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Home All issues Volume 35 / No 11 (Novembre 2019) Med Sci (Paris), 35 11 (2019) 897-900 Full HTML
Issue
Med Sci (Paris)
Volume 35, Number 11, Novembre 2019
Nos jeunes pousses ont du talent !
Page(s) 897 - 900
Section Partenariat médecine/sciences - Écoles doctorales - Masters
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/2019174
Published online 17 December 2019

© 2019 médecine/sciences – Inserm

Équipe pédagogique

Karim Benihoud (professeur, université Paris-Sud)

Sophie Dupré (maître de conférences, université Paris-Sud)

Boris Julien (maître de conférences, université Paris-Sud)

Philippe Robin (maître de conférences, université de Paris-Sud)

Hervé Le Stunff (professeur, université Paris-Sud) karim.benihoud@u-psud.fr

Série coordonnée par Sophie Sibéril.

Signalisation toxique et rôle des peptides D-énantiomériques

La maladie d’Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative entraînant la perte progressive et irréversible des fonctions cognitives de l’individu (mémoire, langage, raisonnement, etc.). Au niveau cellulaire, elle est caractérisée par la formation d’agrégats de peptide bêta-amyloïde en oligomères solubles ou en fibrilles insolubles et par la présence d’enchevêtrements neurofibrillaires de protéine Tau.

Les oligomères de peptide bêta-amyloïde (oligomères A-bêta) semblent être l’espèce présentant le plus de toxicité au niveau cérébral [1, 2], via leur liaison aux protéines prions (PrP) associées à la membrane des cellules. En effet, cette interaction permet l’activation du récepteur métabotropique du glutamate de type 5 (mGluR5) qui, s’associant aux PrP, active la kinase Fyn, responsable en aval d’une signalisation, appelée « signalisation toxique », dont les effets sont toxiques pour la cellule (Figure 1) [3, 4]. La kinase Fyn entraîne en effet une hyperphosphorylation de la protéine Tau et la formation d’enchevêtrements de cette protéine caractéristiques de la MA. Une interaction aberrante entre Fyn et Tau est alors à l’origine d’une sensibilisation des synapses à l’excitotoxicité (phénomène d’amplification de l’excitation d’un neurone conduisant à son autodestruction) induite par le glutamate [3]. En conséquence, des dommages neuronaux apparaissent. La kinase Fyn conduit également à une phosphorylation des récepteurs NMDA, impliqués dans les phénomènes de mémoire et de plasticité synaptique. Cette modification va induire leur disparition de la surface des neurones par internalisation [3] et donc bloquer leur rôle physiologique. Cette perte de signalisation est à l’origine des pertes de capacités cognitives observées dans la MA.

thumbnail Figure 1

Représentation schématique de la signalisation toxique induite par l’interaction entre l’oligomère A-bêta et PrP dans la cellule. Sur la partie gauche de la figure, en absence de traitement, l’interaction de l’oligomère A-bêta1-42 avec la protéine prion PrP conduit à une signalisation toxique dans la cellule. L’activation de la kinase Fyn par mGluR5 (récepteur métabotropique du glutamate de type 5) activé entraîne 1- l’hyperphosphorylation de la protéine Tau, entrainant la formation d’enchevêtrements de cette dernière, caractéristiques de la maladie d’Alzheimer, et une sensibilisation des synapses à l’excitotoxicité induite par le glutamate, entraînant des dommages neuronaux et 2- la phosphorylation du récepteur NMDA (N-méthyl-D-aspartate) qui est alors délocalisé de la membrane du neurone, perdant sa capacité de signalisation et son rôle dans la mémoire et la plasticité synaptique. Sur la partie droite de la figure, le peptide RD2D3 interagit avec l’oligomère A-bêta1-42. Cette inter-action perturbe la liaison PrP - A-bêta1-42, et permet de prévenir la signalisation toxique.

Il a été suggéré que les peptides D-énantiomériques pouvaient éliminer les oligomères A-bêta [6–11]. Ces peptides sont plus résistants à la dégradation que les peptides naturels en configuration L et possèdent de ce fait une demi-vie plus longue, ce qui les rend particulièrement adaptés à une utilisation thérapeutique.

Le peptide RD2D3 est un hétérodimère linéaire qui a été créé par l’association des composés D3 et RD2 mis bout-à-bout [11]. D3, qui est le composé principal parmi les peptides D-énantiomériques, permet la conversion des espèces A-bêta toxiques en espèces non toxiques par la formation d’importants amas de peptides A-bêta ne possédant plus les propriétés des structures A-bêta classiques (fibrilles, particules sphériques) [6, 9]. Son administration induit une réduction du nombre de plaques amyloïdes [6] et une amélioration de la cognition [9] dans un modèle de souris atteintes de la MA. RD2 est un dérivé de D3 présentant une meilleure capacité d’interaction avec l’oligomère A-bêta.

L’étude menée par Nadine S. Rösener et ses collaborateurs a eu pour objectif d’analyser la capacité des peptides D-énantiomériques à inhiber l’interaction entre les oligomères d’A-bêta et PrP, et l’effet thérapeutique de ces peptides. Pour cela, l’interaction entre l’oligomère A-bêta1-42 (oligomère de A-bêta de 42 acides aminés, caractéristiques de la MA) utilisé par les auteurs et la protéine PrP a été caractérisée en détail, puis le peptide RD2D3 a été testé pour sa capacité à interférer avec cette interaction et à réduire la dégénérescence neuronale dans la MA [12].

Caractérisation de l’interaction oligomère A-bêta1-42 - PrP

Pour cette étude, quatre constructions de protéines prions recombinantes humaines (huPrP) ont été utilisées : la protéine complète huPrP(23-230), la protéine tronquée huPrP(23-144) ne possédant que la partie N-terminale et les protéines tronquées huPrP(90-230) et huPrP(121-230) ayant perdu certains résidus de la partie N-terminale. Les chercheurs ont utilisé différentes méthodes dans le but de caractériser les complexes entre l’oligomère A-bêta1-42 et les différentes formes de huPrP : ils ont d’abord utilisé la chromatographie en gradient de densité (DGC) afin de séparer plusieurs fractions selon leur poids moléculaire. Les fractions récupérées ont été analysées en gel d’électrophorèse (SDS-PAGE) afin d’évaluer leur pureté. Ils ont également effectué une analyse par la méthode d’HPLC (high performance liquid chromatography) en phase inverse, permettant notamment la quantification des molécules présentes dans chaque fraction.

Ces expériences ont d’abord été faites avec les oligomères A-bêta1-42 et les différents peptides huPrP séparément, afin de vérifier que les molécules étaient solubles et non-agrégées dans les conditions expérimentales utilisées. En effet, la formation de fibrilles ou d’agrégats d’oligomères A-bêta1-42 ou de huPrP ne permettrait pas de tester ensuite l’interaction entre les deux. Ces molécules ont bien été retrouvées dans les fractions légères, confirmant leur maintien sous forme soluble dans les conditions testées. Les mêmes expériences ont ensuite été réalisées en mélangeant les oligomères A-bêta1-42 et les différentes formes de huPrP (en utilisant une forme de huPrP par test). Les oligomères A-bêta1-42 et les formes huPrP(23-230) ou huPrP(23-144) se sont retrouvés cette fois dans les fractions lourdes. Les molécules étant présentes sous forme soluble non-agrégée lorsqu’elles sont seules, leur présence dans des fractions lourdes est donc due à une interaction entre l’oligomère A-bêta1-42 et huPrP, mettant en évidence la formation de complexes impliquant ces deux molécules. L’analyse de ces complexes par la méthode d’HPLC en phase inverse a révélé qu’à saturation de l’oligomère A-bêta1-42, formé de 23 monomères d’A-bêta, l’interaction se fait avec 4 monomères d’A-bêta pour 1 protéine prion (ratio 4:1), soit environ 6 molécules prion par oligomère d’A-bêta1-42 (Figure 2A). De plus, l’utilisation des constructions de huPrP tronquées pour la partie N-terminale a permis d’identifier les sites fondamentaux pour l’interaction entre l’oligomère A-bêta et PrP au niveau de la partie N-terminale de la protéine (résidus 23-27 et 95-110 de la protéine prion) (Figure 2B).

thumbnail Figure 2

Interaction entre l’oligomère A-beta1-42 et la protéine prion huPrP. A. RD2D3 entre en compétition avec huPrP pour sa liaison avec l’oligomère A-bêta in vitro. Chaque oligomère A-bêta1-42 contenant 23 monomères de A-bêta, le ratio monomères A-bêta/PrP passe de 4:1 à 14:1 en présence de RD2D3, ce qui pourrait diminuer la signalisation toxique in vivo. B. Résidus de PrP [huPrP(23-230)] impliqués dans l’interaction avec l’oligomère A-bêta. Les sites fondamentaux pour l’interaction avec A-bêta sont situés en N-terminal, au niveau des résidus 23-27 et 95-110.

Le peptide RD2D3 entre en compétition avec la protéine prion pour l’interaction avec l’oligomère A-bêta1-42

Les mêmes expériences ont ensuite été réalisées en ajoutant le peptide RD2D3 afin de tester l’effet de ce peptide sur l’interaction A-bêta – PrP. L’ajout du peptide RD2D3 augmente le ratio A-bêta/PrP mis en évidence précédemment, passant de 4:1 à 14:1 ; il faut donc 14 monomères A-bêta pour lier 1 protéine prion en présence du peptide RD2D3. Cette expérience montre que ce dernier sature des sites d’interaction sur les oligomères A-bêta1-42 et entre ainsi en compétition avec huPrP pour l’interaction avec A-bêta (Figure 2A). Il faut noter que l’ordre d’introduction des différents peptides a une importance. En effet, l’ajout de RD2D3 après huPrP ne modifie pas le ratio (qui reste de 4:1) donc les protéines prions PrP restent attachées à A-bêta même en présence de RD2D3. Ainsi, le peptide RD2D3 ne déstabilise pas l’interaction PrP-oligomère A-bêta1-42 préexistante.

Utilisation du peptide RD2D3 dans le cadre d’une stratégie thérapeutique pour la maladie d’Alzheimer

Le peptide RD2D3 est donc un bon candidat pour tenter d’inhiber la signalisation toxique liée aux oligomères d’A-bêta1-42 dans le cadre d’une stratégie de prévention de la MA (Figure 1). Il a été précédemment montré que ce peptide RD2D3 permettait de stopper la toxicité cellulaire induite par l’oligomère A-bêta1-42 sur des cellules PC-12 in vitro [11] et d’améliorer les performances cognitives de souris atteintes de la MA lors de tests d’apprentissage en piscine de Morris [13]. L’utilisation du peptide RD2D3 pourrait donc représenter une stratégie de prévention de la progression de la MA en limitant de nouvelles interactions entre l’oligomère A-bêta1-42 et les protéines prions. Ces résultats restent maintenant à confirmer par de nouvelles études in vivo, qui permettront d’observer si ces mêmes mécanismes d’interférence avec la signalisation toxique induite par les oligomères A-bêta permettent une amélioration des symptômes de la MA. ◊

Liens d’intérêt

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.

Références

  1. Walsh DM, Klyubin I, Fadeeva JV, et al. Amyloid-β oligomers: their production, toxicity and therapeutic inhibition. Biochem Soc Trans 2002 ; 30 : 552–7. [PubMed] [Google Scholar]
  2. Walsh DM, Klyubin I, Fadeeva JV, et al. Naturally secreted oligomers of amyloid-β protein potently inhibit hippocampal long-term potentiation in vivo. Nature 2002 ; 416 : 535–9. [Google Scholar]
  3. Um JW, Nygaard HB, Heiss JK, et al. Alzheimer amyloid-β oligomer bound to postsynaptic prion protein activates Fyn to impair neurons. Nat Neurosci 2012 ; 15 : 1227–35. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  4. Um J, Kaufman A, Kostylev M, et al. Metabotropic glutamate receptor 5 is a coreceptor for Alzheimer Aβ oligomer bound to cellular prion protein. Neuron 2013 ; 79 : 887–902. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Larson M, Sherman MA, Amar F, et al. The complex PrPc -Fyn couples human oligomeric Aβ with pathological Tau changes in Alzheimer’s disease. J Neurosci 2012 ; 32 : 16857–71. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  6. Brener O, Dunkelmann T, Gremer L, et al. QIAD assay for quantitating a compound’s efficacy in elimination of toxic Aβ oligomers. Sci Rep 2015 ; 5 : 13222. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Van Groen T, Wiesehan K, Funke SA. Reduction of Alzheimer’s disease amyloid plaque load in transgenic mice by D3, a Denantiomeric peptide identified by mirror image phage display. ChemMedChem 2008 ; 3 : 1848–52. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  8. Wiesehan K, Buder K, Linke RP, et al. Selection of D-amino-acid peptides that bind to Alzheimer’s disease amyloid peptide Aβ1-42 by mirror image phage display. ChemMedChem 2003 ; 4 : 748–53. [Google Scholar]
  9. Funke SA, Van Groen T, Kadish I, et al. Oral treatment with the D-enantiomeric peptide D3 improves the pathology and behavior of Alzheimer’s disease transgenic mice. ACS Chem Neurosci 2010 ; 1 : 639–48. [PubMed] [Google Scholar]
  10. Leithold LHE, Jiang N, Post J, et al. Pharmacokinetic properties of a novel D-peptide developed to be therapeutically active against toxic β-amyloid oligomers. Pharm Res 2016 ; 33 : 328–36. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  11. Kutzsche J, Schemmert S, Tusche M, et al. Large-scale oral treatment study with the four most promising D3-derivatives for the treatment of Alzheimer’s disease. Molecules 2017 ; 22 : 1693. [Google Scholar]
  12. Rösener NS, Gremer L, Reinartz E, et al. A D-enantiomeric peptide interferes with hetero-association of amyloid-β oligomers and prion protein. J Biol Chem 2018 ; 293 : 15748–764. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  13. Cavini IA, Munte CE, Erlach MB, et al. Inhibition of amyloid Abeta aggregation by high pressures or specific d-enantiomeric peptides. Chem Commun 2018 ; 54 : 3294–7. [CrossRef] [Google Scholar]

Liste des figures

thumbnail Figure 1

Représentation schématique de la signalisation toxique induite par l’interaction entre l’oligomère A-bêta et PrP dans la cellule. Sur la partie gauche de la figure, en absence de traitement, l’interaction de l’oligomère A-bêta1-42 avec la protéine prion PrP conduit à une signalisation toxique dans la cellule. L’activation de la kinase Fyn par mGluR5 (récepteur métabotropique du glutamate de type 5) activé entraîne 1- l’hyperphosphorylation de la protéine Tau, entrainant la formation d’enchevêtrements de cette dernière, caractéristiques de la maladie d’Alzheimer, et une sensibilisation des synapses à l’excitotoxicité induite par le glutamate, entraînant des dommages neuronaux et 2- la phosphorylation du récepteur NMDA (N-méthyl-D-aspartate) qui est alors délocalisé de la membrane du neurone, perdant sa capacité de signalisation et son rôle dans la mémoire et la plasticité synaptique. Sur la partie droite de la figure, le peptide RD2D3 interagit avec l’oligomère A-bêta1-42. Cette inter-action perturbe la liaison PrP - A-bêta1-42, et permet de prévenir la signalisation toxique.
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Interaction entre l’oligomère A-beta1-42 et la protéine prion huPrP. A. RD2D3 entre en compétition avec huPrP pour sa liaison avec l’oligomère A-bêta in vitro. Chaque oligomère A-bêta1-42 contenant 23 monomères de A-bêta, le ratio monomères A-bêta/PrP passe de 4:1 à 14:1 en présence de RD2D3, ce qui pourrait diminuer la signalisation toxique in vivo. B. Résidus de PrP [huPrP(23-230)] impliqués dans l’interaction avec l’oligomère A-bêta. Les sites fondamentaux pour l’interaction avec A-bêta sont situés en N-terminal, au niveau des résidus 23-27 et 95-110.
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