Rôles de la protéine Tau dans l’initiation et le développement de la neurodégénérescence

SlPRs, microglie et neurones

Les récepteurs de la SlP sont présents dans le cerveau où ils jouent des rôles déterminants (Figure 1.4) (Prager et al., 2015). De fait, ils apparaissent aujourd’hui comme des acteurs fondamentaux dans le développement du cerveau et le maintien des fonctions cérébrales (Ghasemi et al., 2016; Spiegel and Milstien, 2003). Les études sur la présence et la fonction de ces récepteurs dans le cerveau se sont d’abord concentrées sur les cellules dites non-neuronales, c’est-à-dire les cellules gliales (Nishimura et al., 2010). Dans les oligodendrocytes formant la myéline des cellules du système nerveux central (SNC), les effets de la SlP semblent passer par l’activation de plusieurs sous-types de récepteurs.
Par exemple, on sait que les SlPR1, 3 et 5 sont tous plus ou moins indispensables pour la survie des oligodendrocytes matures et lors du développement embryonnaire (Healy and Antel, 2015; Jaillard et al., 2005). Des observations en lien avec ce type cellulaire indiquent que le SlPR5 serait l’acteur indispensable pour la survie des oligodendrocytes (Novgorodov et al., 2007). Toutefois, il a été démontré que les souris knock-out pour le gène SlPR5 ne présentent aucun déficit apparent de myélinisation (Cuvillier, 2012).

Concernant les astrocytes, des cellules gliales spécialisées dans le soutien fonctionnel des neurones, l’activation conjointe des SlPR1 et SlPR3 stimule le métabolisme et ultimement la prolifération cellulaire (Farez and Correale, 2016). La microglie, qui constitue quant à elle environ 20 % des cellules gliales du cerveau, est également sous le contrôle des récepteurs de la SlP. Notamment, on sait que l’expression des SlPRs est susceptible de moduler l’état d’activation des cellules formant la microglie en augmentant la relâche de facteurs proinflammatoires ainsi que la production de monoxyde d’azote via les S 1PR1 et 3 (Groves et al., 2013).

Les neurobiologistes s’intéressent depuis quelques temps aux effets directs de la S IP sur les neurones. Les chercheurs ont d’ailleurs mis en évidence que l’activation des S IPRs pourrait être impliquée dans les mécanismes sous-jacents à l’extension et à la rétraction des axones lors du développement (Toman et al., 2004). De plus, les évidences expérimentales s’accumulent quant au rôle fonctionnel de la SlP.

Il semble que ce dérivé lipidique est à même de réguler, via les SlPR1 , la transmission synaptique en agissant sur l’excitabilité des membranes et la relâche de neurotransmetteurs (Kajimoto et al., 2007; Li et al., 2015a; Zhang et al., 2006) . Dans les dernières années, Langeslag et ses collaborateurs ont démontré que l’activation des SlPRl a pour effet d’accroître les courants dans des cellules sensorielles soumises à un traitement nociceptif (Camprubi-Robles et al. , 2013) , un résultat en faveur d’un rôle potentiel du SlPRl dans le contrôle de la douleur.

La réponse des neurones sensoriels impliqués dans les mécanismes contrôlant la bronchoconstriction est également accentuée suivant l’activation du SlPR3 (Trankner et al., 2014).

Effets thérapeutiques des analogues de la SIP

La SIP et ses analogues chimiques font l’objet d’un grand nombre de recherches depuis déjà quelques décennies en raison de leur implication dans la signalisation, la survie et la prolifération cellulaires ainsi que l’immunité. Par exemple, le fingolimod (FrY720), un analogue structural de la sphingosine, possède un puissant effet immunosuppresseur.

Cette molécule est d’abord connue pour prolonger la survie des greffons d’organes solides comme la prostate et le sein ainsi que pour sa capacité à prévenir le développement d’affections comme la polyarthrite rhumatoïde et l’encéphalopathie auto-immune (Kataoka et al., 2005; Zhang et al., 2015). Actuellement, cette molécule est utilisée afin de réduire les symptômes de patients souffrant de la sclérose en plaques (Brinkmann et al., 2010; Chiba and Adachi, 2012; Chun and Hartung, 2010).

Les résultats publiés en 2017 par le chercheur Joshi et des collègues dans Scientific Reports ont suscité un réel espoir dans le traitement pharmacologique de la maladie d’Alzheimer (Jo shi et al., 2017). Selon l’étude présentée, le composé fingolimod, un agoniste non spécifique activant quatre des cinq SlPRs, avait pour effet de réduire la charge amyloïde et d’améliorer les performances cognitives chez la souris, une observation mainte fois reproduite (Doi et al., 2013; Fukumoto et al., 2014; Hemmati et al., 2013; Ruiz et al., 2014). Hélas, des études récentes ont démontré que le médicament en question semble en mesure d’accroître le niveau de phosphorylation d’une protéine associée aux microtubules: la protéine Tau (unité d’association aux tubules).

L’hyperphosphorylation de la protéine Tau, on y reviendra, constitue un processus biochimique délétère pour les neurones. Ainsi, la découverte de molécules susceptibles de réduire la phosphorylation de cette protéine est mise à l’avant-scène dans la recherche en neuropharmacologie. Les pharmacologues s’intéressent depuis peu aux effets d’agonistes agissant plus spécifiquement sur les sous-types de récepteurs de la SlP dans le contexte de la neuroprotection (Park and lm, 2017). Les composés SEW2871 et CYM5442, agissant respectivement sur les récepteurs 1 et 3 de la SlP, semblent donc prometteurs sur ce plan. De fait, le présent mémoire s’attarde à identifier l’influence de ces agonistes sur les niveaux de phosphorylation de la protéine Tau dans l’hippocampe, une région du cerveau précocement atteinte dans la maladie d’Alzheimer (Asle-Rousta et al., 2013; Doi et al., 2013; Hemmati et al., 2013; Takasugi et al., 2013). Voyons d’abord les caractéristiques biochimiques et cellulaires de la protéine Tau dans le système nerveux.

La protéine Tau: caractéristiques et fonctions

Isoformes et phosphorylation de Tau

La protéine Tau fut isolée pour la première fois en 1975 et décrite comme une protéine associée à la tubuline ayant la capacité de promouvoir la polymérisation et la stabilisation des microtubules in vitro (Cleveland et al., 1977; Grundke-Iqbal et al., 1986). Le gène codant pour la protéine Tau (MAPT) est localisé à la position 17q21.1. et contient 16 exons dont Il sont impliqués dans la formation des principales isoformes (Buee et al., 2000). Les six isoformes majeures de Tau sont synthétisées par épissage alternatif des exons 2, 3 et 10 dans le cerveau adulte humain, ce qui permet la production d’isoformes différant par la présence ou l’absence d’un ou de deux inserts dans la partie N-terminale (ON, IN ou 2N) ainsi que par la présence de trois ou quatre domaines de liaison aux microtubules ou MBDs (3R ou 4R) situés dans la partie C-terminale (Figure 1.5). Tau se situe principalement dans les axones des neurones, mais également au niveau des compartiments somato-dendritiques des neurones, des cellules gliales et des astrocytes (Migheli et al., 1988; Papasozomenos and Binder, 1987).

Sous sa forme phosphorylée hautement soluble, la protéine Tau · favorise la stabilisation et l’assemblage des microtubules nécessaire~ à la croissance et au transport axonal. Cependant, la phosphorylation des résidus Ser262, Ser293, Ser324 et Ser356 de Tau, situés à des positions équivalentes dans les MBDs, compromet fortement la liaison de la protéine avec les microtubules provoquant ainsi son détachement (Buee et al., 2000; Drewes et al., 1995; Hirokawa et al., 1988).

La phosphorylation de Tau sur des sites n’étant pas compris dans les MBDs affecte également sa liaison (Ksiezak-Reding et al., 2003; Sengupta et al., 1998). Lorsque le transport axonal ne fonctionne pas normalement, il peut en découler des dysfonctions dans la neurotransmission des signaux qui peuvent provoquer des modifications dans l’organisation des synapses (Gendron and Petrucelli, 2009).

C’est au milieu des années 80 que Tau fut définie comme étant une phosphoprotéine (Baudier et al., 1987; Ihara et al., 1986). Plus de 80 sites de phosphorylation potentiels possédant des résidus sérines, thréonines ou tyrosines ont été identifiés sur la plus longue isoforme de la protéine au niveau du SNC (Hanger et al., 2009). La phosphorylation de la protéine Tau est hautement contrôlée par la balance entre les effets exercés par des enzymes phosphorylantes (kinases) et déphosphorylantes (phosphatases) (Hanger et al., 2009) . Plusieurs kinases sont reconnues pour cibler les protéines Tau. Parmi celles-ci, la kinase 5 dépendante de la cyc1ine (Cdk5), les protéines kinases associées aux microtubules (MAPKs), la protéine kinase A (PKA) , la kinase glycogène synthase (GSK) 3Q/~, la kinase dépendante de l’AMP (AM PK) , la kinase calcium/ calmoduline dépendante (CaMKII) ainsi que les protéines kinases spécifiques pour les résidus de tyrosin_es telles que Src et Fyn en font partie (Domise et al., 2016; Hanger et al., 1992; Ittner et al., 2010; Kumar et al., 2015; Leroy et al., 2002; Martin et al., 2011; Noble et al. , 2003; Pei et al., 1997; Reynolds et al., 2008; Wei et al., 2015; Zhu et al., 2000).

Sur le plan physiologique, la phosphorylation de Tau joue un rôle primordial dans la modulation de l’affinité de la protéine pour les microtubules et les membranes {Brandt et al., 1995). Les processus « de phosphorylation et d’épissage alternatif jouent également un rôle clé au cours du développement. Dans les stades précoces, une seule isoforme de Tau est présente, celle-ci étant hautement phosphorylée (Goedert et al., 1989; Kosik et al., 1989). Dans le cerveau mature, on retrouve les six isoformes de Tau, et leurs niveaux de phosphorylation sont grandement diminués reflétant amSI l’importance de la plasticité neuronale dans l’embryogénèse maiS aussi dans la maturation, la différentiation et la genèse neuronales (Lazarov and Marr, 2010).

Comme on le sait, de nombreuses protéines phosphatases (PP) exercent des effets déphosphorylants. Parmi celles agissant sur Tau, la PP1, la PP2A, la PP2B et la PP5 (Braithwaite et al., 2012; Liu et al., 2005) en font partie. Les chercheurs ont testé l’efficacité de ces phosphatases dans différentes conditions expérimentales et la PP2A semble avoir davantage d ‘impact sur la protéine Tau (Gong et al. , 2000a; Gong et al., 2000b), un résultat peu surprenant puisque cette enzyme semble assumer plus de 70 % de l’activité phosphatase cellulaire dans le cerveau (Liu et al., 2005). Liu et des collègues ont démontré, par ailleurs, que l’activité enzymatique de PP2A chute considérablement dans les cerveaux Alzheimer (Liu et al., 2005), une observation qui laisse croire que l’inactivation de la PP2A pourrait malencontreusement favoriser l’action de diverses kinases et, par conséquent, l’hyperphosphorylation de Tau dans le cerveau Alzheimer.

Dans cette perspective, Park et ses collaborateurs ont démontré que l’activité de la kinase AMPK, connue pour cibler préférentiellement le site de phosphorylation Ser262 de Tau, peut être régulée par les enzymes phosphatases telles que la PP1 et la PP2A (Park et al., 2013). Les travaux récents de la chercheuse Manon Domise insistent d’ailleurs sur l’intérêt de poursuivre des recherches précises sur le lien existant entre l’activité AMPK et la phosphorylation de Tau sur des sites préférentiels comme la Ser262 (Domise et al., 2016; Kumar et al., 2015); un questionnement fondamental qui sera abordé dans le cadre du présent projet de maîtrise.

Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES FIGURES
LISTE DES ABRÉVIATIONS ET DES SiGLES
CHAPITRE 1
Introduction
1.1 La sphingosine-1-phosphate: caractéristiques, fonctions et analogues
1.1.1 Structure et métabolisme de la SlP
1.1.2 Grandes fonctions biologiques de la SlP
1.1.3 Expression et fonctions des récepteurs de la S 1P
1.1.4 SI PRs, microglie et neurones
1.1.5 Effets thérapeutiques des analogues de la S 1P
1.2 La protéine Tau: caractéristiques et fonctions
1.2.1 Isoformes et phosphorylation de Tau
1.2.2 Rôles de la protéine Tau dans l’initiation et le développement de la neurodégénérescence
CHAPITRE II
HYPOTHÈSE DE RECHERCHE 
2.1 Est-ce que des analogues spécifiques de la SlP affectent les niveaux de phosphorylation de Tau dans l’hippocampe?
2.2 Est-ce que les analogues en question sont en mesure de moduler l’activité d’enzymes connues pour contrôler la phosphorylation de Tau?
CHAPITRE III
ARTICLE SCIENTIFIQUE
3.1 Contribution des auteurs
3.2 Article scientifique
Introduction
Results
Tau phosphorylation is differentially regulated by S 1 PR agonists
Implications of AMPKa and PP2Ac
Discussion
Conclusion
Experimental procedures
Animal and ethic approvals
Pharmacological agents and antibodies (Abs)
Hippocampal slice preparation and pharmacological treatments
Tissue samples and Western blotting
Statistical analysis
Acknowledgments
Figure legends
Reference
CHAPITRE IV
DISCUSSION
4.1 La phosphorylation de la protéine Tau et ses influences
4.2 La signalisation induite en lien avec le S1PR1
CHAPITRE V
CONCLUSION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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