Les propriétés antiapoptotiques et antiautophagiques du Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide assurent une protection neuronale dans des modèles in vitro et in vivo de la maladie de Parkinson

Antiapoptotic and antiautophagic properties of PACAP are granting a neuronal protection in in-vitro and in-vivo models of Parkinson disease

• Auteur / Autrice : Asma Lamine-Ajili
• Direction : David Vaudry, Alain Fournier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie-sante
• Date : Soutenance le 16/03/2018
• Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Institut Armand Frappier (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Neuroendocrine EndOcrine and GeRminal DIfferentiation and Communication (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Institut Armand Frappier (Québec, Canada)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Neuroendocrine EndOcrine and GeRminal DIfferentiation and Communication (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2022-....)
• Jury : Président / Présidente : Jacques Bernier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olfa Masmoudi, Kessen Patten
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Arnaud Nicot, Pedro D'Orléans-Juste

Mots clés

Mots clés contrôlés

Autophagie

Apoptose

Modèles animaux

Maladie de Parkinson

Maladies neurodégénératives

Mots clés libres

Maladies neurodégénératives

Neurodégénérescence

Maladie de Parkinson

Modèles parkinsoniens in vitro et in vivo

PACAP

Apopoptose

Antiapoptotique

Autophagie

Antiautophagique

Neurodegenerative diseases

Neurodegeneration

Parkinson's disease

In vitro and in vivo parkinsonian models

PACAP

Apoptosis

Antiapoptotic

Autophagy

Antiautophagic

Résumé

La maladie de Parkinson (MP) est caractérisée par la dégénérescence des neurones dopaminergiques du mésencéphale. Elle est notamment causée par des évènements délétères tels le stress oxydatif et la neuro-inflammation, et ceux-ci mènent à la destruction des neurones par divers types de mort cellulaire. Dans ce contexte, le Pituitary Adenylate Cyclase-activating Polypeptide (PACAP), avec ses propriétés antiapoptotiques, anti-inflammatoires et antioxydantes et son aptitude à traverser la barrière hémoencéphalique (BHE), est capable d’exercer une puissante activité neuroprotectrice dans divers modèles de la MP. Par conséquent, cette molécule est prometteuse pour le développement d’une thérapie médicamenteuse. Toutefois, ses profils pharmacologiques (actions non sélectives) et pharmacocinétiques (faible stabilité métabolique) limitent son utilisation clinique. Ainsi, dans une perspective de mise au point d’une approche thérapeutique, nous avons conçu l’Ac-[Phe(pI)6, Nle17]PACAP(1-27), un analogue du PACAP possédant des profils pharmacologiques et métaboliques améliorés, et avons testé son effet sur des modèles in vitro et in vivo de la MP. In vitro (neuroblastomes humains SH-SY5Y), l’analogue stimule efficacement la production d'AMPc et réduit l’altération de l’activité mitochondriale provoquée par un agent neurotoxique (MPP+; 1-méthyl-4-phénylpyridinium). In vivo (souris traitées avec le 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine, un précurseur métabolique du MPP+), le PACAP et son dérivé synthétique restaurent l’expression de la tyrosine hydoxylase dans la substance noire et modulent la réponse inflammatoire. Bien que des baisses de la pression artérielle soient observées avec les deux peptides, l'intensité de la chute ainsi que sa durée sont significativement moins élevées avec l'analogue. Nos caractérisations biologiques ont donc montré que la mort neuronale causée par l’agent neurotoxique est considérablement atténuée par l’analogue peptidique. Elles ont également établi que cet effet est peut-être lié à une activité antiapoptotique soutenue. Dans un deuxième temps, nous avons exploré l’effet du PACAP sur le processus autophagique observé dans ces mêmes modèles de la MP. Nous avons ainsi démontré que le PACAP réduit significativement l’activité autophagique, comme évaluée par la production du complexe LC3-II, le rétablissement des niveaux protéiques de la p62, et la diminution de la formation des vacuoles autophagiques. La capacité du PACAP à inhiber l'autophagie a égalementété observée in vitro, et ce, en inhibant l'activité de p62 induite par la rapamycine, uninducteur de l'autophagie. Ainsi, nos travaux ont conduit à la description d’une molécule dérivée du PACAP, métaboliquement stable, qui s’avère aussi puissante que le peptide natif au niveau de la neuroprotection. Ils ont aussi révélé que le PACAP possède des propriétés antiautophagiques dans des modèles de la MP.

Parkinson's disease (PD) is characterized by the degeneration of mesencephalic dopaminergic neurons. In particular, it is caused by deleterious events such as oxidative stress and neuro-inflammation, which lead to the destruction of neurons by several types of cell death. In this context, the Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide (PACAP), with its antiapoptotic, anti-inflammatory and antioxidant properties, as well as its ability to cross the blood-brain barrier (BBB), is able to exert a potent neuroprotective activity in various PD models. Therefore, this molecule is promising for the development of a PACAP-based drug therapy. However, its pharmacological (non-selective) and pharmacokinetic (low metabolic stability) profiles limit its clinical use. Thus, from the perspective of developing a therapeutic approach, we designed the analog Ac-[Phe(pI)6, Nle17]PACAP(1-27), a PACAP derivative with improved pharmacological and metabolic profiles, and tested its effects in in vitro and in vivo PD models. In vitro (SH-SY5Y human neuroblastoma cells), the analog effectively stimulates the production of cAMP and reduces the alteration of mitochondrial activity caused by a neurotoxic agent (MPP+; 1- methyl-4-phenylpyridinium). In vivo (mice treated with 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine, a metabolic precursor of MPP+), PACAP and its synthetic derivative restore tyrosine hydroxylase expression in the substantia nigra and modulate the inflammatory response. Although decreases in blood pressure were observed with both peptides, the intensity of the fall and its duration were significantly lower with the analog. Our biological characterizations have thus shown that the neuronal death caused by the neurotoxic agent is considerably attenuated by the peptide analog. They also established that this effect may be related to sustained antiapoptotic activity. In a second step, we explored the effect of PACAP on the autophagic process observed in these same PD models. Thus, we have demonstrated that PACAP significantly reduces autophagic activity, as assessed by the production of the LC3-II complex, the restoration of the p62 protein levels, and the decreased formation of autophagic vacuoles. The ability of PACAP to impede autophagy was also observed in vitro, by the inhibition of the p62 activity produced by rapamycin, an inducer of autophagy. In summary, our work led to the description of a PACAP-derived molecule, metabolically stable, that proved to be in neuroprotection as potent as the native peptide. Our studies also revealed that PACAP possesses antiautophagic properties in PD models.