Rôle de l'oligomérisation et de la propagation exosomale de C99 dans la maladie d'Alzheimer

Role of C99 oligomerization and exosomal spread in Alzheimer's disease

• Auteur / Autrice : Céline Badot
• Direction : Frédéric Checler, Inger Lauritzen
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Interactions Moléculaires et Cellulaires
• Date : Inscription en doctorat le 15/09/2021
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INSTITUT DE PHARMACOLOGIE MOLÉCULAIRE ET CELLULAIRE
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biologie cellulaire & moléculaire du vieillissement cérébral normal & pathologique

Mots clés

Mots clés libres

Maladie d'Alzheimer

APP β-CTF (C99)

Oligomérisation

Exosomes

BiFC

Alzheimer's disease

APP β-CTF (C99)

Oligomerization

Exosomes

BiFC

Résumé

La maladie d'Alzheimer (MA) est aujourd'hui la première cause de démence dans le monde et se caractérise par une accumulation anormale de protéines dans le cerveau. On observe notamment la présence de dépôts protéiques extracellulaires composés de peptide amyloide (Aβ) et d'agrégats intracellulaires de tau hyperphosphorylée. Jusqu'à ce jour, une hypothèse principale propose que l'Aβ et plus précisément son oligomérisation, est responsable de la pathologie, mais les échecs multiples des thérapies visant à empêcher sa production ou la neutraliser une fois produite, ont questionné ce dogme et ont proposé l'implication d'autres candidats dans la pathologie. Des études récentes suggèrent qu'un de ces candidats pourrait être le fragment C99, qui est le précurseur direct de l'Aβ. En effet, nos études récentes montrent dans des modèles de souris « alzheimerisées » une accumulation intraneuronale précoce de ce fragment et son implication dans le dysfonctionnement endolysosomal constituant une des altérations pathologiques les plus précoces de la MA ((1) (2)). Ce dysfonctionnement touche également les exosomes, qui sont des petites vésicules d'origine endosomale sécrétées par les cellules, et qui sont connues pour leur rôle dans la transmission intercellulaire de type Prion de protéines neurotoxiques. Dans des modèles de la MA, les exosomes sont enrichis en fragment C99 et nos travaux récents montrent sa présence dans les exosomes sous forme monomère, mais particulièrement sous forme d'oligomères (3). Ces résultats montrent donc que le fragment C99 peut, comme l'Aβ, former d'oligomères, mais à ce jour le rôle pathogène de ces oligomères reste inconnu. Ce projet de thèse vise donc à mieux comprendre le rôle de l'oligomérisation du fragment C99 et de sa propagation via les exosomes dans la MA. Méthodes : Ce projet est basé principalement sur des techniques de biologie cellulaire et d'imagerie. L'oligomérisation sera visualisée grâce à une technique d'imagerie appelée complémentation de fluorescence bimoléculaire (BiFC) ((4) (5)). Ce système permet la visualisation dans des cellules vivantes et en temps réel l'agrégation du fragment C99 par microscopie confocale. Après une validation des constructions dans des lignées cellulaires, le but sera de les utiliser dans des cultures primaires de neurones ou de coupes organotypiques d'hippocampes et par la suite dans des animaux à l'aide de vecteurs viraux. 1. Lauritzen, I., Pardossi-Piquard, R., Bauer, C., Brigham, E., Abraham, J. D., Ranaldi, S., Fraser, P., St-George-Hyslop, P., Le Thuc, O., Espin, V., Chami, L., Dunys, J., and Checler, F. (2012) J Neurosci 32, 16243-16255a 2. Lauritzen, I., Pardossi-Piquard, R., Bourgeois, A., Pagnotta, S., Biferi, M. G., Barkats, M., Lacor, P., Klein, W., Bauer, C., and Checler, F. (2016) Acta Neuropathol 132, 257-276 3. Lauritzen, I., Becot, A., Bourgeois, A., Pardossi-Piquard, R., Biferi, M. G., Barkats, M., and Checler, F. (2019) Transl Neurodegener 8, 35 4. Kerppola, T. K. (2008) Methods Cell Biol 85, 431-470 5. Meckler, X., and Checler, F. (2014) J Alzheimers Dis 40, 161-176

Alzheimer's disease (AD) is the most prevalent neurodegenerative disease and cause of dementia in elderly. AD brains are known to be filled with extracellular Aβ deposits and intracellular neurofibrillary tangles formed by hyperphosphorylated tau. Up to recently, Aβ was thought to be the trigger of AD, but the consistent failure of therapies aiming at decreasing Aβ production or neutralizing it once formed have questioned this dogma and have suggested a pathogenic role of alternative candidates. Emerging evidence proposes that the β-secretase derived APP fragment C99 (βCTF), corresponding to the direct precursor of Aβ, is one of these candidates. For instance, we demonstrated that C99, rather than Aβ, cause endolysosomal network (ELN) dysfunction representing one of the earliest features of AD pathology (1,2). This dysfunction is known to also involve exosomes, small nano-sized vesicles formed within endosomes, secreted from the cells and implicated in Prion-like intercellular transmission of pathogenic proteins. In AD models, exosomes are enriched in C99 and our recent studies showed that these vesicles also contain C99 existing as oligomers (3), although the pathological contribution of these oligomers remains unknown. The PhD project aims at investigating C99 oligomerization and exosomal spread of C99, which should allow to better understand the role of C99 in AD onset and progression. Methods: This project is mainly based on cellular biology and imaging techniques. C99 oligomerization will be visualized using bimolecular fluorescence complementation (BiFC) (4,5) which should allow monitoring C99 oligomerization in living cells and by real-time confocal imaging. After validation of these techniques in cultured cell lines, similar approaches will be carried out in mouse hippocampal slice cultures and then in mice using viral vectors to induce protein expression. 1. Lauritzen, I., Pardossi-Piquard, R., Bauer, C., Brigham, E., Abraham, J. D., Ranaldi, S., Fraser, P., St-George-Hyslop, P., Le Thuc, O., Espin, V., Chami, L., Dunys, J., and Checler, F. (2012) J Neurosci 32, 16243-16255a 2. Lauritzen, I., Pardossi-Piquard, R., Bourgeois, A., Pagnotta, S., Biferi, M. G., Barkats, M., Lacor, P., Klein, W., Bauer, C., and Checler, F. (2016) Acta Neuropathol 132, 257-276 3. Lauritzen, I., Becot, A., Bourgeois, A., Pardossi-Piquard, R., Biferi, M. G., Barkats, M., and Checler, F. (2019) Transl Neurodegener 8, 35 4. Kerppola, T. K. (2008) Methods Cell Biol 85, 431-470 5. Meckler, X., and Checler, F. (2014) J Alzheimers Dis 40, 161-176