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II.1.3.1 : Généralités.
Comme nous l’avons vu précédemment, la maladie d’Alzheimer
est caractérisée par des dépôts protéiques
anormaux dans le cerveau, au niveau extracellulaire pour le peptide amyloïde
ou intracytoplasmique pour les protéines Tau. Ces agrégats
seraient toxiques pour les neurones, soit en causant une toxicité
extracellulaire (pour les dépôts Abeta) ou en perturbant
le métabolisme intracellulaire (dans le cas des protéines
Tau) (Hall et al., 2000). Toutefois, il semble que la propagation des
symptômes de la maladie d’Alzheimer est corrélée
à la dégénérescence neurofibrillaire, donc
à la propagation de neurones présentant des agrégats
aberrants de protéines Tau (Delacourte et al., 1999 ; 2002). Au
contraire, les dépôts amyloïdes semblent potentialiser
le phénomène agrégatif de Tau sans pour autant être
corrélé à l’état d’avancement de
la maladie. De plus, d’autres pathologies présentent une agrégation
spécifique de certaines isoformes de protéines Tau dans
certains neurones sensibles sans montrer pour autant de dépôts
amyloïdes (pour revue, Buée et al., 2000 ; Lee et al., 2001).
Ces données impliquent donc l’agrégation des protéines
Tau comme facteur déclenchant de la dégénérescence
neurofibrillaire et de la pathologie.
Dans la maladie d’Alzheimer, les six isoformes de protéines
Tau s’agrègent pour former les PHFs ou « Paired Helical
Filaments » (Figure 16). Ces structures sont très stables
puiqu’elles sont notamment résistantes à la protéolyse
(Yang et al., 1997, Sadqi et al., 2002). L’agrégation des
protéines Tau est également impliquée dans d’autres
désordres neurodégénératifs comme la PSP,
la CBD, la maladie de Pick et les DFTP-17 où les protéines
Tau présentent des mutations à l’intérieur ou
à proximité du domaine de liaison aux microtubules (pour
revue, Buée et al., 2000 ; Lee et al., 2001). Toutefois, la composition,
la structure et la distribution des agrégats de Tau sont différents
dans ces Tauopathies (Cf chapitre I.2.2.4). Ceci est directement corrélé
avec la composition en isoformes Tau présentes dans les agrégats
(Cf chapitre sur la caratérisation biochimique des agrégats
intraneuronaux dans les différentes Tauopathies)
Il est également important de signaler que sous cet état
agrégé, les protéines Tau présentent des changements
conformationnels (Ghoshal et al., 2002). Ces changements seraient attribuables
à des modifications post-traductionnelles pathologiques, comme
la phosphorylation anormale (Uversky et al., 1998). Il semble donc que
des processus cellulaires aberrants et pathologiques engendrent l’agrégation
spécifique d’isoformes de Tau dans ces différentes
Tauopathies. La compréhension des mécanismes moléculaires
et cellulaires à l’origine de l’agrégation pathologique
de ces protéines est donc une étape essentielle pour comprendre
et inhiber la dégénérescence neurofibrillaire.
II.1.3.2 : La protéine Tau : une molécule à caractère
agrégatif ?
En solution, la protéine Tau est une molécule flexible,
sans conformation particulière. Toutefois, des séquences
au sein même de la protéine sont à caractère
agrégatif. Ainsi, la protéine Tau native est capable de
s’agréger spontanément en solution (Crowther et al.,
1994). Ce processus agrégatif s’opère en différents
stades : (1) une dimérisation ou nucléation des monomères,
(2) un changement de conformation menant (3) finalement à l’agrégation
des dimères en filaments. Cette dernière étape est
nommée élongation.
La première étape de cette fibrillogénèse
semble être affectée par la séquence primaire de la
protéine. En effet, des études ont pu démontrer que
la séquence correspondante au domaine de liaison aux microtubules,
et notamment le troisième repeat, a la propriété
d’auto-assemblage in vitro (Perez et al., 1996 ; Arrasate et al.,
1999). En présence d’héparine, un des nombreux cofacteurs
d’agrégation, la séquence minimale pour l’interaction
Tau-Tau est ainsi comprise entre les acides aminés 317-335 du troisième
repeat. La partie N-Ter de la molécule, quant à elle, inhiberait
cette fibrillogénèse (Perez et al., 2001). Le caractère
agrégatif est également influencé par d’autres
séquences intrinsèques de Tau capables de former des structures
secondaires complexes, comme des hélices alpha ou des structures
beta (Schweers et al., 1994 ; Esposito et al., 2000 ; Von Bergen et al.,
2000 ; Sadqi et al., 2002). Ces structures seraient capables d’induire
une conformation particulière de la protéine Tau à
l’origine de la dimérisation des monomères (Carmel
et al., 1996).
La notion de caractère auto-agrégatif de la protéine
Tau a été renforcée par de récentes découvertes
sur des protéines Tau mutantes présentes dans les DFTP-17.
Certaines mutations, qui affectent la capacité de Tau à
lier les microtubules, semblent également affecter la fibrillogénèse
de Tau (Arrasate et al., 1999 ; Goedert et al., 1999 ; Nacharaju et al.,
1999 ; Goedert et Spillantini., 2000). Ces mutations accélèreraient
la fibrillogénèse de Tau en modifiant la conformation de
la protéine ou en augmentant la stabilité des structures
beta formées (Jicha et al., 1999 ; Connell et al., 2001 ; Von Bergen
et al., 2001).
La protéine Tau est donc une protéine soluble en solution
mais capable d’auto-agrégation dans certaines conditions expérimentales
et physiopathologiques. Cette propriété est pourtant influencée
par des modifications post-traductionnelles ou des cofacteurs d’agrégation.
Ainsi, la phosphorylation, l’oxydation, l’ubiquitination, la
glycation, la glycosylation, la protéolyse, tout comme la présence
de polyanions et d’ApoE vont influencer la fibrillogénèse
des protéines Tau (pour revue, Buée et al., 2000). Dans
cette introduction, seules certaines de ces modifications (testées
durant le travail de thèse) seront développées.
II.1.3.3 : le cas des DFTP-17.
L’étude génétique et systématique des
cas DFTP-17 a permis de comprendre que la dysfonction de la protéine
Tau est directement corrélée avec la DNF observée
et la démence qui s’ensuit chez les patients affectés
(Tableau 2). A ce jour, on distingue une trentaine de mutations sur le
gène tau (Figure 17). Elles peuvent être classées
en deux grandes catégories : les premières vont être
comprises dans la séquence codante de la protéine Tau et
vont affecter sa fonction cellulaire. Les secondes sont introniques et
vont influencer l’épissage alternatif du transcrit primaire
conduisant à une surproduction de certaines isoformes de protéines
Tau.
Les mutations exoniques sont des mutations par substitution, silencieuses
ou par délétion (Figure 17 / Tableau 2). On distingue donc
les mutations codantes R5H (Hayashi et al., 2002) et R5L (Poorkaj et al.,
2002) dans l’exon 1, K257T (Rizzini et al., 2000), L266V (Kobayashi
T et al., 2003) et G272V (Hutton et al., 1998) dans l’exon 9, N279K
(Clark et al., 1998 ; D’Souza et al., 1999 ; Delisle et al., 1999
; Yasuda et al., 1999 ; Tsuboi et al., 2002), DK280 (D’Souza et al.,
1999 ; Rizzu et al., 1999) , L284L (D’Souza et al., 1999), DN296
, N296H (Yoshida et al., 2002), N296N (Spillantini et al., 2000), P301L
(Clark et al., 1998 ; Dumanchin et al., 1998 ; Hutton et al., 1998 ; Spillantini
et al., 1998 ; Rizzu et al., 2000) P301S (Bugiani et al., 1999), S305N
(Hasegawa et al., 1998, 1999 ; Iijima et al., 1999), S305S (Stanford et
al., 2000) dans l’exon 10, S320F dans l’exon 11 (Rosso et al.,
2002), V337M (Poorkaj et al., 1998), E342V (Lippa et al., 2000), K369I
(Neumann et al., 2001) dans l’exon 12, et finalement G389R (Murrell
et al., 1999) et R406W (Hutton et al., 1998 ; Rizzu et al., 1999) dans
l’exon 13.
Les mutations introniques, quant à elles, sont situées
à proximité du site donneur d’épissage de l’exon
10 du gène tau (Figure 17) et vont affecter l’épisage
alternatif de ce dernier. Elles incluent les mutations + 3 (Spillantini
et al., 1998), +11 (Miyamoto et al., 2001), +12 (Yasuda et al., 2000),
+13, +14 (Hutton et al., 1998 ; Pickering-Brown et al., 2002), +16 (Hutton
et al., 1998 ; Goedert et al., 1999 ; Pickering-Brown et al., 2002), +
19, +29 (Stanford et al., 2003) et +33 (Rizzu et al., 1999) si l’on
numérote +1 le premier nucléotide de l’intron 10.
L’ensemble des cas DFTP-17 analysés a montré la présence
de DNF caractérisée par une agrégation de protéines
Tau. Par contre, en fonction des mutations présentes, la composition
et la distribution des filaments de protéines Tau seront différentes.
Ainsi, les mutations codantes localisées en dehors de l’exon
10 provoquent une pathologie Tau principalement neuronale (pour revue,
Ingram et Spillantini., 2002). Les agrégats de protéines
Tau formés pour certaines mutations, telles que V337M et R406W,
sont des filaments droits ou des PHFs comme ceux observés dans
la maladie d’Alzheimer. D’autres mutations, comme la G389R,
provoquent une pathologie qui se rapproche de la maladie de Pick avec
de nombreuses inclusions ressemblant à des corps de Pick. Les filaments
formés sont du même type que ceux de la MPi. Ces mêmes
corps de Pick sont observés pour les mutations K257T, L266V, G272V,
S320F, E342V ou K369I. Toutefois, pour ces dernières, les agrégats
de protéines Tau formés sont différents de ceux de
la MPi. Ainsi, les mutations S320F et E342V donnent des filaments droits
ou de type PHF comme dans la maladie d’Alzheimer. Les mutations K257T
et K369I, quant à elles donnent des filaments tortueux. Concernant
les mutations comprises dans l’exon 10 (la P301S et P301L), la pathologie
Tau observée est neuronale et gliale. La P301L va former des filaments
tortueux et la P301S des filaments ressemblant à ceux formés
dans la PSP. Finalement, les mutations N-terminales R5H et R5L causent
une pathologie principalement gliale ou neuronale et gliale et forment
des filaments de type PSP. L’ensemble de ces observations suggère
que la position des mutations dans la région codante de la protéine
Tau, et probablement la nature même de l’acide aminé
modifié, va entraîner des pathologies ressemblant à
la maladie d’Alzheimer, la PSP ou la MPi.
Les mutations introniques qui affectent l’épissage de l’exon
10 (à l’exception des mutations +19 et +29) causent une pathologie
Tau neuronale et gliale (Tableau 2) avec la présence de filaments
tortueux ressemblants à ceux retrouvés dans la DCB. De même,
les mutations codantes affectant l’épissage de cet exon (N279K,
L284L, N296N, S305N et S305S) provoquent une pathologie neuronale et gliale,
mais cette fois la morphologie des filaments formés dépend
du type de mutation présente. A titre d’exemple, les agrégats
avec la S305N sont des filaments droits alors que ceux obtenus avec la
S305S sont à la fois droits et tortueux (Pour revue, Ingram et
Spillantini., 2002). Comme nous avons pu le voir auparavant, deux types
de mutations sont présentes au niveau des protéines Tau
dans les DFTP-17 : des mutations introniques et des mutations codantes.
Les premières vont affecter l’épissage alternatif de
l’exon 10 menant à une surproduction des isoformes Tau 4R
versus 3R (ou inversement). Les secondes vont affecter directement la
fonction biologique de la protéine au niveau cellulaire (Tableau
2). Quoi qu’il en soit, dans les deux cas, il y a une agrégation
spécifique de protéines Tau anormalement phosphorylées
dans les neurones en dégénérescence. Un changement
de la fonction biologique de ces protéines ou du ratio des isoformes
4R/3R serait donc à l’origine de l’agrégation
spécifique des protéines Tau dans les cellules nerveuses
en DNF (pour revue Goedert et al., 1998, 2000 ; Ingram et Spillantini.,
2002). L’étude des mutations codantes a permis de déceler
de nombreux effets sur la protéine Tau. Elles vont en fait induire
des changements de conformation ou de fonction de la protéine agissant
directement ou indirectement sur sa fibrillogénèse, son
état de phosphorylation, sa liaison aux microtubules et enfin sur
sa dégradation.
Les mutations codantes vont induire des changements de conformation de
la protéine Tau (Jicha et al., 1999 ; Connell et al., 2001 ; von
Bergen et al., 2001 ; Li et al., 2002). Ces conformations altérées
augmenteraient la fibrillogénèse de la protéine et
notamment en présence de cofacteurs d’agrégation comme
les héparanes sulfates (Arrasate et al., 1999 ; Goedert et al.,
1999 ; Nacharaju et al., 1999 ; Barghorn et al., 2000 ; Rizzu et al.,
2000). Cette augmentation de l’agrégation des protéines
Tau mutées peut être imputée à une perte de
leur fonction primaire : la polymérisation des microtubules (Vogelsberg-Ragaglia
et al., 2000). En effet, des études in vitro ont pu démontrer
que les protéines Tau mutées ont une capacité réduite
à polymériser les microtubules (Hasegawa et al., 1998 ;
Hong et al., 1998 ; DeTure et al., 2000). Ces études suggèrent
que la perte de la liaison des protéines Tau pour les microtubules
entraîne leur libération dans le cytoplasme et la dépolymérisation
du réseau microtubulaire (Arawaka et al., 1999 ; Dayanandan et
al., 1999 ; Frappier et al., 1999 ; Matsumura et al., 1999 ; Sahara et
al., 2000 ; Nagiec et al., 2001). De plus, cette perte de fonction pourrait
agir directement sur l’état de phosphorylation de la protéine
(Perez et al., 2000 ; Mack et al., 2001). L’augmentation de l’état
de phosphorylation des Tau mutantes peut également être due
à une perte de la capacité de ces protéines à
interagir avec certaines phosphatases comme la PP2A (Goedert et al., 2000).
Enfin, les mutations des protéines Tau sont capables d’inhiber
leur protéolyse et d’avoir des effets pro-apoptotiques (Yen
et al., 1999 ; Furukawa et al., 2000 ; Lim et al., 2001 ; Adamec et al.,
2002).
Les mutations codantes des protéines Tau vont donc agir sur la
fonction de la molécule par différentes voies. Au point
de vue mécanistique, nous pouvons imaginer leur impact en différents
stades : tout d’abord, ces mutations vont inhiber partiellement ou
totalement la liaison aux microtubules. Ceci va entraîner leur libération
dans le cytoplasme des cellules. Les protéines Tau mutantes peuvent
dès lors être hyperphosphorylées soit par une perte
de leur interaction avec leurs phosphatases soit par une plus grande disponibilité
pour certaines kinases. De même, l’inhibition de leur protéolyse
mènera à l’accumulation intracytoplasmique de Tau.
Les effets combinés de cette accumulation intracellulaire, à
celui de l’hyperphosphorylation et enfin au changement de conformation
de la protéine Tau mutée pourraient mener à son agrégation
intraneuronale.
II.1.3.4 : Agrégation pathologique de Tau : rôle des modifications
post-traductionnelles.
A : la phosphorylation anormale.
L’état d’avancement de la dégénérecence
neurofibrillaire est directement corrélé avec l’état
de phosphorylation des protéines Tau (Savory et al., 1996 ; Augustinack
et al., 2002). En effet, au plus les protéines Tau sont phosphorylées
sur des sites particuliers, au plus elles se retrouvent agrégées
(Tableau 3, état de phosphorylation en fonction des stades de DNF
Augustinack et al., 2002). La phosphorylation des protéines Tau
pourrait ainsi agir sur sa fibrillogénèse ou stabiliser
les agrégats déjà formés (Sahara et al., 2002).
Dans la maladie d’Alzheimer et autres Tauopathies, on parle alors
d’« Hyperphosphorylation » et de « Phosphorylation
anormale » des protéines Tau.
En effet, sous leur état agrégé, les protéines
Tau présentent une phosphorylation accrue sur certains sites dits
« normaux » : c’est « l’hyperphosphorylation
» (Buée-Sherrer et al., 1996 ; Liu et Yen., 1996). Elles
montrent également l’apparition de nouveaux sites de phosphorylation
qui ne sont pas détectés dans des conditions physiologiques.
On parle alors de « phosphorylation pathologique ou anormale des
protéines Tau » (Hanger et al., 1998 ; Tomizawa et al., 2001).
Cette phosphorylation anormale peut être visualisée par certains
anticorps spécifiques comme AT100, AP422, 988, PHF-27, CP-3, PG-5
et TG3 (Matsuo et al., 1994 ; Hasegawa et al., 1996 ; Hoffman et al.,
1997 ; Jicha et al., 1997 ; Zheng-Fischhöfer et al., 1998 ; Bussière
et al., 1999 ; Jicha et al., 1999) (Figure 18 : les anticorps spécifiques
de l’état de phosphorylation normal et anormal des protéines
Tau). A l’exception de la Ser422, ces sites trouvés uniquement
dans les agrégats de protéines Tau sont des épitopes
dits « conformationnels ». Il semble donc qu’il y ait
une relation de cause à effet entre la phosphorylation anormale,
la conformation des protéines Tau et leur agrégation. Cette
idée est renforcée par l’étude biochimique des
protéines Tau pathologiques par Western blot. A titre d’exemple
dans la maladie d’Alzheimer, les Tau-PHFs anormalement phosphorylées
présentent avec AT100, un triplet majeur à 69, 65 et 61
KDa, avec une bande mineure à 74KDa (Figure 19). Après action
de la phosphatase alcaline, la déphosphorylation des protéines
Tau entraîne un changement de conformation des protéines
qui se présentent cette fois sous la forme de six bandes comprises
entre 48 et 67 KDa (Goedert et Jakes., 1990).
Cette phosphorylation anormale des protéines Tau n’est pas
cantonnée à la maladie d’Alzheimer mais est une caractéristique
de l’ensemble des maladies neurodégénératives
où l’on retrouve des protéines Tau agrégées.
On peut ainsi retrouver différents profils électrophorétiques
de protéines Tau anormalement phosphorylées en fonction
de la Tauopathie analysée (Figure 19). Dans la PSP et la CBD, on
observe un doublet majeur migrant à 64 et 69 KDa avec une bande
mineure à 74 KDa. Ce profil correspond en fait à l’agrégation
pathologique de protéines Tau 4R (Sergeant et al., 1999). Au contraire,
dans la MPi, seules les isoformes Tau 3R s’agrègent donnant
ainsi un doublet majeur migrant en SDS-PAGE à 55 et 64KDa avec
une bande mineure à 69KDa (Delacourte et al., 1996 ; Sergeant et
al., 1997 ; Delacourte et al., 1998). En fait, cette agrégation
« isoforme spécifique » serait due aux différences
de sous-populations neuronales affectées dans ces diverses pathologies,
et synthétisant certaines isoformes particulières. De la
même façon, dans les cas DFTP-17, il y a une agrégation
particulière et différentielle de protéines Tau anormalement
phosphorylées. En effet, en fonction de la mutation considérée,
il va y avoir un profil ressemblant à la maladie d’Alzheimer,
la PSP ou DCB et enfin à la MPi. Les mutations exoniques, à
l’exception de celles touchant l’exon 10, vont en général
donner une agrégation des six isoformes de protéines Tau
et un profil de type Alzheimer en SDS-PAGE. Les autres (introniques et
les mutations codantes dans l’exon 10) donneront un profil PSP ou
DCB avec une agrégation préférentielle d’isoformes
Tau 4R. Cette observation va de concert avec les différences observées
pour les différents cas DFTP-17 autant au niveau symptomatique
qu’au niveau neuropathologique (Cf chapitre I.2.2.4.e). Quoi qu’il
en soit, il semble que la phosphorylation anormale des protéines
Tau est une caractéristique générale de l’ensemble
des maladies neurodégénératives où l’on
observe une agrégation de ces protéines.
Au niveau moléculaire et mécanistique, la phosphorylation
des protéines Tau va entraîner un changement de conformation
de la molécule, favorisant ainsi leur fibrillogénèse
(Daly et al., 2000). Cette phosphorylation des protéines Tau va
agir par deux mécanismes :
-> Elle va promouvoir la nucléation des monomères en
dimères. Cette phosphorylation, influencée notamment par
CDK5, favoriserait la dimérisation et la formation de ponts disulfites
entre les deux monomères par la Cys322 (Schweers et al., 1995 ;
Paudel et al., 1997) (Cf paragraphe sur l’oxydation).
-> Elle va neutraliser les charges basiques des régions flanquantes
du domaine de liaison aux microtubules. Cette inhibition est fondamentale
pour l’auto-polymérisation des filaments de Tau en paires
de filaments appariées (PHFs) et en filaments droits (Alonso et
al., 2001). L’hyperphosphorylation de Tau va en fait entraîner
un changement de conformation de la protéine, notamment pour sa
partie Ct qui adopte alors une structure anormale, probablement à
l’origine de la fibrillogénèse des protéines
Tau (Leger et al., 1997 ; Uversky et al., 1998).
Toutefois, même si la phosphorylation anormale et l’hyperphosphorylation
des protéines Tau semblent être un élément
clé de la fonction anormale des protéines Tau, cette modification
post-traductionnelle ne peut expliquer à elle seule le comportement
pathologique de la protéine. En effet, ces protéines peuvent
s’agréger spontannément sous forme de structures filamenteuses
en présence de molécules chargées comme les glycosaminoglycanes
tels que les héparanes sulfates (Goedert et al., 1996 ; Perez et
al., 1996, Arrasate et al., 1997, Hasegawa et al., 1997) ou encore les
structures polyanioniques comme l’ARN ou même la tubuline (Kampers
et al., 1996 ; Ackmann et al., 2000). De plus, certains sites, une fois
phosphorylés protégeraient de l’agrégation de
Tau (Schneider et al., 1999). Malgré ces données, il semble
toutefois que la phosphorylation des protéines Tau soit importante,
voire même essentielle à la formation de filaments intraneuronaux
(Hall et al., 1997 ; Perez et al., 2002). En fait, la combinaison de l’hyperphosphorylation
de Tau à celle de son oxydation entraîne la formation d’agrégats
intraneuronaux de protéines Tau, semblables à ceux rencontrés
dans la maladie d’Alzheimer (Perez et al., 2002).
L’ensemble de ces données laisse supposer que la phosphorylation
anormale des protéines Tau, comme celle rencontrée dans
la maladie d’Alzheimer et autres Tauopathies, est une condition nécessaire
mais pas suffisante (ou exclusive) pour sa fibrillogénèse.
Il semble donc que la phosphorylation des protéines Tau, à
elle seule, ne suffise pas à provoquer leur agrégation et
que d’autres facteurs soient nécessaires pour induire cette
fibrillogénèse. Cette constatation est peut-être à
mettre au crédit d‘autres modifications post-traductionnelles
retrouvées sur les protéines Tau agrégées
en filaments.
B : L’oxydation.
Certaines études ont permis de démontrer que la région
C-ter de Tau est essentielle à l’agrégation de la protéine
(Perez et al., 1996). L’oxydation de cette séquence participerait
à l’agrégation de la protéine Tau. Comme la
phosphorylation, elle participerait également à la première
étape de la fibrillogénèse de Tau, i.e, la nucléation
des monomères en structure dimérique de protéines
Tau antiparallèles liées entre elles par un pont disulfure
intermoléculaire (Wille et al., 1992 ; Von Bergen et al., 2000).
En effet, le blocage des groupements thiols (SH) de la cystéine
322, la mutation Cys322->Ala322, et enfin un environnement réducteur
vont inhiber la formation de filaments de Tau. Au contraire, l’oxydation
de la Cys322 entraîne la formation de filaments de Tau in vitro
(Schweers et al., 1995). Ces données ont été récemment
confirmées par l’utilisation du 4-hydroxynonenal (HNE) dans
un modèle de Neuroblastome. En fait, les auteurs suggèrent
que la formation de filaments de protéines Tau peut être
générée dans une cellule uniquement après
hyperphosphorylation et oxydation des protéines Tau (Perez et al.,
2002). Il semble donc que la phosphorylation et l’oxydation ont un
effet synergique et suffisant pour la formation d’agrégats
intraneuronaux de protéines Tau.
De plus, les protéines Tau 3R forment plus facilement des agrégats
que leurs homoloques 4R. Ceci peut être imputé à la
présence d’une seconde cystéine en position 291 dans
la séquence des protéines Tau 4R. En fait, un pont disulfure
intramoléculaire peut se former entre les Cys291 et 322 des Tau
4R. De ce fait, les isoformes 4R peuvent s’organiser en structures
monomériques très stables ne pouvant pas se dimériser
et donc s’assembler en filaments. Ce phénomène permettrait
d’expliquer la faible capacité d’auto-assemblage des
Tau 4R (Schweers et al., 1995). En résumé, les ponts disulfures
intermoléculaires sont indispensables à la nucléation
des protéines Tau. Ainsi, l’hyperphosphorylation des protéines
Tau associée à son oxydation pourrait entraîner leur
agrégation.
C : La protéolyse
Il a été suggéré que la protéolyse
des protéines Tau puisse précéder leur assemblage
en filaments pathologiques (Novak., 1994 ; Fasulo et al., 1998 ; Garcia-Sierra
et al., 2003). Les protéines Tau sont le substrat de nombreuses
protéases intracellulaires telles les caspases, la calpaïne,
les enzymes lysosomiales et le protéasome.
En effet, il a été montré récemment que les
protéines Tau peuvent être catabolisées par les caspases
3 et 9 (Canu et al., 1998 ; 2000 ; Krishnamurthy et al., 2000 ; Rohn et
al., 2002). Une fois protéolysées, ces protéines
Tau deviennent à leur tour effectrices pour l’apoptose (Fasulo
et al., 2000 ; Chung et al., 2001) et participeraient à leur propre
fibrillogénèse (Rohn et al., 2002).
La calpaïne est également impliquée dans la dégradation
des protéines Tau. Les calpaïnes sont des cystéines
protéases cytoplasmiques activées par le calcium dans un
environnement réducteur (Guttmann et Johnson., 1998 ; pour revue,
Di Rosa et al., 2002). La calpaïne 1 (aussi nommée mu-calpaïne)
et son inhibiteur cellulaire, la calpastatine, compose un complexe impliqué
dans la plasticité synaptique altérée dans la maladie
d’Alzheimer (Nixon., 2000). En fait, dans la maladie d’Alzheimer
et autres maladies neurodégénératives, l’activation
de la calpaïne (1 et 2) peut être due à des niveaux
élevés et anormaux de calcium et conduit à un clivage
partiel de certaines protéines voire à leur dégradation
totale (Nixon et al., 1994 ; Adamec et al., 2002).
Cette protéase peut également être activée
par le peptide amyloïde (Patrick et al., 1999). La calpaïne
est capable de protéolyser les protéines Tau (Johnson et
al., 1989). Toutefois, il reste un certain nombre de questions concernant
les relations entre cette protéase et la présence d’agrégats
de protéines Tau hyperphosphorylées dans la maladie d’Alzheimer.
En effet, il semble que la phosphorylation des protéines Tau sur
des sites particuliers inhibe la dégradation « calpaïne-dépendante
» (Litersky et Johnson., 1992 ; Johnson., 1992 ; Litersky et johnson.,
1995 ; Xie et Johnson., 1998). De plus, les protéines Tau agrégées
en PHFs sont beaucoup plus résistantes à ce type de dégradation
en comparaison aux protéines Tau normales et fœtales (Mercken
et al., 1995 ; Yang et Ksiezak-Reding., 1995). Finalement, certaines observations
suggèrent que plus que la phosphorylation, la conformation des
protéines Tau agrégées inhibe la dégradation
« calpaïne-dépendante » (Yang et al., 1997). Quoiqu’il
en soit, il semble que malgré la suractivation de cette protéase
dans la maladie d’Alzheimer, celle-ci n’est pas capable d’éliminer
les agrégats de protéines Tau hyperphosphorylées
dans les neurones en DNF.
Par ailleurs, la calpaïne peut également participer à
la fibrillogénèse des protéines Tau en augmentant
leur état de phosphorylation. En effet, cette protéase peut
entraîner une suractivation de Cdk5. La calpaïne peut être
activée par un choc neurotoxique ou par une exposition au peptide
amyloïde (Patrick et al., 1999 ; Lee et al., 2000) clive p35 en p25
(Kusakawa et al., 2000). Cette protéolyse de l’activateur
de Cdk5 va entraîner une dérégulation de son activité
(suractivation et délocalisation cellulaire) et l’hyperphosphorylation
des protéines Tau (Figure 20) (Ahlijanian et al., 2000). Cette
suractivation de Cdk5/p25 pourrait donc augmenter la fibrillogénèse
de Tau.
L’activation de la calpaïne peut donc avoir deux effets distincts
au niveau des protéines Tau : un premier qui augmente sa phosphorylation
et un second qui cliverait partiellement ces protéines augmentant
probablement par la même leur fibrillogénèse. Cette
hypothèse est très attractive et permettrait de faire le
lien entre les dépôts amyloïdes, la phosphorylation
et l’agrégation spécifique de Tau dans la maladie d’Alzheimer.
Ainsi, les dépôts amyloïdes activeraient la calpaine.
Celle-ci dérégulerait l’activité de Cdk5 en
augmentant la quantité de p25 au détriment de p35, ce qui
entraînerait la phosphorylation et l’agrégation des
protéines Tau (Tseng et al., 2002 ; Noble et al., 2003). Cette
hypothèse a été récemment étayée
par des expériences dans des souris transgéniques (Cf chapitre
sur la description des modèles transgéniques des Tauopathies).
Enfin, un dernier système de protéolyse des protéines
Tau pourrait intervenir dans la maladie d’Alzheimer et autres Tauopathies
: le protéasome. En effet, de récentes observations suggèrent
que le protéasome, système impliqué dans la dégradation
des protéines ubiquitinylées, soit inhibé dans la
maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson (Keller et al., 2000,
Lam et al., 2000, De Vrij et al., 2001, Mc Naught et al., 2001 ; Tofaris
et al., 2001). Dans le système nerveux, cette inhibition pourrait
participer à l’accumulation de protéines anormales,
phénomène qui contribuerait à des évènements
agrégatifs de protéines ubiquitinylées (Pour revue
Layfield et al., 2001). Le protéasome est en outre capable de cliver
les protéines Tau in vitro par un mécanisme ubiquitine indépendant
(David et al., 2002). Dans la maladie d’Alzheimer, il est donc envisageable
qu’une inhibition de ce système puisse conduire à l’accumulation
de protéines Tau cytoplasmiques qui dès lors peuvent être
hyperphosphorylées et ubiquitinées. Cette hypothèse
pourrait expliquer pourquoi les protéines Tau sont ubiquitinylées
dans la maladie d’Alzheimer. En fait, il semble que les protéines
Tau agrégées soient protéolysées dans leur
région Nt et ubiquitinées dans leur domaine Ct (Morishima-Kawashima
et al., 1993 ; Pour revue, Buée et al., 2000). Il est important
de signaler que cette inactivation du protéasome dans la maladie
d’Alzheimer pourrait être attribuée au peptide amyloïde
qui inhibe la dégradation de protéines ubiquitinylées
in vitro (Gregori et al., 1995).
En résumé, l’agrégation pathologique des protéines
Tau observée dans les Tauopathies résulte de nombreux facteurs.
Parmis eux, la phosphorylation anormale de ces protéines semblent
être une modification précoce nécessaire mais pas
suffisante pour causer leur agrégation intraneuronale. Les évènements
cellulaires responsables de cette modification aberrante de Tau restent
à l’heure actuelle à être déterminés.
Pour cela, des travaux de modélisations cellulaires ou sur des
animaux transgéniques sont actuellement très prometteurs
et permettrons sans doute dans un proche avenir de disséquer les
évènements pathologiques incriminés. |
