Implication du fragment C99 dans l’avènement des phénotypes pathologiques de la maladie d’Alzheimer

C99 fragment involvement in the emergence of Alzheimer-like phenotypes

• Auteur / Autrice : Alexandre Bourgeois
• Direction : Frédéric Checler, Raphaëlle Pardossi-Piquard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Nice (1965-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Santiago Rivera
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Santiago Rivera, Benoît Delatour, Pascal Kienlen-Campard, Julien Chapuis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benoît Delatour, Pascal Kienlen-Campard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéine amyloïde bêta

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

Alzheimer

Aβ

C99

Modèles murins

Comportement

Alzheimer’s disease

Abeta

C99

Mouse models

Behavior

Résumé

La maladie d’Alzheimer (MA) est la forme la plus fréquente de démence associée non seulement à une perte mnésique progressive mais aussi à divers symptômes psychologiques comme la dépression ou l’apathie. Elle se caractérise au niveau histologique par 1) l’agrégation extracellulaire du peptide amyloïde β (Aβ) en plaques séniles, et 2) l’hyperphosphorylation de Tau entraînant la formation de neurofibrilles intracellulaires et la dégénérescence neuronale. L’hypothèse amyloido-génique considère l’accumulation du peptide Aβ comme responsable des phénotypes pathologiques de la MA. Le peptide Aβ provient d’une protéine précurseur appelée Amyloid Precursor Protein (APP) qui est clivée d’abord par l’enzyme β-sécrétase produisant le fragment C-terminal C99, lui-même clivé par la γ-sécrétase pour produire le peptide Aβ. Lors de ma thèse, j’ai cherché à montrer par les différentes approches ci-dessous que le C99, indépendamment de la toxicité induite par l’Aβ, était capable d’initier certains phénotypes pathologiques observés dans la MA.1- Les souris 3xTgAD (APPswe, TauP301L, PS1M146V) générées par le Dr LaFerla développent tardivement des plaques séniles et des dégénérescences neurofibrillaires. Elles présentent également des déficits cognitifs et synaptiques plus précoces associés à un dépôt intracellulaire d’Aβ. Nous avons développé au laboratoire une nouvelle lignée de souris double transgénique (2xTgAD, APPswe, TauP301L) qui présentent la même accumulation du C99 que les souris 3xTgAD sans aucune production d’Aβ détectable. J’ai pu montrer dans mon premier article en premier auteur que les souris 2xTgAD présentaient des altérations comportementales et synaptiques semblables aux 3xTgAD, suggérant que ces anomalies sont induites par le C99 et non par l’Aβ.2- Afin de nous focaliser sur le fragment C99, nous avons mis au point au laboratoire un nouveau modèle basé sur l’injection intra cérébro ventriculaire d’un Adéno Virus Associé (AAV) chez les souris nouveau-nées permettant la surexpression neuronale du C99 toute la vie de l’animal. Durant ma thèse, j’ai caractérisé ce nouveau modèle au niveau biochimique et comportemental. Puisque ces souris produisent aussi de l’Aβ via le clivage du fragment C99 par la γ-sécrétase endogène, nous avons utilisé un inhibiteur de la γ-sécrétase (ELND006), nous permettant de discriminer entre la toxicité induite par le fragment C99 et celle provoquée par le peptide Aβ. Ainsi dans l’article Lauritzen et al., 2016, j’ai pu contribuer à démontrer grâce au modèle AAV-C99 l’implication du fragment dans l’avènement des dysfonctions lysosomiales et autophagiques typiques de la MA.3- En troisième lieu, j’ai généré lors de ma thèse d’autres outils permettant de se focaliser sur les mécanismes biochimiques de l’effet pathologique du C99, dont des constructions plasmidiques qui permettent la surexpression de formes mutées du C99 (C99G33L et C99G29L/G33L) favorisant sa dimérisation. Ces outils en particulier ont permis de mettre en évidence, dans un article en soumission, la présence dans les exosomes du C99 à la fois sous forme monomérique et oligomérique in vitro et in vivo. En conclusion, l’ensemble de mes résultats met en évidence une implication importante du fragment C99 dans l’apparition de différents phénotypes pathologiques de la MA. Ces données peuvent s’avérer cruciales pour le développement d’un traitement thérapeutique de la MA.

Alzheimer’s disease (AD), the most frequent form of dementia, is a neurodegenerative disease associated with memory loss but also psychological symptoms such as depression and apathy. AD is histologically characterized by both the extracellular aggregation of the amyloid beta (Aβ) peptide in senile plaques, and the increased phosphorylation of the Tau protein leading to intracellular neurofibrillary tangles and neurodegeneration. In the amyloid hypothesis, the Abeta accumulation is responsible for the emergence of AD phenotypes. This peptide originates from the Amyloid Precursor Protein (APP), first cleaved by the beta-secretase producing the carboxy-terminal fragment C99, which then is processed by the gamma-secretase leading to Abeta accumulation. Thanks to different approaches, I’m showing in this work that the C99 fragment is able to induce AD phenotypes independently of Abeta toxicity.1- Generated by Dr Laferla’s team, the 3xTgAD mice (APPswe, TauP301L, PS1M146V) develop early cognitive deficits and synaptic dysfunctions associated with intracellular Abeta deposition, followed with the emergence of senile plaques and neurofibrillary tangles at late age. We produced a new transgenic line (2xTgAD: APPswe, TauP301L) which show the same C99 accumulation as 3xTg mice, but no detectable Abeta. I demonstrated, in my 1st author article, that 2xTgAD mice develop behavior and synaptic alterations similarly to 3xTgAD mice, suggesting that those deficits are induced by C99, and not Abeta accumulation.2- We developed another AD mouse model based on intracerebroventricular injection of an adeno-associated virus allowing neuronal overexpression of the C99 fragment all lifelong. In my PhD, I caracterised the anatomical, biochemical and behavior phenotypes of this AAV-C99 model. Abeta production is detected from gamma-secretase cleavage of the overexpressed C99. As such, we used a gamma-secretase inhibitor (ELND006) to discriminate between Abeta and C99 toxicity. Thanks to this model and treatment, I helped to demonstrate in Lauritzen and al., 2016, that C99 contributes to lysosomal and autophagic dysfonctions in AD.3- Lastly, I generated other tools to focus on biochemical mechanisms of C99 pathological effects. I produced plasmidic constructions inducing overexpression of mutated forms of C99 (C99G33L et C99G29L/G33L) enhancing its dimerization. Those put forward, in a recently submitted article, the presence of C99 in exosomes in both monomeric and oligomeric forms in vitro and in vivo.The above results suggest that C99 is involved in the early emergence of some important AD phenotypes. These data could be extremely meaningful for the current developing of an AD treatment.