Apport de nouveaux modèles Knock-In humanisés pour la compréhension de la maladie d'Alzheimer

Contribution of new humanized Knock-In models to the understanding of Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Sarra Kraiem
• Direction : Valérie Buée-Scherrer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 14/12/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lille Neuroscience et Cognition (Lille) - Lille Neurosciences & Cognition - U 1172
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Landrieu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Dhenain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karelle Leroy, Benoît Delatour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Souris transgéniques

Modèles animaux de maladie humaine

Techniques de knock-in de gènes

Agrégation pathologique de protéines

Peptides bêta-amyloïdes

Protéines tau

Tauopathies

Maladie d'Alzheimer

Souris transgéniques

Expérimentation animale

Modèles animaux

Protéine amyloïde bêta

Protéine tau

Tauopathies

Alzheimer, Maladie d'

Mots clés libres

Maladie d'Alzheimer

Protéine précurseur de l’amyloïde (APP)

Peptide bêta-amyloïde (Aβ)

Protéine Tau

Tauopathie

Knock In

Modèles humanisés

Propagation

Alzheimer's disease

Amyloid precursor protein (APP)

Beta-amyloid peptide (Aβ)

Tau protein

Tauopathy

Knock In

Humanized mouse models

Propagation

Résumé

La maladie d'Alzheimer, principale cause de démence chez le sujet âgé, est caractérisée sur le plan neuropathologique par une accumulation extracellulaire de peptide amyloïde qui précède une agrégation intraneuronale de protéines Tau anormalement et hyperphosphorylées. Cette agrégation de Tau provoque la mort neuronale qui conduit aux troubles cognitifs. Dans le but de mimer la pathologie et de comprendre les mécanismes qui conduisent au développement des deux protéinopathies, plusieurs modèles transgéniques ont été générés. Ces modèles demeurent essentiellement des modèles de surexpression des protéines au niveau du système nerveux central.Afin d'éviter cette surexpression, nous avons généré un nouveau modèle Tau Knock In au sein du laboratoire qui repose sur l'insertion dans le locus murin Mapt d'un ADNc codant une isoforme de Tau 1N4R mutée en P301L. Ainsi, l'expression de ce transgène est sous le contrôle du promoteur murin. Nous avons ensuite croisé ce modèle avec un modèle APP Knock In humanisé pour le peptide amyloïde (Saito et al., 2014). Le modèle APPxTau Knock In obtenu a été étudié en comparaison avec les contrôles simples mutants et des contrôles de portée sauvage afin d'étudier le développement potentiel de pathologies concomitantes liées à la co-expression des deux protéines humanisées.Le nouveau modèle a été caractérisé à 6 et 12 mois au niveau métabolique, comportemental mais aussi moléculaire et biochimique. Les résultats ont révélé l'absence de tout phénotype métabolique dans le modèle APPxTau à 6 mois malgré une altération de l'homéostasie du glucose observée chez le modèle Tau KI. L'étude du modèle double mutant montre une expression de transgènes humains et de protéines correspondantes avec une phosphorylation de Tau accrue dans le cortex ainsi qu'un nombre augmenté de plaques amyloïdes par rapport aux modèles simple mutants. Une neuroinflammation liée à la pathologie amyloïde a également été détectée dans le cortex et l'hippocampe. A ces âges, aucune agrégation visible de Tau ou dégénérescence neuronale n'a pu être observée. Une altération de la mémoire corrélée aux lésions amyloïdes a cependant été détectée. Une analyse transcriptomique suggère que ces altérations seraient accentuées par une hypoexcitabilité neuronale chronique reliée à l'expression de la Tau humaine dans ce modèle ainsi qu'une dominance du phénotype amyloïde aux âges étudiés.Dans ce modèle, l'absence de l'activité d'épissage et la complexité de la pathologie n'est pas récapitulée avec l'introduction d'une seule isoforme de Tau humaine même si son expression est régie par le promoteur endogène murin. Des expériences d'inoculation intrahippocampique de lysats de cerveaux issus de patients Alzheimer chez le modèle Tau Knock-In ne montre pas d'interaction entre cette isoforme de Tau et la Tau pathologique en absence d'amyloïdose. Cependant, il faut plus de deux décennies à l'amyloïdose pour induire une pathologie Tau chez l'homme. Ainsi, l'absence de la pathologie Tau dans le modèle APPxTau peut être reliée à une question de temps. Ce modèle représenterait donc des troubles précoces de la maladie d'Alzheimer et pourrait servir à étudier les facteurs aggravants ou protecteurs de la pathologie Tau et donc de la dégénérescence neuronale.

Alzheimer's disease, primary cause of dementia in the elderly, is characterized at the neuropathological level by extracellular accumulation of amyloid peptide that precedes an intraneuronal aggregation of Tau proteins found abnormally and hyperphosphorylated. This Tau aggregation causes neuronal death that leads to cognitive impairment. Most of the existing animal models mimic Alzheimer's disease pathology by overexpressing both proteins in the central nervous system.In order to obtain a physiological model, our laboratory has developed a Knock In mouse model by the insertion of a cDNA encoding 1N4R human Tau isoform (mutated at P301L) directly into the mouse Mapt locus. We then generated a new mouse model by crossing it with an APP Knock In humanized for the amyloid peptide sequence (Saito et al., 2014). The resulting APPxTau Knock In model was studied in comparison with single mutants and wild-type littermates in order to investigate the development of concomitant pathologies linked to the co-expression of the two humanized proteins.The new model was characterized at 6 and 12 months at metabolic, behavioral levels but also molecular and biochemical ones. Results reveal the absence of any metabolic phenotype within the APPxTau model despite an impaired glucose homeostasis observed in the Tau model. Analyses conducted on the APPxTau model show an expression of human transgenes and corresponding proteins with increased Tau phosphorylation in the cortex as well as an increasing number of amyloid plaques compared to the single mutants. Increased neuroinflammation related to amyloid pathology is also detected in the cortex and hippocampus. At these ages, no neuronal degeneration related to Tau aggregation is observed. However, memory impairment correlates with amyloid lesions. A transcriptomic analysis suggests that these alterations would be accentuated by a chronic neuronal hypoexcitability related to the expression of human Tau in this model as well as a dominant amyloid phenotype at the ages studied.Lacking Tau splicing in this model by expressing only one isoform of Tau along with the complexity of Alzheimer's disease may interfere with recapitulating the pathology's features. Intrahippocampal inoculation experiments of brain lysates from Alzheimer's patients failed to show an interaction between this Tau isoform and pathological Tau in the absence of amyloidosis. However, it takes more than two decades for amyloidosis to induce tau pathology in humans. Thus, the absence of tau pathology in the APPxTau model may be a question of time. This model displays with early stages of Alzheimer's disease and could serve to investigate aggravating or protective factors of Tau pathology and therefore neurodegeneration.