitro de la PrP en présence du peptide Aβ1-40 par diffusion statique de la lumière. Nos travaux ont mis en évidence une forte augmentation de la vitesse d'agrégation de la PrP recombinante induite par l'Aβ1-40 à pH physiologique. Trois sites d'interaction avec l'Aβ1-40 ont été identifiés sur la PrP grâce à l'emploi de diverses troncatures de la PrP : un premier sur la partie N-terminale de la PrP entre les résidus 23-102 (site 1) et un second sur la partie hydrophobe correspondant aux résidus 103-123 (site 2). Le troisième site devient accessible après un dépliement partiel de la partie globulaire de la PrP (résidus 167-234). Des expériences de calorimétrie différentielle nous ont permis de montrer qu'en présence du peptide Aβ1-40, la vitesse de changement de conformation, ainsi que le taux de la PrP qui a subi ce changement, ont été sensiblement augmentés. De plus, nous avons pu mettre en évidence que le domaine 103-123 (le site 2) est impliqué dans ce changement de conformation. Le peptide Aβ1-40 interagit avec cette région, ce qui laisse supposer que le peptide Aβ peut moduler le processus de polymérisation de la PrP. Etant donné que nous n'avons pas observé l'interaction avec les oligomères de la PrP préformés, nous proposons que de interagit uniquement avec le monomère et/ou les espèces partiellement dépliées de la PrP. Les expériences in vitro de l'amplification de particule infectieuse de prion (la PrPsc) suggèrent que la vitesse de propagation de cette dernière est modulée en présence de l'Aβ. Nos résultats nous permettent de proposer un modèle d'assemblage entre l'Aβet la PrP ainsi qu'un rôle physiologique de ces assemblages. En induisant le regroupement des molécules de PrP à la membrane ou dans le milieu extracellulaire, le peptide AR monomérique présent dans les cerveaux sains jouerait un rôle d'amplificateur du rôle physiologique de la PrPc, notamment dans les réponses au stress. D'autre part, au cours du développement des maladies à prions, le peptide Aβ pourrait jouer un rôle de cofacteur dans la conversion de la PrPC en PrPsc et participer ainsi à la propagation de l'infection au sein de l'organisme

Many human neurodegenerative diseases are now considered as caused by protein misfolding and prion-like mechanisms seem to be more the rule in these processes than an exception limited to prion diseases. The normal prion protein (PrP) appears to be critical in neurodegeneration induced by Aβ oligomers in Alzheimer's disease (AD). However, PrP- Aβ interaction is not reserved only to toxic Aβ1-42 oligomers. Also monomeric Aβ1-40, naturally produced in healthy brain as non-aggregated peptides, have been shown to interact with cellular PrP. We explored here the role of the interaction between PrP and monomeric Aβ1-40 in PrP aggregation process. To this aim, PrP and Aβ1-40 were produced as highly pure and monodisperse recombinant proteins. We show here a clear positive effect of Aβ1-40 on PrP aggregation. Moreover, we demonstrate that Aβ1-40 naturally binds to two distinct N-terminal regions of PrP and subsequently to a third binding site created after structural rearrangement of PrP globular domain, which contributes to enhance the oligomerization rate of the complex. These results bring new insight into the mechanisms of the physiologically relevant PrP-Aβ1-40 interaction as well as into key structural changes that might be involved in prion diseases.