Thèse soutenue

Étude des mécanismes liés aux dysfonctions mitochondriales, à l'altération de la mitophagie et aux défauts du transport mitochondrial dans la maladie d'Alzheimer
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Auteur / Autrice : Loan Vaillant-Beuchot
Direction : Mounia Chami
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
Date : Soutenance le 10/11/2022
Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
établissement de préparation : Université Côte d’Azur (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Frédéric Checler
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Checler, Olga Corti, Julien Chapuis, Véronique Paquis-Flucklinger, Santiago Rivera
Rapporteurs / Rapporteuses : Olga Corti, Julien Chapuis

Résumé

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Les mitochondries assurent des fonctions essentielles dans les cellules via la production d'énergie sous forme d'ATP, la captation de calcium et la régulation de la mort cellulaire par apoptose. Les dysfonctions des mitochondries apparaissent à des stades précoces de la maladie d'Alzheimer (MA), et ont été particulièrement associées au peptide toxique Aβ. Ce dernier est issu du clivage séquentiel de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP) par la β- et la γ-sécrétase. Plusieurs traitements ciblant l'Aβ se sont avérés inefficaces contre la progression de la MA, orientant les recherches sur le potentiel toxique d'autres fragments issus du clivage de l'APP. L'hypothèse de mon projet porte sur la toxicité spécifique des fragments APP C-terminaux (APP-CTFs : C83 et C99 (précurseur direct de l'Aβ)) en se focalisant sur l'étude de la structure, la fonction des mitochondries et la mitophagie. J'ai également étudié l'impact de l'APP et de ses fragments sur la machinerie de transport des mitochondries, un mécanisme clé de leur renouvellement, en particulier dans les neurones.Premier axe : Impact de l'accumulation des APP-CTFs sur la structure, la fonction des mitochondries et sur la mitophagie. Nous décrivons une accumulation des APP-CTFs dans la fraction mitochondriale de modèles mimant les formes familiales de la MA in vitro (cellules de neuroblastome humains exprimant l'APP portant la double mutation suédoise (SH-SY5Y-APPswe), ou le fragment C99 (SH-SY5Y-C99)) et in vivo (souris transgéniques 3xTgAD exprimant les mutations APPswe, TauP301L, PS1 (M146V) ou bien le fragment C99 après infection virale). Par le biais d'une approche pharmacologique bloquant l'activité de la γ-sécrétase, nous démontrons in vitro et in vivo que l'accumulation des APP-CTFs, indépendamment de l'Aβ, est associée à l'agglomération de mitochondries structurellement altérées et surproduisant des espèces oxygénées réactives toxiques, conjointement à un blocage de la mitophagie. Nous avons conclu notre étude par la démonstration de l'altération de la mitophagie dans les cerveaux de patients atteints de la MA sporadique, corrélant avec les niveaux d'APP-CTFs (1, 2).Second axe : Etude des effets de l'APP, des APP-CTFS et de l'Aβ sur les protéines de transport mitochondrial. J'ai d'abord démontré l'impact de l'APP endogène et de la surexpression de l'APPswe sur les niveaux des protéines de la machinerie de transport mitochondrial in vitro (fibroblastes de souris KO pour l'APP ainsi que dans cellules SH-SY5Y-APPswe). J'ai discriminé le rôle de l'accumulation des APP-CTFs de celui de l'Aβ sur l'expression de ces protéines en traitant les cellules APPswe avec l'inhibiteur de la γ-sécrétase. J'ai validé ces observations en utilisant des fibroblastes de souris déplétés des présénilines (composants catalytiques de la γ-sécrétase) mimant une accumulation des APP-CTFs. J'ai par ailleurs démontré une implication des APP-CTFs et de l'Aβ dans le défaut de recrutement des mitochondries à la machinerie de transport dans les cellules SHSY-5Y différentiées. En analysant des cerveaux de souris 3xTgAD et WT à différent âges et des échantillons de cerveaux de patients Alzheimer sporadiques à différents stades de la maladie, nous rapportons que le développement de la MA et l'âge en lui-même ont un impact différentiel sur l'expression de certaines protéines de transport mitochondrial (3).Ces études démontrent de nouveaux mécanismes moléculaires impactant l'homéostasie mitochondriale au cours du développement de la MA. Ces découvertes permettront la mise en place de nouvelles pistes thérapeutiques ralentissant les dysfonctions des mitochondries et, ou favorisant leur renouvellement dans le contexte de la MA.(1). Vaillant-Beuchot L.*, Mary A.* et al. Acta Neuropathologica 2020.(2). Mary A.*, Vaillant-Beuchot L.* et al. Médecine/sciences 2021.(3). Vaillant-Beuchot et al. En cours de soumission.