Dégradation cellulaire et types d'autophagie

L’autophagie cellulaire

Épidémiologie

La maladie de Parkinson occupe actuellement le deuxième rang des maladies neurodégénératives en termes d’incidence, juste après la maladie d’Alzheimer. Sa prévalence, c’est-à-dire le nombre de cas en général sans distinction entre les nouveaux et les anciens, est de 0 à 3 % dans les pays industrialisés et de 1 % dans la population âgée de plus de 60 ans. L’incidence annuelle, soit le nombre de nouveaux cas par année, est de 8 à 18 par 100 000 personnes (de Lau et Breteler 2006). La maladie se déclare rarement plus tôt que 50 ans sauf dans les cas héréditaires (environ 5% des cas) (Dauer et Przedborski 2003), mais son incidence augmente à partir de cet âge. L’âge moyen du diagnostic est de 62 ans (Stacy M 2009). La MP n’est pas répandue également à travers
le globe : en effet, elle touche particulièrement les pays industrialisés et développés. L’Afrique et l’Asie, par exemple, sont deux continents moins touchés par cette maladie. Certains métiers prédisposent aussi plus particulièrement à la maladie, notamment ceux qui mettent le travailleur en contact avec des substances nocives réputées pour provoquer des syndromes parkinsoniens, comme l’herbicide paraquat et l’insecticide roténone. Les agriculteurs sont donc plus couramment touchés par la MP vu leur exposition à de telles substances.Certaines études mentionnent que le nombre d’hommes touchés par la maladie est plus grand que le nombre de femmes, tandis que d’autres ne dénotent aucune différence. (Shulman, de Lau ). La prévalence moindre chez les femmes pourrait être due à un effet neuroprotecteur des œstrogènes sur le cerveau, ce qui pourrait potentiellement ralentir la perte neuronale associée à la MP (Cyr, Calon et al. 2000). Les oestrogènes comme l’estradiol ont été démontrés comme protecteurs face aux maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer et ont fait l’objet de nombreuses études cliniques (Simpkins et Singh 2008). De plus, certaines études semblent démontrer que l’incidence de la MP est amoindrie chez les fumeurs (Heman, Zhang et al. 2001) ainsi que chez les
consommateurs de café (Rivera-Oliver et Diaz-Rios 2014).

Pathogénèse

Deux mécanismes cellulaires font surface lorsque l’on étudie en profondeur la pathogénèse de la maladie de Parkinson. Il s’agit d’une part de la formation d’inclusions intracellulaires nommées corps de Lewy, qui sont formées par des agrégats de protéines au repliement inadéquat et rendues insolubles, et d’autre part d’un stress oxydatif multi causal, impliquant potentiellement un mauvais fonctionnement des mitochondries, l’accumulation d’espèces toxiques dues au métabolisme de la dopamine, le mauvais fonctionnement des voies d’élimination des organites endommagés et oxydés, et ainsi de suite. Ces deux mécanismes interagissent entre eux, comme il a été prouvé dans une étude où on a pu observer que les dégâts oxydatifs sur la protéine a-synucléine entraînent son repliement inadéquat ainsi que son agrégation (Giasson, Duda et al. 2000).

Les corps de Lewy

Dans la forme héréditaire de la MP, plusieurs allèles ont déjà été identifiés comme étant d’importants facteurs de risque. En effet, des allèles particuliers de la protéine a-synucléine entraînent l’agrégation de celle-ci en fibrilles insolubles que l’on retrouve en grande quantité dans les corps de Lewy (Bussell et Eliezer 2001). Ceux-ci sont des inclusions intracellulaires qui séquestrent des protéines insolubles et qui peuvent prendre des proportions si grandes qu’ils en deviennent toxiques (fig. 1.3). Les protéines mal formées devraient normalement être éliminées par les processus normaux tels que l’ubiquitination et la dégradation successive par le protéasome. La formation d’inclusions et d’agrégats signifie que les processus normaux de dégradation ne fonctionnent pas ou sont débordés par la quantité de matériel à éliminer. Il y a donc accumulation d’agrégats et formation des corps de Lewy, dont la taille et la quantité peuvent poser un obstacle au transport normal des protéines et organites à l’intérieur des ramifications du neurone, entraînant à long terme sa mort. Dans la MP sporadique, les allèles entraînant la mauvaise conformation de l’ a-synucléine ne sont normalement pas présents, donc la formation des corps de Lewy doit nécessairement trouver son origine ailleurs. L’hypothèse la plus plausible vient des dégâts oxydatifs causés par le stress oxydatif trop important, qui trouve lui-même potentiellement son origine dans l’exposition à des neurotoxines dans l’environnement immédiat.

Le stress oxydant

Ce processus métabolique vient de la création d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) par le métabolisme de certains composés, comme la dopamine, mais principalement par le métabolisme énergétique de la mitochondrie. Toutes les réactions métaboliques cellulaires qui font intervenir l’oxygène sont à même de produire des ROS. La formation de ces molécules toxiques est donc normale puisque nécessaire à la survie cellulaire. Le stress oxydant survient lorsque la production de ROS est trop grande ou lorsque la quantité d’enzymes antioxydantes (comme la glutathion peroxydase et la superoxyde dismutase) est trop petite (Valko, Leibfritz et al. 2007). Ses conséquences sont la liaison des ROS aux molécules cellulaires, d’où l’oxydation des protéines et la peroxydation des lipides, par exemple. Cela entraîne des dégâts pouvant altérer la fonction et la conformation autant des protéines que des lipides ou de l’ADN. Plusieurs facteurs génétiques peuvent intervenir dans le stress oxydant, comme les polymorphismes génétiques, tels que ceux mentionnés plus haut qui touchent le cytochrome p450 et la mitochondrie en général. Aussi, une étude mentionne des observations faites sur la chaîne de transport d’électrons dans les mitochondries de cellules plaquettaires de patients atteints de la MP. Chez ces patients, le complexe l de la chaîne de transport était beaucoup moins efficace que celui d’individus sains, laissant donc supposer un polymorphisme de l’ADN mitochondrial pouvant affecter l’efficacité de ce complexe, entraînant ainsi l’augmentation de la fonnation de ROS (Parker, Boyson et al. 1989).
Dans tous les cas, il convient de mentionner la part de la vieillesse dans le processus neurotoxique. En effet, avec l’âge, la capacité des cellules à détoxifier les espèces réactives et les déchets métaboliques s’amoindrit, entraînant un accroissement du stress oxydant issu du métabolisme basal (Stoll, Cheung et al. 20 Il). Ceci est d’autant plus marqué chez les neurones puisqu’ils ne se divisent pas, donc le taux de fonnation de nouveaux composants cellulaires y est moindre. Ils ne peuvent non plus diviser l’accumulation de produits terminaux dans des cellules filles. De plus, le métabolisme nonnal de la dopamine génère lui-même des espèces réactives potentiellement toxiques, ce qui rend les neurones dopaminergiques d’autant plus sensibles au stress oxydant (Campos, Paulsen et al. 2014). Parallèlement, l’âge abaisse aussi la capacité des cellules à se débarrasser des protéines et des organites endommagés, ce qui peut intensifier leur accumulation dans le cas où les mécanismes nonnaux deviennent débordés (Kujoth, Hiona et al. 2005). Plusieurs études prouvent en effet, que l’autophagie cellulaire et la fonction lysosomale sont moins efficaces chez les cellules sénescentes (Lee et Wei 1997, Keller, Huang et al. 2000). Pour une revue des effets de l’âge sur les cellules post-mitotiques, voir Brunk et Tennan (2002).

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Table des matières

REMERCIEMENT
RESUME
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMES
CHAPITRE 1 INTRODUCTION
1.1 La maladie de Parkinson
1.1.1 Diagnostic
1.1.2 Épidémiologie
1.1.3 Pathogénèse
1.1.3.1 Les corps de Lewy
1.1.3.2 Le stress oxydant
1.1.4 Étiologie
1.1.5 Traitements
1.1.6 Neuoinflammation
1.1.7 Prévention
1.2 Le triterpénoïde Cucurbitacine E
1.2.1 Origine
1.2.2 Structure et mécanismes cellulaires
1.3 L’autophagie cellulaire
1.3.1 Dégradation cellulaire et types d’autophagie
1.3.2 Mécanismes de l’autophagie
1.3.3 Autophagie et neuroprotection
1.4 Hypothèses et objectifs
CHAPITRE II LA CUCURBITACINE E POSSÈDE DES PROPRIÉTÉS NEUROPROTECTRICES ET UNE ACTIVITÉ MODULATRICE DE L’AUTOPHAGIE SUR LES NEURONES DOP AMINERGIQUES
2.1 Contribution des auteurs
2.2 Résumé de l’article
2.3 Cucurbitacin E has neuroprotective properties and autophagic modulating
ac IVI les on opamlnerglc neurons
Abstract
Introduction
Materials and Methods
Drugs and Chemicals
Cucurbitacin E extraction and purification
Cell culture and treatments
Cytotoxicity measurements
Specific apoptotic DNA denaturation detection
ROS detection
Immunofluorescence
Analysis of autophagosomes
Electrophoresis and immunoblot analysis
Statistical analysis
Results
CuE treatment reduces MPP+ -induced cell death
CuE does not significantly lower oxidative stress
CuE regulates the presence of autophagic vacuoles
CuE reverts abnormal relocalization of lysosomes induced by MPP+ treatment.
CuE does not visibly alter the neuronal cytoskeleton
Discussion
Acknowledgements
References
Legends to the figures
CHAPITRE III RÉSULTATS COMPLÉMENTAIRES
CHAPITRE IV
CONCLUSION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES