3S-HS et HS3ST2 dans les macrophages humains : implication dans le diagnostic de la maladie d'Alzheimer

3S-HS et HS3ST2 in human macrophages : involvement in the diagnosis of Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Oulfa Ben Abdelouahab
• Direction : Dulcé Papy-Garcia, Alexandre Fifre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et moléculaire
• Date : Soutenance le 02/04/2021
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Créteil ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Croissance cellulaire, Réparation et Régénération Tissulaire (Créteil)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Oster
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dulcé Papy-Garcia, Alexandre Fifre, Thierry Oster, Wilfried Le Goff, Angela Sutton, Yamina Hamma Kourbali, Guido David, Patricia Albanese
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Wilfried Le Goff, Angela Sutton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Héparane sulfate

Diagnostic

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

3-O-Sulfotransférases

Héparane sulfate

Macrophage

Diagnostic

Maladie d’Alzheimer

Macrophage

Heparan sulfate

3-O-Sulfotransferases

Diagnosis

Alzheimer’s Disease

Résumé

La maladie d’Alzheimer (MA), forme de démence la plus fréquente chez les personnes âgées, se caractérise par la présence dans le cerveau de plaques amyloïdes (accumulation de peptide Aβ) et des dégénérescences neurofibrillaires (accumulation de protéines tau anormalement phosphorylées). Les héparanes sulfates (HS), polysaccharides présents physiologiquement dans les membranes cellulaires et dans la matrice extracellulaire, sont retrouvés en intracellulaire associés à ces deux lésions neuropathologiques dans les neurones de patients MA. Des études sur des modèles cellulaires de tauopathies ont montré que les formes 3-O-sulfatés des HS (3SHS) produits par la 3-O-sulfotransférase 2 (HS3ST2), se retrouvent localisées en intracellulaire. Cette enzyme qui est principalement présente dans le cerveau, a été retrouvée exprimé in vitro en dehors du système nerveux central, par les macrophages dérivés des monocytes circulants humains (MDM). Les objectifs de ce travail de thèse ont été (1) de caractériser, dans un contexte physiologique, l’expression et la localisation de la HS3ST2 et des 3S-HS dans des cultures primaires humaines de MDM, (2) de montrer, dans le contexte de la MA, que les 3SHS se retrouvent localisés et accumulés au niveau intracellulaire dans les MDM exprimant la HS3ST2 de patients atteints de la MA, (3) d’évaluer le potentiel diagnostic de l’accumulation intracellulaire des 3S-HS dans les MDM et (4) d’étudier les profils transcriptomiques des MDM de patients atteints de la MA vs les MDM de sujets sains.Ces travaux montrent que les MDM expriment fortement la HS3ST2, enzyme qui serait responsable de la production des 3S-HS au niveau membranaire dans les MDM. Il a été montré la présence d’une accumulation intracellulaire anormale de 3S-HS dans les MDM de patients MA exprimant la HS3ST2, non imputée à un phénomène inflammatoire. La présence de ce phénotype de MDM, nommé AD-HS(+), serait spécifique de la MA, comme démontré dans une cohorte multicentrique de faible effectif, nécessitant d’être confirmé à plus grande échelle. Les études transcriptomiques réalisées sur les MDM AD-HS(+), qui représentent dans les cultures de MDM MA, une population cellulaire parmi les MDM sans accumulation intracellulaire de 3S-HS (nommé ADHS(-)), ont montré des altérations dans l’expression de facteurs de risques génétiques ainsi que des gènes associés à la MA, qui est différente et spécifique d’un patient à un autre. Ces travaux permettent d’ouvrir la voie à une stratégie de diagnostic utilisant les MDM AD-HS(+) comme biomarqueur potentiel de la MA et d’ouvrir de nouvelles perspectives de recherche dans lesquelles les 3S-HS et la HS3ST2 pourraient constituer des cibles thérapeutiques pertinentes pour la MA.

Alzheimer's disease (AD), the most common form of dementia in the elderly, is characterised by amyloid plaques (accumulation of Aβ peptide) and neurofibrillary tangles (accumulation of abnormally phosphorylated tau protein) in the brain. Heparan sulfates (HS), a polysaccharides physiologically present in cell membranes and extracellular matrix, are found intracellularly associated with these two neuropathological lesions in AD neurons. Studies on cellular models of tauopathies have shown that the 3-O-sulfated forms of HS (3S-HS) produced by 3- O-sulfotransferase 2 (HS3ST2), are localised in the intracellular level. This enzyme that is mainly present in the brain, was found to be expressed in vitro outside the central nervous system, by macrophages derived from human circulating monocytes (MDM). The objectives of this thesis were (1) to characterised, in a physiological context, the expression and localisation of HS3ST2 and 3S-HS in primary human MDM cultures, (2) to show, in the context of AD, that the 3S-HS are localised and accumulated at the intracellular level in MDMs expressing HS3ST2 from AD patients, (3) to evaluate the diagnostic potential of the intracellular accumulation of 3S-HS in MDMs, and (4) to study the transcriptomic profiles of MDMs from AD patients vs MDMs from healthy subjects.This work shows that MDMs strongly express HS3ST2, an enzyme that would be responsible for the production of 3S-HS at the membrane level in MDMs. It has been shown that there is an abnormal intracellular accumulation of 3S-HS in the MDMs of AD patients expressing HS3ST2, not attributed to an inflammatory event. The presence of this MDM phenotype, named AD-HS(+), would be specific to AD, as demonstrated in a small multicentre cohort, which needs to be confirmed at a larger scale. Transcriptomic studies carried out on AD-HS(+) MDMs, which represent in AD MDM cultures a cell population among MDMs without intracellular accumulation of 3S-HS, (named AD-HS(-)), have shown alterations in the expression of genetic risk factors as well as genes associated with AD, which is different and specific from one patient to another. This work paves the way for a diagnostic strategy using AD-HS(+) MDMs as a potential biomarker for AD and opens new research perspectives in which 3S-HS and HS3ST2 could be relevant therapeutic targets for AD.