Rôle des ADAM dans le processus physiopathologique de la maladie d'Alzheimer, Implication of ADAM in pathophysiological process in Alzheimer\'s disease

Geoffroy Laumet

Description

Sous la direction de Jean-charles Lambert
Thèse soutenue le 30 novembre 2010: Lille 2
La maladie d’Alzheimer est une maladie neurodégénérative, elle représente 70% des formes de démences et affecte près de 860 000 personnes en France. Cette maladie est caractérisée par deux lésions neuropathologiques : les Dégénérescences neurofibrillaires et les Plaques séniles. Ces dernières sont principalement constituées de peptides amyloïdes (Aβ) résultant du clivage d’une protéine membranaire appelée Précurseur du peptide amyloïde (APP). L’étude des formes familiales monogéniques a montré que des mutations des gènes de l’APP et des Présénilines 1 et 2 conduisaient systématiquement à une augmentation de la production d’Aβ. Cette observation a permis l’élaboration de la cascade amyloïde plaçant le métabolisme de l’APP au centre du processus physiopathologique. Même si aujourd’hui ce métabolisme commence à être relativement bien connu, plusieurs zones d’ombres subsistent encore. Dans l’optique de caractériser de nouveaux acteurs intervenant dans ce métabolisme, nous avons émis une hypothèse qui repose sur deux constatations : (i) les protéines impliquées dans l’étiologie de la maladie sont différentiellement exprimées entre les cerveaux des patients et ceux des témoins (ii) dans le cerveau, de nombreuses métalloprotéases participent aux même mécanismes que l’APP (adhésion cellulaire, neuroinflammation, plasticité neuronale...), certaines sont aussi directement actrices du métabolisme de l’APP en tant qu’α-sécrétase (ADAM9, ADAM10 et ADAM17) ou en dégradant l’Aβ (NEP, IDE, MMP2, MMP3 et MMP9). Nous avons donc supposé que les métalloprotéases présentant une différence d’expression entre le tissu cérébral des malades et celui des témoins soient des candidates intéressantes pour moduler le métabolisme et le trafic de l’APP. Une première analyse transcriptomique par biopuce, à partir d’ARN totaux issus des cerveaux de 12 malades et de 12 témoins, nous a permis d’identifier quatre métalloprotéases présentant une différence d’expression significative (p<10-5) : ADAMTS16, ADAM17, ADAM30 et ADAM33. Nous avons cherché à confirmer ce résultat par une autre technologie sur un plus grand nombre d’échantillons (malades n=52 et témoins n=42). Seules ADAM30 et ADAM33 ont pu être validées. Nous avons également pu observer que l’expression d’ADAM30 dans le tissu cérébral des malades est inversement proportionnelle à la quantité d’Aβ42 déposée dans la parenchyme (Aβ42 la forme d’Aβ la plus neurotoxique). De plus, au niveau cérébral, l’expression d’ADAM30 est restreinte aux neurones, cellules sièges du métabolisme de l’APP. Nous avons donc sélectionné ADAM30 comme intervenante potentielle dans le métabolisme de l’APP. Pour tester notre hypothèse, nous avons sous- et sur-exprimé ADAM30 dans deux modèles cellulaires différents. Nous avons mis en évidence que la sur-expression d’ADAM30 entraîne une diminution de l’ensemble des produits du métabolisme de l’APP. En mutant le site catalytique de cette protéase, nous avons remarqué que cette action sur le métabolisme de l’APP est dépendante de cette activité catalytique. De manière cohérente, une sous-expression d’ADAM30 entraîne une augmentation de l’ensemble des produits du métabolisme de l’APP. En utilisant les inhibiteurs alcalisant, nous avons démontré que l’effet d’ADAM30 sur le métabolisme de l’APP met en jeu la dégradation par le lysosome. Des expériences d’immunofluorescence ont attesté qu’ADAM30 est localisée dans le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi et qu’elle co-localise fortement avec l’APP dans ces organites. Au vu des résultats obtenus durant ces quatre années, nous pensons qu’ADAM30 pourrait être une protéine clé de la régulation de l’APP en inhibant son acheminement jusqu’à la membrane plasmique et en favorisant sa dégradation par le lysosome. Des données en génétiques sembleraient indiquer que des polymorphismes d’ADAM30 seraient associés à une réduction de la taille de l’hippocampe et des lésions de la substance grise. La caractérisation d’ADAM30 a permis d’identifier une nouvelle métalloprotéase fortement impliquée dans le métabolisme de l’APP et dans le processus physiopathologique de la maladie d’Alzheimer.
-Gène candidat
Alzheimer’s disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder of the old age, characterized by the presence of two major neuropathological features : neurofibrillary tangles and senile plaques. These plaques are composed of the Aβ peptides cleavage product of the amyloid precursor protein (APP). Proteolytic processing of APP is modulated by the action of enzymes α-, β- and γ-secretases with the latter two mediating the amyloidogenic pathway. Suggesting that processing of APP is a key step in the pathology of AD. However, even if extensively studied, this APP metabolism is still not fully characterized. With this background, we postulate that the characterization of new actors of the APP metabolism might help for a more subtle understanding of this APP metabolism and trafficking. We focused on the ADAMs and related proteins with the hypothesis that ADAMs and related proteins, under- or over-expressed in the brain of AD cases compared with the one of controls, may be of particular interest. Beyond the obvious implication of several ADAMs as α-secretases, this hypothesis was also driven by several observations : (i) ADAMs have been involved in numerous biological processes including brain development, plasticity and repair as APP; (ii) several metalloproteases (MMP-2, -3 and -9) have been described to degrade Aβ peptides. Using microarray to screen the expression of 117 ADAMs and MMPs was analyzed using total RNA extracted from cerebral tissue of 12 AD cases and 12 controls. We observed that 4 ADAMs were differentially expressed. We first confirmed that the ADAM30 expression was decreased in AD brains and we observed that ADAM30 under-expression was correlated with an increase in Aβ42 deposition in AD brains. Consistently, over-expression of ADAM30 led to decrease APP metabolism and as a consequence, Aβ secretion in two different cell lines (Moreover, under-expressed ADAM30 increases APP processing and Aβ generation). This modification of the APP metabolism was directly linked to the ADAM30 catalytic properties. Our data suggest that catalytic activity of ADAM30 takes an important place in APP processing in a lysosome dependent manner and AD pathophysiological process.
Source: http://www.theses.fr/2010LIL2S032/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 29
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

UNIVERSITE DU DROIT ET DE LA SANTE DE LILLE II



THESE DE DOCTORAT EN SCIENCES DE LA VIE

Spécialité : Neurosciences







Rôle des ADAM dans le processus
physiopathologique de la maladie d’Alzheimer


Soutenue publiquement le 30 novembre 2010 par Geoffroy LAUMET
Devant les membres du jury suivant :



Monsieur le Docteur Frédéric CHECLER Rapporteur
Monsieur le Professeur Jean-Noël OCTAVE Rapporteur
Monsieur le Professeur Charles DUYCKAERTS Examinateur
Monsieur le Professeur Bruno DUBOIS Examinateur
Monsieur le Professeur Philippe AMOUYEL Président du jury
Monsieur le Docteur Jean-Charles LAMBERT Directeur de thèse
UNIVERSITE DU DROIT ET DE LA SANTE DE LILLE II



THESE DE DOCTORAT EN SCIENCES DE LA VIE

Spécialité : Neurosciences







Rôle des ADAM dans le processus
physiopathologique de la maladie d’Alzheimer


Soutenue publiquement le 30 novembre 2010 par Geoffroy LAUMET
Devant les membres du jury suivant :



Monsieur le Docteur Frédéric CHECLER Rapporteur
Monsieur le Professeur Jean-Noël OCTAVE Rapporteur
Monsieur le Professeur Charles DUYCKAERTS Examinateur
Monsieur le Professeur Bruno DUBOIS Examinateur
Monsieur le Professeur Philippe AMOUYEL Président du jury
Monsieur le Docteur Jean-Charles LAMBERT Directeur de thèse
- 1 - Prologue
En accord avec mes convictions, j’ai choisi d’imprimer cette thèse recto-verso. Ce qui a deux
conséquences :
- une conséquence directe qui est la diminution de la consommation de papier,
- une conséquence indirecte qui est la diminution des émissions de gaz à effets de serre pour
son transport.

En plus, j’ai choisi d’imprimer cette thèse sur du papier recyclé afin de contribuer à la réduction de la
déforestation.

Ces trois années de Doctorat m’ont permis de découvrir l’étude des Neurosciences. Je me suis
passionné pour ce domaine d’étude qui tente de lier nos comportements à des réactions biochimiques.
Notre pensée consciente, finalité de l’évolution pour certains, ne serait que le résultat d’un
assemblage particulier de molécules dans notre cerveau. Notre mémoire ne serait que le fruit de
l’établissement de nouvelles connections synaptiques. Nos comportements, nos pensées ne seraient
que la conséquence d’une charge positive en plus ou en moins dans une cellule.
Comment la simple substitution d’un seul acide-aminé sur l’APP (exemple : mutation
londonienne, flamande…) peut entraîner la perte de notre mémoire, de nos capacités cognitives et de
notre personnalité, des fonctions qui résultes des interactions complexes de notre environnement et de
nos expériences pendant des dizaines d’années ?
Pour essayer de comprendre le chemin entre une mutation et un comportement, des animaux
transgéniques ont été créées. Ces modèles ont permis de grand progrès dans la connaissance des
maladies neurologiques liées à des mutations. Mais ils ont fait naître de nombreuses questions :
Pourquoi les modèles de maladie d’Alzheimer ne reproduissent-ils pas la neuropathologie ? Comment
expliquer qu’une seule mutation de l’APP chez l’homme conduit à la maladie d’Alzheimer alors que
l’ablation complète du gène de l’APP murin ne produit aucun phénotype particulier ? Comment
comparer les capacités cognitives des souris avec les nôtres ?
Principals suspects de la maladie d’Alzheimer : les peptides amyloïdes auraient-il une fonction
physiologique ? La sélection naturelle dans sa grande logique ou Dieu dans sa grande bonté n’ont pas
pu créer les peptides amyloïdes uniquement pour son rôle néfaste sur notre cerveau. Plusieurs travaux
ont montré un rôle bénéfique des peptides amyloïdes sur notre tissu cérébral.
Les peptides amyloïdes seraient un poison, les peptides amyloïde seraient indispensables,
« Rien n’est poisson, tout est poison, seule la dose est poison » (adaptation d’une citation du Dr.
Paracelse).
De très nombreuses questions intéressantes et captivantes restent en suspens. La Neuroscience est une
discipline relativement jeune, pour laquelle j’éprouve un grand intérêt. Après ce Doctorat, j’espère
approfondir mes connaissances dans ce domaine. Mon intention est d’étudier les mécanismes
moléculaires qui jouent sur la cognition et le comportement.
- 2 - Remerciements
Monsieur le Docteur Frédéric Checler,
Je vous suis très reconnaissant d’avoir accepté d’être Rapporteur de mon travail de thèse. Votre
expertise dans l’étude du métabolisme de l’APP et des différents rôles de PS1 rend votre avis et votre
jugement inestimable. Je vous remercie aussi pour l’envoi des cellules HEK293 ; en espérant que vous
jugiez qu’elles aient été utilisées à bon escient.

Monsieur le Professeur Jean-Noël Octave,
Je suis honoré que vous soyez Rapporteur de cette thèse. Vos compétences scientifiques dans l’étude
des fonctions de l’APP et de ses métabolites rendent votre jugement très précieux.

Monsieur le Professeur Bruno Dubois,
Je tiens à vous remercier sincèrement d’avoir accepté d’être Examinateur de ce travail. Je me réjouis
de pouvoir bénéficier, lors de l’examen de ma thèse, de vos connaissances sur la neuropsychologie et
sur l’aspect clinique de la pathologie.

Monsieur le Professeur Charles Duyckaerts,
Je souhaite sincèrement vous exprimer ma gratitude d’avoir accepté d’être Examinateur de mon travail
de thèse. La clarté de vos nombreuses publications m’a réconcilié avec la neuropathologie. J’ai eu la
chance d’assister à deux de vos conférences (Cap Hornu en 2008 et sur Canal-U via Internet) et
j’espère, un jour, acquérir votre aisance et votre pédagogie lors de présentations orales.

Monsieur le Docteur Jean-Charles Lambert,
Je tiens à te remercier de m’avoir accueilli en M2R et de m’avoir confié un projet aussi intéressant que
celui des « Métalloprotéases ». J’ai apprécié nos discussions à ce sujet et la confiance que tu m’as
témoigné dans sa réalisation. Merci aussi de la liberté que tu m’as laissé pour la gestion du projet
« ADAM12 & SH3PXD2A » et pour l’encadrement des étudiants et des techniciens.

Monsieur le Professeur Philippe Amouyel,
Je tiens d’abord à vous remercier sincèrement d’avoir accepté de présider mon jury de thèse. Ensuite,
je souhaite vous remercier de m’avoir accueilli au sein de votre laboratoire. Merci pour le cadre idéal
dans lequel vous m’avez permis d’évoluer pendant quatre ans. Recevez ici l’expression de mon
profond respect.
- 3 - Remerciements
Je tiens aussi à remercier l’ensemble des personnes avec qui j’ai évolué pendant ces quatre années de
thèses :
Au sein de l’U744 :
D’abord à Anne-Marie, Franck et Xavier, qui bien plus que des collègues sont devenus de véritables
amis, surtout merci à Anne-Marie pour la relecture de cette thèse,
A Florie, Adeline et Vincent P. car sans leur précieux travail, je n’aurai jamais fini à temps. Vous
encadrer a été pour moi (et je l’espère pour vous) un véritable plaisir,
A Florent à qui je souhaite bonne chance pour la poursuite de ce travail, j’attends les résultats de ta
thèse avec impatience,
A Nadine, Benjamin et Vincent C. pour leur joie de vivre, leurs nombreux conseils et dépannages
informatiques,
A Chantal, Sabine, Marjorie et Anne-Sophie pour leur gentillesse et leur aide logistique, l’énergie avec
laquelle vous faites votre travail est une chance pour tous ceux qui travaillent dans ce laboratoire,
A Nicole pour sa bonne humeur et sa relecture précieuse d’un article et de ce manuscrit,
A Florence R., Florence P., Louisa, Aline et Jean pour leur sympathie, leurs conseils et le temps passé
à m’aider pour les présentations orales,
A Emilie pour sa gentillesse, ses coups de mains et pour avoir partagé cette aventure avec moi,
A Vanessa, Faïza, Julie et Marie pour leurs conseils, leurs soutiens et leurs gentillesse,
A Maggy, Olivia, Caroline, Valérie et je ne sais qui d’autre encore sans qui je n’aurais pu rendre mon
mémoire de Master 2 à temps…et sans qui je ne serais peut-être pas là aujourd’hui,
A tous les autres étudiants dont j’ai eu la chance de croiser la route et à tout le personnel de l’U744
toujours agréable.

Les collaborateurs :
A toute l’équipe de l’U837-1, Morvane Collin, Luc Bu