Identification et caractérisation des modifications post-traductionnelles de la protéine TAU : implication dans le processus d'agrégation

Identification and characterization of post-translational modification of tau : implication in aggregation process

• Auteur / Autrice : Amina Kamah
• Direction : Caroline Smet-Nocca, Guy Lippens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie structurale
• Date : Soutenance le 08/06/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de glycobiologie structurale et fondamentale (UGSF)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isomérases

Proline

Acétylation

Conformation

Protéines

Protéines -- Agrégation

Protéines -- Modifications posttraductionnelles

Protéine tau

Maladies neurodégénératives

Mots clés libres

O-GlcNAcylation

Immunophilines

Résumé

Les démences séniles sont caractérisées, au niveau moléculaire, par l’agrégation de quelquesprotéines-clés. On peut donner comme exemple l’α-synucléine, dans la maladie de Parkinson,ou le peptide β-amyloïde et la protéine Tau, dans la maladie d’Alzheimer. Le mauvaisrepliement de ces protéines est souvent évoqué, même si elles n’adoptent pas une structurestable lorsqu’elles sont isolées en solution. La protéine Tau est une protéine neuronaleappartenant à la famille des protéines MAP (protéines associées aux microtubules). Saprincipale fonction est de stimuler la polymérisation de la tubuline en microtubules, assurantainsi le transport cytoplasmique au sein d’une cellule. Tau ainsi que des mutants de Tau ont étéimpliqués dans de nombreuses pathologies neurodégénératives regroupées sous le terme detauopathies, dont la plus connue est la maladie d’Alzheimer. Bien qu’aucune mutation de Taun’ait été décrite dans la maladie d’Alzheimer, Tau joue un rôle-clé dans cette pathologie. Elleest caractérisée par la présence d’agrégats fibrillaires de protéines Tau hyperphosphoryléesnommés PHF (Paired Helical Filaments) qui envahissent progressivement le cerveau. Cesobservations sont associées à un déséquilibre entre phosphorylation et déphosphorylation.Malgré les différentes études menées sur le sujet, le mécanisme d’agrégation n’est pas compriset plusieurs pistes sont envisagées, notamment l’implication des modifications posttraductionnelles.Nous avons déterminé le profil de modifications de la protéine Tau parspectroscopie RMN et étudier leur implication dans le processus d’agrégation parspectrophotométrie. Parmi les modifications covalentes existantes, nous avons étudiél’acétylation des résidus lysine et l'O-β-N-acétylglucosaminylation des résidus sérine etthréonine. La troisième est une modification conformationnelle qui consiste à stimulerl’échange conformationnel des prolines par des enzymes à activité peptidyl prolyl cis-transisomérase (PPIase).

Senile dementia are characterized by protein aggregation such as α-synuclein in Parkinsondisease or β-amyloid peptide and Tau protein in Alzheimer disease. Protein misfolding has beenevoked in the pathological processes even though these proteins do not adopt a stable threedimensionalstructure in solution. Tau protein belongs to the MAP (Microtubule-AssociatedProtein) family. It stimulates tubulin polymerization into microtubule allowing for cytoplasmictransport in cell. Tau and its mutated forms are found in neurodegenerative diseases,collectively referred to as tauopathy, the most famous being Alzheimer’s disease. Thesepathologies are characterized by fibrillary aggregates of hyperphosphorylated Tau namedPaired Helical Filaments (PHF) that invades gradually throughout the brain. These observationsare correlated with imbalance between phosphorylation and dephosphorylation in AD brains.Despites extensive studies, the aggregation mechanism is still not understood and severalpathways were considered, especially posttranslational modifications other thanphosphorylation. We have investigated the modifications of Tau protein by NMR spectroscopyand studied effect of these modifications on aggregation process by spectrophotometry. Amongcovalent modifications, we have studied lysine acetylation and Ser/Thr O-β-Nacétylglucosaminylation.The third investigated modification is the conformational switch ofproline residues catalyzed by a peptidyl prolyl cis trans isomerase.