Mécanisme d'action de MT5-MMP dans la maladie d'Alzheimer et modulation thérapeutique à l'aide de stratégies transgéniques à médiation virale

Mechanisms of action of MT5-MMP in Alzheimer's disease and therapeutic modulation using viral-mediated transgenic strategies

• Auteur / Autrice : Thaïs Lestra
• Direction : Santiago Rivera
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la vie et de la santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INP - Institut de Neurophysiopathologie

Mots clés

Mots clés libres

Maladie d'Alzheimer

Métalloprotéinase

Amyloïde

AAVs

Culture de cellules neurales

Souris transgéniques

Alzheimer's disease

Metalloproteinase

Amyloid

AAVs

Neural cell cultures

Transgenic mice

Résumé

État de l'art Nous avons découvert que la protéinase MT5-MMP (MT5 par la suite) favorise l'amyloïdose et la neuro-inflammation, tandis que MT5 KO prévient cette dernière ainsi que la PLT et les déficits cognitifs dans le modèle de souris transgénique 5xFAD de la maladie d'Alzheimer (MA) à un stade précoce de la maladie. De même, l'inhibition de MT5 dans les cultures de cellules neurales de souris 5xFAD et dans les cellules neurales dérivées d'IPS de patients atteints de la MA réduit la neuroinflammation et l'accumulation de produits neurotoxiques du métabolisme de l'APP. Plus intéressant encore, nous avons constaté que l'expression de formes mutées/tronquées de MT5 dans des modèles cellulaires de la MA réduit la pathologie APP/amyloïde. L'ensemble de ces résultats suggère que la pathologie pré-symptomatique de la maladie d'Alzheimer commence beaucoup plus tôt que prévu et que la modulation de MT5 peut atténuer cette pathologie. L'hypothèse sous-jacente est que les formes mutantes de MT5 interfèrent avec les mécanismes nuisibles induits par le MT5 endogène, ce qui permet de préconfigurer les biomolécules à base de MT5 ayant un potentiel thérapeutique pour la maladie d'Alzheimer. Objectifs de l'étude Pour tester cette hypothèse, nous avons prévu trois objectifs pour déterminer le potentiel thérapeutique et les mécanismes d'action des formes mutantes de MT5 dans : 1) des cultures de cellules neurales provenant du modèle murin 5xFAD de la maladie d'Alzheimer 2) des neurones humains dérivés d'iPS porteurs de mutations génétiques 3) des souris 5xFAD aux stades pré-symptomatique et symptomatique de la maladie. Modèles : a) cultures primaires de neurones/astrocytes de souris 5xFAD ; b) neurones humains dérivés d'iPS avec des mutations de la MA ; c) souris 5xFAD pour les études in vivo. Techniques L'activité du MT5 sera modulée en transduisant des cellules cultivées et des cerveaux de souris avec des AAV codant pour des variantes mutées du MT5. Nous évaluerons l'impact de ces modulations en utilisant la biochimie (transfert de protéines, immunoprécipitation, ELISA), la biologie moléculaire et cellulaire (qPCR, mutagenèse, immunocytochimie), la microscopie avancée (SIM, HCS), l'électrophysiologie (patch clamp), l'anatomopathologie et le comportement de la souris. Une attention particulière sera accordée aux voies impliquées dans le contrôle du métabolisme de l'APP/amyloïde, de la neuroinflammation et de l'activité synaptique. Résultats attendus - Identifier de nouvelles voies de neurodégénérescence pilotées par le MT5. - Établir les bases pour générer des biomolécules à base de MT5 ayant un potentiel thérapeutique. - Faire un pas de plus pour valider le MT5 en tant que nouvelle cible potentielle dans la maladie d'Alzheimer.

State of the art We found that the proteinase MT5-MMP (MT5 thereafter) promotes amyloidosis and neuroinflammation, while MT5 KO prevents the latter as well as LTP and cognitive deficits in the 5xFAD transgenic mouse model of Alzheimer's disease (AD) early in the disease. Similarly, MT5 KO in neural cell cultures of 5xFAD mice and in iPS-derived neural cells of AD patients reduces neuroinflammation and the accumulation of neurotoxic products of APP metabolism. Most interestingly, we found that expression of mutated/truncated forms of MT5 in AD cell models reduces APP/amyloid pathology. Together, this suggests that pre-symptomatic AD pathology begin much earlier than expected and that MT5 modulation may alleviate this pathology. The underlying hypothesis is that mutant MT5 forms interfere with the detrimental mechanisms driven by endogenous MT5, thus preconfiguring MT5- based biomolecules with therapeutic potential for AD. Objectives To test this hypothesis, we plan three objectives to determine the therapeutic potential and the mechanisms of action of mutated forms of MT5 in: 1) Neural cell cultures from the 5xFAD mouse model of AD. 2) Human iPS-derived neurons carrying genetic mutations 3) 5xFAD mice at pre-symptomatic and symptomatic phases of the disease Models: a) primary cultures of neurones/astrocytes from 5xFAD mice; b) human iPS-derived neurons with AD mutations; c) 5xFAD mice for in vivo studies Techniques MT5 activity will be modulated by transducing cultured cells and mouse brains with AAVs coding for MT5 mutated variants. We will assess the impact of these modulations using biochemistry (WB, immunoprecipitation, ELISA), molecular and cell biology (qPCR, mutagenesis, immunocytochemistry), advanced microscopy (SIM, HCS), electrophysiology (patch clamp), anatomopathology and mouse behaviour. Particular attention will be paid to pathways involved in the control of APP/amyloid metabolism, neuroinflammation and synaptic activity. Expected results - Identify novel neurodegeneration pathways driven by MT5. - Set the basis for generating MT5-based biomolecules with therapeutic potential. - Take a further step to validate MT5 as a new potential target in AD.