Métabolisme et pathologie Tau dans la maladie d'Alzheimer : une relation réciproque ?

par Antoine Leboucher

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de David Blum.

Soutenue le 11-12-2012

à Lille 2 , dans le cadre de École doctorale Biologie-Santé (Lille) , en partenariat avec Centre de recherche Jean-Pierre Aubert (laboratoire) .

mots clés

• Régime High-Fat
• Souris THY-Tau 22
• Souris KO-Tau
• Alzheimer, Maladie d'
• Protéines tau
• Obésité
• Métabolisme
• Insuline
• Mémoire
• Apprentissage
• Tauopathies -- Dissertations universitaires
• Maladie d'Alzheimer -- Dissertations académiques
• Obésité -- Dissertations académiques
• Métabolisme -- Dissertations académiques
• Insuline -- Dissertations académiques
• Mémoire -- Dissertations académiques
• Apprentissage -- Dissertations académiques
• Protéines tau -- Dissertations universitaires

Résumé

La Maladie d’Alzheimer est une maladie multifactorielle dont l’apparition peut être influencée par divers facteurs génétiques ou environnementaux, tels l’allèle ApoEɛ4, différents polymorphismes ainsi que le vieillissement ou la ménopause, par exemple. Depuis une dizaine d’années des études épidémiologiques ont mis en évidence l’existence d’une relation entre le statut métabolique des individus durant leur vie adulte et l’augmentation du risque de développer la MA à un âge plus avancé. Les travaux présentés dans cette thèse visent à étudier l’impact d’un régime riche en graisse, permettant le développement d’une obésité, sur le développement physiopathologique d’un modèle transgénique mimant le versant Tau de la MA, la souris THY-Tau22. Cette souris surexprime dans les neurones du cerveau la protéine Tau humaine mutée en 2 sites favorisant sa phosphorylation et son agrégation et présente une pathologie Tau hippocampique évolutive qui s'exprime en parallèle d'altérations mnésiques. Ainsi, ce modèle murin constitue un modèle particulièrement adapté à l'étude des conséquences comportementales, anatomo-pathologiques, biochimiques et transcriptomiques de la tauopathie de la MA. L'induction d'une obésité et de ses conséquences métaboliques chez la souris THY-Tau22 de 7 mois a engendré une diminution des performances d'apprentissage accompagnée d'une aggravation de la pathologie Tau hippocampique. De façon intéressante, ces modifications pathologiques ont eu lieu en parallèle du maintien d'une bonne sensibilité à l'insuline périphérique et en présence d'une activation de la voie de signalisation du récepteur à l'insuline dans l'hippocampe. Ces données remettent en cause le dogme établit dans la littérature, et suggèrent que les conséquences délétères d'une obésité sur Tau dans la MA peuvent être dissociées d'une résistance à l'insuline périphérique et centrale. Sur le plan métabolique, lorsque nourries par un régime obésifiant, les souris THY-Tau22 de 7 mois présentent au contraire de leurs contrôles de portées wild-type une homéostasie glucidique peu détériorée. Afin de contrôler la véracité de ce phénotype nous avons entrepris la caractérisation métabolique de la lignée de souris THY-Tau22 via une étude longitudinale de 2 à 9 mois. Cette caractérisation a permis de mettre en évidence le caractère plus maigre de la souris THY-Tau22 comparé aux WT avec des différences de paramètres métaboliques qui s'accentuent au cours de la vie de la souris THY-Tau22. Afin de décrypter si cette particularité métabolique est le fruit du gain de fonction lié à la surexpression de la protéine Tau dans le cerveau de cette souris, un suivi longitudinal identique a été réalisé chez la souris Knock-out pour le gène Tau (KO-Tau). Les résultats indiquent que la souris KO-Tau présente un phénotype métabolique inverse à celui de la souris THY-Tau22, avec poids corporel augmenté et homéostasie glucidique altérée, suggérant que Tau puisse posséder un rôle dans l'homéostasie métabolique. En conclusion l’ensemble des résultats de cette thèse suggère par conséquent qu'une obésité provoque l'aggravation de la pathologie Tau de la MA, et ce, en l'absence d'une résistance à l'insuline. De plus, nous révélons l'existence d'une potentielle fonction inédite de la protéine Tau dont l'action au niveau central aurait des conséquences métaboliques périphériques.

mots clés

• Alzheimer's Disease

Titre traduit

Metabolism and Tau pathology in Alzheime's disease : a reciprocal relationship ?

Résumé

Alzheimer's disease (AD) is a multifactorial disease that can be influenced by several genetic or environnemental factors, such as ApoEɛ4 allele, genetic polymorphisms and ageing and menopause, for instance. Since a decade epidemiological studies have pointed out the existence of a relationship between the metabolic status of individuals during their adult's life and an increased risk of developing AD at an advanced age. Indeed, type 2 diabetes doubles the risk to have AD. Mid-life overweight and obesity are also important risk factors for the development of AD. The work presented in this thesis aim at studying the impact of an obesity induced by a high-fat diet on physiopathological development of a transgenic mouse model reproducing AD-like Tau pathology, the THY-Tau22 mouse. This mouse overexpresses in the neurons a human Tau protein, mutated on two sites favoring its phosphorylation and aggregation and exhibits a progressive hippocampal Tau pathology in parallel with learning and memory impairment. This mouse model therefore constitutes an appropriate model to study the behavioral, anatomo-pathologic, biochemical and transcriptomic consequences of AD-like Tauopathy. Diet induced obesity and its metabolic disturbances in 7 months THY-Tau22 mice impaired learning and induced an aggravation of hippocampal Tau pathology. Interestingly, this pathological worsening occurred in parallel with healthy peripheral insulin sensitivity and activation of central insulin signaling. These data question the current dogma of the literature and suggest that deleterious consequences of obesity on Tau pathology could happen dissociated from peripheral and central insulin signaling. On the metabolic point of view, when fed high-fat, 7 months THY-Tau22 mice present, on the contrary of their littermate controls, a relative healthy glucose homeostasis. To control this phenotype we undertook the characterization of THY-Tau22 mice with a longitudinal study from 2 to 9 months. This characterization led us to underscore the leaner phenotype of THY-Tau22 compared to their WT counterparts, with increasing differences in metabolic parameters over age. In order to decipher if this metabolic feature is due to a gain of function induced by the neuronal overexpression of Tau we realized the same phenotyping on a Tau knock-out mouse (KO-Tau). The results indicate that, in contrary to THY-Tau22 mice, KO-Tau mice present a mirrored metabolic phenotype with higher body weight and impaired glucose homeostasis, suggesting a possible role for Tau in metabolic homeostasis. In conclusion, all the data presented in this thesis therefore suggest that obesity induces a worsening of AD-like Tau pathology that occurs dissociated from insulin resistance. Moreover, our study reveals the existence of a potential unpublished function of Tau protein whose action at central level could have peripheral metabolic consequences.