Régulation de l’activité présynaptique par la gamma-sécrétase dans la maladie d’Alzheimer – PreAD

Afin d'étudier le rôle présynaptique de la préséniline ce projet implique une nouvelle lignée de souris qui n’exprime pas la préséniline au niveau du gyrus denté et des fibres moussues de l'hippocampe, une région essentielle à la mémoire.
Ce projet combine l'expertise en biologie moléculaire et cellulaire de la gamma-sécrétase du coordinateur avec des techniques innovantes d’imagerie et d’optophysiologie développées au sein du laboratoire d’accueil.
L'approche choisie permet de distinguer le rôle de chaque élément du système enzymatique de la gamma-sécrétase. Ainsi, nous exprimerons des substrats de l'enzyme gamma-sécrétase dans les cellules granulaires de l'hippocampe afin d'identifier lequel contribue le plus à l'activité synaptique. De manière semblable, nous exprimerons des peptides correspondants aux produits issus de la protéolyse des substrats de la gamma-sécrétase et étudierons leurs effets sur l'activité présynaptique. Dans la lignée de souris n'exprimant aucune préséniline, nous réexprimerons la préséniline mutée afin d'étudier comment les mutations responsables de la forme précoce de la maladie d'Alzheimer perturbe la neurotransmission. Cette approche nous permettra de savoir si l'accumulation des substrats ou la diminution de produits associés aux mutations de la préséniline contribue à la perturbation synaptique de la maladie d'Alzheimer.
Cette méthodologie sera combinée à l'emploi de techniques telles que l'électrophysiologie pour enregistrer l'activité neuronale et la microscopie afin d'observer la forme et l'état des fibres moussues chez les souris n'exprimant pas la préséniline.

Le projet qui vient de débuter n'a donné lieu qu'à des résultats préliminaires qui nécessite confirmation.
La première série d'expériences de ce projet avait pour but d'étudier l'effet de l'inhibition pharmacologique de la gamma-sécrétase sur la transmission synaptique. Des expériences d'électrophysiologie sur tranche d'hippocampe indique que l'inhibition de la gamma-sécrétase diminuerait la probabilité de libération de neurotransmetteur au niveau de la synapse fibre moussue - cellule pyramidale.

Ce projet de recherche visant à comprendre directement les mécanismes responsable de la détérioration des fonctions synaptiques pourrait permettre l'identification de nouvelles cibles de thérapies de la maladie d'Alzheimer.

Le projet a débuté il y a seulement six mois et n'a pas encore donné lieu à des productions scientifiques.

La maladie d’Alzheimer (MA) est la forme la plus répandue de démence touchant plus de 35 millions de personnes. Aucun traitement curatif n’est disponible à l’heure actuelle et le coût des traitements palliatifs représente une charge économique conséquente des pays développés qui s’ajoute aux conséquences personnelles et familiales dévastatrices.
La MA est caractérisée par une détérioration progressive des fonctions mnésiques et cognitives associées à un dysfonctionnement synaptique et à la dégénérescence des neurones, particulièrement marqués au niveau du cortex et de l’hippocampe.
Malgré d’intenses efforts de recherche, l’étiologie de la MA est toujours inconnue. L’étude des cas héréditaires de MA (forme familiale : MAF) a révélé l’implication d’une enzyme protéolytique, la gamma-sécrétase, et en particulier de la sous-unité catalytique, la préséniline (PS) dont plus de 150 mutations associées à la MAF ont été découvertes. La gamma-sécrétase clive de nombreuses protéines transmembranaires comme APP, Notch1, cadhérines et éphrines, au niveau de l’interface membrane/cytosol appelée site epsilon. Le laboratoire du Dr Robakis où j’effectue mon stage post-doctoral a démontré que le clivage epsilon produit des peptides (IntraCellular Domains: ICDs) qui ont des propriétés spécifiques de signalisation et transcription. Les mutations de PS responsables des MAF altèrent l’activité protéolytique de gamma-sécrétase au niveau du site epsilon. En conséquence, ces mutations diminuent la production de peptides fonctionnels et en même temps induisent l’accumulation des substrats de la gamma-sécrétase potentiellement délétères.
Les altérations synaptiques sont les meilleurs corrélats de la détérioration cognitive dans la MA. La perte de fonction de la PS contribueraient aux déficits synaptiques. L’invalidation conditionnelle de la PS au niveau présynaptique, altère la plasticité synaptique dans la région CA1 de l’hippocampe, par un mécanisme moléculaire qui n'est pas élucidé. La perte d’activité de PS pourrait altérer l’une de ses nombreuses fonctions, directes ou indirectes, telles que la signalisation et la transcription par les ICDs, le trafic par les partenaires de l’APP, la régulation de l’homéostasie calcique par la PS elle-même.
Le projet de recherche fondamentale que je développerai est centré sur l’étude du mécanisme de la PS dans la plasticité synaptique, au niveau d’une synapse identifiée de l’hippocampe qui joue un rôle clé dans l’encodage mnésique : la synapse entre fibres moussues issus du gyrus denté et neurones pyramidaux de CA3.
J’établirai une nouvelle lignée de souris transgéniques présentant une délétion postnatale de la PS restreinte aux cellules du gyrus denté. Je caractériserai l'impact de l'invalidation de la PS dans les fibres moussues, en terme de propriétés synaptiques et de plasticité présynaptique, de signalisation calcique dans le bouton présynaptique, et enfin à un niveau ultrastructural de propriétés morphométriques des synapses (ex localisation des vésicules synaptiques).
Grâce à des approches de reexpression de PS mutées par transfert de gène in vivo, suivi d'une analyse fonctionnelle, j'analyserai les mécanimes conduisant à un dysfonctionnement présynaptique en cas d'invalidation ou de mutations de PS. J'établirai le rôle de l'activité gamma-sécrétase, et des produits du clivage, en m'intéressant à des substrats majeurs de la gamma-sécrétase, qui jouent par ailleurs un rôle important dans la transmission synaptique : les protéines APP, EphB2 et N-Cadherine.
Ce projet combinera mon expertise en biologie moléculaire et cellulaire de la gamma-sécrétase avec des techniques innovantes d’imagerie et d’optophysiologie développées au sein du laboratoire d’accueil.
Les résultats escomptés mettront en lumière de manière originale des mécanismes non-amyloïdes de la MA. L'identification du rôle des produits du clivage par la gamma-sécrétase pourraient par exemple ouvrir de nouvelles voies de recherche thérapeutique.