III : Modélisation de la maladie d’Alzheimer et autres Tauopathies.

III. 1 : Généralités.

L’étude des maladies neurodégénératives au point de vue neuroanatomique ne peut en aucun cas permettre l’identification des modifications pathologiques impliquées dans ces processus neurodégénératifs. De plus, comme ces maladies touchent exclusivement l’homme, il est évident qu’aucune investigation ne peut être menée sur le patient directement. L’établissement de modèles cellulaires et animaux est donc d’une importance primordiale pour pouvoir disséquer les mécanismes cellulaires impliqués dans la maladie d’Alzheimer et autres Tauopathies. Dans ce chapitre, nous développerons donc les modèles réalisés pour l’étude de ces pathologies et analyserons les différentes avancées dans la compréhension des processus neuropathologiques menant à l’agrégation des protéines Tau.
La modélisation in vivo des maladies neurodégénératives, et en particulier de la maladie d’Alzheimer n’est pas facile. En effet, un « bon » modèle de cette pathologie doit mimer à la fois l’accumulation des plaques amyloïdes dépendante de l’âge, l’apparition progressive de la DNF, ainsi que la mort neuronale et finalement les troubles comportementaux et la perte de la mémoire… Il faut par ailleurs prendre en compte la distance sur l’échelle évolutive entre le modèle utilisé et le cerveau humain. De ce point de vue, les primates constitueraient le modèle d’étude idéal si ce n’est que ces animaux présentent le gros désavantage d’être très encombrants dans un laboratoire. En outre, leur durée de vie (entre 20 et 30 ans) reste un obstacle majeur pour ces études. De ce fait, la majorité des études réalisées sur des animaux utilisent des modèles murins ou des organismes bien particuliers comme la drosophile ou la lamproie.

III.2 : modèles animaux de l’amyloïdogénèse.

Plusieurs souris transgéniques surexprimant l’APP sauvage ou mutée ont été générées depuis ces dernières années afin de pouvoir observer si un changement du métabolisme de cette protéine ou la formation de dépôts amyloïdes engendraient une mort neuronale analogue à celle rencontrée dans la maladie d’Alzheimer. Sur l’ensemble des modèles murins engendrés, aucun d’entre eux ne permet à l’heure actuelle d’affirmer que la formation de dépôts amyloïdes ou un changement du métabolisme de l’APP conduit à un phénotype neuropathologique analogue à celui de la maladie d’Alzheimer. En effet, même si les souris transgéniques surexprimant la protéine APP mutée présentent une augmentation de la formation de peptides ou de dépôts amyloïdes, aucune ne montre la présence de DNF. En fait, ces souris présentent certains déficits, comme des troubles du comportement et de l’apprentissage (Kumar-Singh et al., 2000 ; Moechars et al., 1999) ou encore une perturbation de la plasticité synaptique (Chen et al., 1998 ; Chapman et al., 1999 ; Fitzjonh et al., 2001) et enfin une vulnérabilité accrue à un choc ischémique (Koistinaho et al., 2002). De plus, même si ces souris et d’autres modèles cellulaires ont pu être utiles à la compréhension du rôle potentialisateur des présénilines (et notamment de certaines des mutations) et de l’Apolipoprotéine E4 sur le métabolisme de l’APP (Holcomb et al., 1998 ; Bales et al., 1999 ; Mc Gowan et al., 1999 ; Wiltfang et al., 2001), aucun des modèles cellulaires et animaux de l’amyloïdogénèse ne développent de dégénérescence neurofibrillaire. Ces résultats vont de concert avec de récentes études montrant que la protéine Tau est essentielle pour la neurotoxicité induite par l’Abeta (Rapoport et al., 2002). La seule surexpression du peptide amyloïde dans ces différentes souris transgéniques ne peut donc entraîner seule la DNF et la perte neuronale même si une augmentation de la phosphorylation des protéines Tau a été rapportée dans quelques cas (Tomidokoro et al., 2001).

III.3 : Modèles animaux de Tauopathies.

III.3.1 : Les modèles murins déficients pour la protéine Tau.

Une première lignée de souris transgénique invalidée pour le gène tau a été réalisée en 1994. Le phénotype de ces souris semblait inchangé en comparaison aux souris contrôle (Harada et al., 1994). Dans les axones de grand calibre, aucune différence de la croissance axonale des cellules embryonnaires en culture n’a été mise en évidence entre les souris KO et contrôle. L’analyse immunohistochimique révéla également que le déficit en protéines Tau pouvait être compensé par la MAP1A. Toutefois, dans les axones de petit calibre, la stabilité des microtubules était diminuée et l’organisation du réseau microtubulaire perturbée. Ces résultats suggéraient que la fonction dans la maturation neuronale de Tau et de MAP1A puissent être interchangeables en fonction du type d’axone considéré.

Ces premiers résultats ont été nuancés récemment par deux autres études (Tint et al., 1998 ; Dawson et al., 2001). La première montre que l’invalidation de la fonction de Tau par l’injection d’Anticorps anti-Tau dans les neurones sympathiques n’a aucun effet sur le dynamisme microtubulaire des axones en croissance. La seconde montre au contraire, par une autre approche, que la protéine Tau est absolument nécessaire pour l’axonogénèse des neurones hippocampiques. Les auteurs suggèrent que même si d’autres MAPs peuvent compenser l’absence de la protéine Tau, elles ne peuvent pas restaurer complètement sa fonction normale dans l’axonogénèse et l’extension dendritique.
Ces résultats peuvent expliquer les différences obtenues entre les premières souris K.O Tau et les souris sauvages, lors de l’analyse plus avancée des signes neurologiques et comportementaux. En effet, les souris déficientes pour Tau présentent certaines anomalies comme une tendance à la chute plus importante, une faiblesse musculaire, une hyperactivité et des anomalies dans le conditionnement à la peur en comparaison aux souris sauvages (Ikegami et al., 2000). Ces phénotypes étant observés chez certains cas DFTP-17, les auteurs émettent l’hypothèse que la perte de protéines Tau peut entraîner des caractéristiques neurologiques analogues à celles de DFTP-17 où une perte de fonction de la protéine Tau est observée.

III.3.2 : Modèles animaux surexprimant des protéines Tau sauvages.

III.3.2.1 : Les souris transgéniques surexprimant la protéine Tau 4R.

Une première lignée de souris transgéniques surexprimant la plus longue isoforme Tau humaine (2+3+10+) sous le contrôle du promoteur Thy-1 a été générée en 1995. Dans cette première lignée, le niveau d’expression du transgène ne représente que 10% de celui de la Tau murine endogène. Les auteurs montrent un marquage somatodendritique et axonal pour les protéines Tau hyperphosphorylées. Aucune cellule en dégénérescence n’a pour autant été détecté chez ces souris. De même, la formation de filaments de protéines Tau n’a pu être observée. Comme un marquage somatodendritique de Tau hyperphosphorylées est une caractéristique des changements précoces de la maladie d’Alzheimer, les auteurs suggèrent que ces souris transgéniques montrent des phénotypes « pré-Tangle » similaires à ceux qui précèdent le processus neurodégénératif complet (Götz et al., 1995).
Cette première étude a été suivie de deux autres lignées de souris transgéniques surexprimant cette fois, sous un promoteur plus fort (Thy1.2) la protéine Tau 4R (Spittaels et al., 1999 ; Probst et al., 2000).

Dans la première lignée, où la surexpression de Tau est principalement neuronale (Tableau 4), les animaux montrent une axonopathie dans le cerveau et la moëlle épinière. Cette dégénérescence est accompagnée de dilations au niveau axonal avec une accumulation de neurofilaments, de microtubules, de mitochondries, du réticulum endoplasmique et de vésicules. Cette accumulation suggère une perte du transport axonal comme décrit auparavant (Ebneth et al., 1998). Les analyses biochimiques et immunocytochimiques ont révélé la présence de protéines Tau hyperphosphorylées au niveau somato-dendritique. Néanmoins, aucune perte neuronale n’est observée. Ces souris montrent entre autres des dysfonctionnements des capacités sensori-motrices. En effet, comparées au souris contrôle, ces animaux présentent une endurance diminuée, une instabilité posturale, une perte de la coordination motrice et de la maintenance de l’équilibre, ainsi qu’une faiblesse musculaire (Spittaels et al., 1999). Ce modèle transgénique, surexprimant la Tau 4R, récapitule donc des caractéristiques de la maladie d’Alzheimer et autres Tauopathies.

Dans la seconde lignée, où la surexpression de Tau 4R est observée dans le cerveau et la moëlle épinière, les auteurs observent une axonopathie et une atrophie musculaire (Probst et al., 2000). Une accumulation de protéines Tau hyperphosphorylées au niveau somato-dendritique est également observée. La présence de ces protéines hyperphosphorylées et l’axonopathie sont corrélées avec leur niveau d’expression. Ainsi, l’axonopathie est plus importante dans la moëlle épinière que dans le cerveau. Toutefois, aucune DNF n’est observée. Les auteurs suggèrent alors que la surexpression des protéines Tau 4R entraîne une axonopathie centrale et périphérique qui mène à une dysfonction des cellules nerveuses et une atrophie musculaire.

Ces trois études démontrent que l’expression et plus encore la surexpression des protéines Tau 4R dans le système nerveux central ou périphérique suffit à induire une dégénérescence axonale, et ce, indépendemment de la formation de dégénérescence neurofibrillaire. Cette constatation est à replacer dans le contexte des DFTP-17 et notamment celles où les mutations provoquent une surexpression des isoformes Tau 4R et leur agrégation. En fait, contrairement à l’homme, le cerveau adulte de souris ne contient que des isoformes 4R. Cela pourrait expliquer pourquoi il n’y a pas de filaments formés chez ces souris transgéniques.

III.3.2.2 : Les souris transgéniques surexprimant la protéine Tau 3R.

Des souris transgéniques ont également été générées avec l’isoforme fœtale de Tau. La première, sous le contrôle du promoteur de la HMG-CoA réductase montrait une expression du transgène de l’ordre de 14% en comparaison à la Tau endogène (Brion et al., 1999). Chez ces animaux, la Tau humaine est synthétisée dans les cellules nerveuses lors de l’embryogénèse et la vie adulte. Ces souris présentent une localisation somato-dendritique de protéines Tau hyperphosphorylées. De plus, les protéines Tau sont également hyperphosphorylées au niveau astrocytaire. Toutefois, aucune DNF n’est observée chez ces animaux agés de 19 mois. Ces travaux démontrent que l’expression transgénique de l’isoforme fœtale des protéines Tau suffit à en modifier la localisation cellulaire et la phosphorylation mais ne provoque pas la DNF.

Dans le même temps, une autre lignée surexprimant (5, 10 et 15 fois) cette isoforme fœtale humaine (sous le contrôle du promoteur PrP) a été analysée (Ishihara et al., 1999). Les animaux présentent une affection neurodégénérative dépendante de l’âge similaire à celle observée dans certains cas DFTP-17. Les auteurs observent également la présence de protéines Tau hyperphosphorylées insolubles et d’inclusions neuronales dans les neurones du cortex, du tronc cérébral et surtout dans la moëlle épinière. Ces inclusions sont associées à une dégénérescence axonale, une diminution de la quantité de microtubules et une réduction du transport axonal dans les ganglions ventraux. Ces souris présentent également un affaiblissement musculaire et une gliose dans la moëlle épinière. Ce modèle reproduit donc certains signes neuropathologiques des Tauopathies. Les inclusions de Tau sont par ailleurs positives pour les neurofilaments. La même équipe a donc croisé cette lignée de souris pour l’isoforme fœtale avec des souris transgéniques déficientes pour les neurofilaments (NFL ou NFH). Dans les souris bigéniques générées, l’apparition d’inclusions de Tau est largement inhibée suggérant ainsi un rôle des neurofilaments comme chaperones pathologiques pour l’agrégation des protéines Tau (Ishihara et al., 2001).

III.3.2.3 : Les souris transgéniques exprimant les 6 isoformes Tau.

Une autre lignée de souris transgéniques exprimant les 6 isoformes de protéine Tau a été générée par transgénèse de l’ADN génomique humain (Duff et al., 2000). La répartition des isoformes de protéines Tau humaines dans ce modèle est similaire à celle retrouvée dans le cerveau humain à l’exception des Tau 3R qui sont plus abondantes. L’analyse de ces souris montre également une localisation somatodendritique des Tau humaines, un changement de leur conformation et une augmentation de leur phosphorylation.

En résumé, l’ensemble des souris transgéniques avec surexpression de protéines Tau sauvages (3R ou 4R ou des six isoformes), dans un contexte murin (donc avec la protéine Tau endogène) n’a jamais permis l’observation de structures semblables aux PHFs (ou autres filaments) rencontrés dans la maladie d’Alzheimer malgré la présence de Tau insolubles dans un cas (Ishihara et al., 1999). Par contre, les phénotypes neuropathologiques sont plus graves chez les souris où les protéines Tau humaines sont surexprimées (en comparaison des lignées où l’expression du transgène est plus faible). Ces absences d’agrégats intraneuronaux peuvent être dues au modèle utilisé. En effet, il est possible que l’absence de certains facteurs humains, et absents chez la souris soient impliqués dans la fibrillogénèse de Tau. Aussi, d’autres modèles ont été utilisés pour étudier l’impact de la surexpression de ces protéines.

III.3.2.4 : Autres modèles animaux de surexpression de protéines Tau sauvages.

La lamproie

D’autres organismes comme la lamproie (Petromyzon marinus) ont été utilisés pour étudier la fonction des protéines Tau. La lamproie est un poisson de l’océan Atlantique nord dont le système nerveux central est caractérisé par six neurones géants nommés ABCs pour « Anterior bulbar cells ». Ces ABCs ressemblent fortement aux neurones des vertébrés. La première expérience sur cet organisme a consisté à microinjecter des vecteurs codants pour la protéine Tau sauvage ou des formes tronquées en N et C-terminal (Hall et al., 1997). Des filaments de 10 à 15 nm ont ainsi été observés dans le soma des ABCs pour la protéine Tau entière et jamais pour les formes tronquées. Cette formation de filaments est accompagnée d’une augmentation de la phosphorylation de Tau. Finalement, l’apparition des filaments est corrélée avec une dégénérescence dendritique associée avec une désorganisation du cytosquelette, une agrégation d’organelles membranaires, une perte des microtubules dendritiques et des synapses (Hall et al., 2000). Les auteurs suggèrent que la formation des filaments de Tau puisse être responsable des aspects cytopathologiques de la DNF probablement via une perte du transport intracellulaire dépendant des microtubules.

La drosophile

Un troisième organisme a été utilisé pour étudier la fonction neurotoxique de Tau : la drosophile ou Drosophila melanogaster. L’expression de Tau chez cet organisme entraîne la mort neuronale sans pour autant former des inclusions (Wittman et al., 2001). De même, l’expression de la protéine Tau mutante R406W provoque une toxicité plus importante sans pour autant s’agréger. Ces résultats suggèrent que chez la drosophile, la surexpression de Tau sauvage ou mutante provoque la mort neuronale sans former d’agrégats intraneuronaux. Cette étude montre également que les mutations de Tau (ici la R406W) procure une fonction toxique à la protéine.

III.3.3 : Modèles de souris transgéniques des DFTP-17.

L’identification de mutations au niveau du gène de la protéine Tau a permis d’élaborer certains modèles murins surexprimant des Tau mutées. A l’heure actuelle, les souris générées portent les transgènes codants pour les protéines Tau mutantes R406W, V337M, G272V, P301S et P301L, seules ou en combinaison.

III.3.3.1 : La souris R406W.

La mutation R406W cause une Tauopathie qui ressemble cliniquement à la maladie d’Alzheimer. L’expression modérée de cette protéine mutante sous le contrôle du promoteur de la CamKII entraîne la formation de filaments droits de protéines Tau hyperphosphorylées à 18 mois (Tatebayashi et al., 2002). Comme dans les cas DFTP-17, les agrégats intraneuronaux de protéines Tau sont composés de la protéine mutante et de la protéine endogène sauvage. Cette fibrillogénèse est accompagnée par une rupture du réseau microtubulaire et la DNF. Au niveau comportemental, les souris Tg montrent des pertes de mémoire et de faibles perturbations motrices. Selon les auteurs, les caractéristiques comportementales chez ces souris modifiées sont en fait dues à la forte présence d’inclusions de protéines Tau dans l’hippocampe, l’amygdale et le néocortex, des aires impliquées dans la formation de la mémoire.

III.3.3.2 : La souris V337M.

Le même groupe a généré une souris transgénique exprimant la protéine Tau humaine mutante V337M sous le contrôle du promoteur PDGF (Tanemura et al., 2001, 2002). Ces souris présentent la formation de filaments de protéines Tau hyperphosphorylées avec des structures beta. Les agrégats formés sont prédominants dans les formations hippocampiques. De manière concomitante avec l’accumulation des protéines Tau, les neurones montrent certaines caractéristiques des cellules nerveuses en DNF, i.e., une perte des microtubules, l’accumulation de ribosomes, et des anomalies des membranes nucléaire, golgienne et plasmique. Les conséquences de ces anomalies sont une réduction de l’activité neuronale hippocampique et des troubles du comportement (Tanemura et al., 2002).

III.3.3.3 : Le modèle G272V.

Une lignée de souris transgénique surexprimant la protéine Tau mutante G272V sous le contrôle du promoteur de la protéine du prion Prp a été développée (Götz et al., 2001). L’expression du transgène est forte dans les cellules neuronales et oligodendrocytes. Dans ces derniers, les auteurs ont observé l’apparition d’agrégats de protéines Tau hyperphosphorylées. Les filaments formés sont droits ou tortueux avec une taille de 17-20nm et une périodicité de 75nm.

III.3.3.4 : la souris P301S.

La protéine Tau humaine mutante P301S sous le contrôle du promoteur Thy1.2 a été exprimée chez la souris (Allen et al., 2002). 5 à 6 mois après la naissance, les animaux homozygotes développent de nombreux symptômes moteurs. A ce stade, ils montrent une perte de 49% de neurones de la moëlle épinière. En microscopie électronique, les cellules nerveuses en dégénérescence montrent la présence de nombreux filaments de protéines Tau hyperphosphorylées. La majorité d’entre eux ont l’apparence de rubans tortueux comme ceux décrits dans la PSP. Une minorité de paires de filaments appariées ressemblant à ceux de la maladie d’Alzheimer a également été observée. L’analyse biochimique par immunoempreinte révèle que les protéines Tau agrégées sont hyperphosphorylées. Les protéines Tau solubles présentent également de nombreux sites phosphorylés, à l’exception de la sérine 214, comme le montre l’absence de marquage avec les anticorps monoclonaux AT100 et CP3. Finalement, certaines kinases pouvant phosphoryler Tau (les SAPK et les MAPK) sont colocalisées avec les filaments de Tau dans les cellules en DNF.

III.3.3.5 : les modèles P301L.

Deux lignées de souris transgéniques surexprimant la protéine Tau humaine portant la mutation P301L ont été également générées. La première exprime l’isoforme Tau 4R sans les inserts N-terminaux (2-3-10+), sous le contrôle du promotteur PrP. Le niveau d’expression du transgène est alors le même que celui de la Tau murine endogène. 10 mois après la naissance, les animaux montrent des modifications comportementales et motrices (Lewis et al., 2000). Ainsi, ils présentent une réduction importante de poids et une docilité plus importante. Au niveau neuropathologique, une gliose est présente dans la moëlle épinière et 48 % des neurones moteurs dégénèrent. Les neurones en DNF présentent des filaments de protéines Tau hyperphosphorylées analogues à ceux retrouvés dans la MPi et la CBD. Par ailleurs, l’analyse plus poussée de ces souris a montré que l’état de phosphorylation des protéines Tau mutantes est directement corrélé avec l’apparition des filaments et augmente avec l’âge de l’animal (Sahara et al., 2002).

Dans le second modèle, la mutation P301L est exprimée sur l’isoforme la plus longue de Tau (2+3+10+) sous le contrôle du promoteur Thy1-2. L’expression du transgène est alors forte dans les neurones corticaux et hippocampiques (Götz et al., 2001). Elle s’accompagne d’une translocation de Tau hyperphosphorylées du comportement axonal vers le somatodendritique, d’une astrocytose et d’une apoptose neuronale. La formation de filaments droits ou tortueux de 15 nm de Tau hyperphosphorylées (AT100, AT8, AT180 et TG3) a été notée dans les neurones en DNF. Il est important de noter que les différences de phénotype observées entre ces deux lignées sont sans doute dues aux isoformes de Tau utilisées et aux promoteurs différents.

Enfin, une dernière lignée de souris transgénique a été générée et exprime une protéine Tau mutée en G272V, P301L et R406W sous le promoteur Thy1 (Lim et al., 2001). Le transgène est alors exprimé fortement dans les neurones corticaux et hippocampiques et entraîne la formation de filaments de Tau hyperphosphorylées qui s’accompagne d’une dysfonction lysosomiale. Les auteurs suggèrent que les modifications de Tau apportées par ces mutations peuvent provoquer des anomalies lysosomiales similaires à celles retrouvées dans la maladie d’Alzheimer.

L’ensemble des modèles murins exprimant des protéines Tau mutées présentent donc des neurones en DNF caractéristiques des Tauopathies. Les différences obtenues entre ces modèles (âge d’apparition de la pathologie, symptômes différents, répartition des lésions…) peuvent être dues aux mutations de la protéine et aux promoteurs utilisés. Toutefois, ces modèles montrent que le simple fait de surexprimer des protéines Tau mutantes chez la souris est suffisant pour entraîner l’agrégation des protéines Tau et la dégénérescence neuronale. De plus, il est important de noter que les protéines Tau agrégées sont hyperphosphorylées et que certaines kinases semblent être impliquées dans cette augmentation de la phosphorylation.

III.3.4 : Modèles kinasiques et phosphatasiques.

III.3.4.1 : Modélisation physiologique de la phosphorylation anormale et/ou de l’agrégation pathologique des protéines Tau.

Certaines études sur des souris non transgéniques ont été menées afin de percevoir si des changements du métabolisme extracellulaire entraînaient la phosphorylation anormale ou l’agrégation pathologique des protéines Tau in vivo. La première consistait à affamer des souris afin de relier le métabolisme du glucose à la phosphorylation des protéines Tau (Planel et al., 2001). En effet, dans la maladie d’Alzheimer, une perturbation du métabolisme du glucose semble être associée à la progression de la pathologie. Chez ces souris affamées, les protéines Tau sont effectivement hyperphosphorylées. Cette hyperphosphorylation semble en outre être associée à une inhibition de PP2A, de Cdk5 et de GSK3b. Les auteurs suggèrent que PP2A joue un rôle clé dans la régulation de l’état de phosphorylation de Tau dans le cerveau (Planel et al., 2001).

Une seconde étude a récemment démontré que des facteurs environnementaux comme la thrombine, une sérine protéase impliquée dans la coagulation sanguine, peut être impliquée dans la formation de la DNF (Suo et al., 2003). En fait, les auteurs observent que des traitements par des doses de l’ordre du nanomolaire de thrombine entraîne l’hyperphosphorylation et l’agrégation de Tau dans les neurones hippocampiques de souris. Ces résultats démontrent un lien possible entre certains cas Alzheimer et des accidents cérébraux vasculaires.

III.3.4.2 : Inhibition des phosphatases.

Différentes stratégies ont été mises en œuvre pour étudier le rôle des « Tau-protéines phosphatases » in vivo. L’acide okadaïque (AO), un puissant inhibiteur des PP1 et PP2A a été utilisé pour induire une hyperphosphorylation de Tau in vivo (Arendt et al., 1998 ; Lee et al., 2000 ; Bennecib et al., 2001). Cette hyperphosphorylation s’accompagne d’une redistribution intracellulaire des protéines Tau, des anomalies du cytosquelette, de la synthèse d’APP et d’une mort neuronale par apoptose. De la même façon, la réduction de l’activité de PP2A chez la souris induit l’hyperphosphorylation et un changement de localisation intracellulaire de Tau hyperphosphorylées. Ces modifications s’accompagnent parfois d’une agrégation de Tau colocalisée avec l’ubiquitine (Kins et al., 2001).
L’inhibition des phosphatases a également été réalisée par injection intraventriculaire d’oligonucléotides antisens dirigés contre la PP2B. Cette inactivation résulte en une augmentation de la phosphorylation de Tau aux sites Thr181 et Thr 231 (Garver et al., 1999). Ces résultats restent toutefois à être validés puisque l’inhibition de PP2B par la cyclosporine A ne modifie pas l’état de phosphorylation de Tau (Gong et al., 2000).

III.3.4.3 : Activation de kinases.

Plusieurs souris transgéniques pour des kinases pouvant phosphoryler Tau ont été développées. La première concerne la sérine/thréonine kinase cMos, une protéine activatrice des MAP kinases. Les animaux présentent une dégénérescence neuronale associée à une augmentation de la phosphorylation de Tau et à une gliose (James et al., 1996).

Une autre kinase a été étudiée avec attention : la GSK3b. Différentes lignées de souris transgéniques exprimant la GSK3 sauvage ou constitutivement active (mutée en S9A) ont ainsi pu démontrer que cette protéine est effectivement une Tau kinase in vivo dans le cerveau (Brownlees et al., 1997 ; Lucas et al., 2001). La surexpression de la GSK3 provoque ainsi l’accumulation somatodendritique de Tau hyperphosphorylées. Cette accumulation est associée à un changement de morphologie des neurones. Une astrocytose et une microglie sont également décrites (Lucas et al., 2001). Pourtant la surexpression de cette kinase in vivo ne forme pas de filaments (Hernandez et al., 2002).

Une dernière kinase a été intensément étudiée : la Cdk5. Alors que le complexe p35/Cdk5 n’a pas d’effet sur Tau in vivo (Van den Haute et al., 2001), les souris transgéniques exprimant p25, la forme tronquée de p35, présentent une forte augmentation de la phosphorylation de ces protéines associée à une désorganisation du cytosquelette neuronal (Ahlijanian et al., 2000). Toutefois, même si une axonopathie et des anomalies de Tau sont effectivement observées, aucun agrégat n’est détecté (Bian et al., 2002).

III.3.5 : Effet synergique de la phosphorylation et des mutations DFTP-17.

Comme nous avons pu le voir auparavant, les mutations DFTP-17 provoquent l’agrégation intraneuronale de protéines Tau hyper et anormalement phosphorylées. Par ailleurs, dans les modèles d’activation de kinases, même si les protéines Tau sont plus phosphorylées et la physiologie des neurones modifiée, aucun agrégat de protéines Tau n’a été observé. Toutefois, la phosphorylation des protéines Tau agit comme un catalyseur de leur fibrillogénèse in vitro (Cf paragraphe II.1.3.3). Afin de déterminer l’impact de la phosphorylation sur l’agrégation de Tau in vivo, différentes expériences ont été menées sur les souris P301L et permettent désormais d’émettre une hypothèse sur les liens existants entre la phosphorylation des protéines Tau, leur agrégation et les dépôts amyloïdes présents dans la maladie d’Alzheimer.

Souris P301L et p25
En effet, une double souris transgénique a été réalisée récemment entre les souris P301L et p25 (Noble et al., 2003). Les protéines Tau apparaissent dès lors plus phosphorylées que dans les souris monogéniques P301L. Les auteurs suggèrent que cette phosphorylation dépendante de Cdk5/p25 libère les protéines Tau des microtubules et favorisent leur fibrillogénèse. De plus, la Cdk5 et la GSK3 actives sont colocalisées avec les filaments de protéines Tau formés. Ces kinases pourraient ainsi participer à la phosphorylation des Tau dans les agrégats préformés. Ce résultat est concordant avec l’analyse neuropathologique où l’on retrouve également ces deux kinases colocalisées avec les agrégats intraneuronaux de Tau dans les maladies neurodégénératives.

Ces résultats sont très intéressants et permettraient d’expliquer deux autres expériences menées pour déterminer les liens de cause à effet entre les dépôts amyloïdes et l’agrégation pathologique des protéines Tau.
En effet, l’établissement d’un lien entre la pathologie Tau et l’amyloïdogénèse est difficile à définir in vivo. Deux études ont pourtant pu émettre l’hypothèse d’une synergie entre ces deux phénomènes. Elles utilisent toutes deux des modèles murins transgéniques pour la protéine Tau portant la mutation P301L. Elles ont ainsi pu établir avec certitude qu’un changement dans le métabolisme de l’APP pouvait conduire à augmenter la DNF. En effet, des études préliminaires sur ces souris montraient que le simple fait de surexprimer la protéine Tau mutante entraînait une DNF et l’agrégation de Tau anormalement phosphorylées. Dans les deux études qui ont suivi, les stratégies consistaient à observer si la présence de plaques amyloïdes ou un changement dans le métabolisme de l’APP pouvaient potentialiser le phénomène agrégatif de Tau et la DNF.

Souris tauP301L, APP Sw

La première étude consistait à croiser deux lignées de souris transgéniques : l’une portant la mutation P301L pour Tau, l’autre, la double mutation suédoise (lys670ÆAsn, Met671ÆLeu) pour l’APP, cette dernière présentant des dépôts amyloïdes extracellulaires. Les doubles souris transgéniques ainsi générées présentaient une quantité beaucoup plus importante de dégénérescence neurofibrillaire, suggérant que la mutation (changeant le métabolisme de l’APP) ou le peptide amyloïde agrégé potentialise la formation de la DNF (Lewis et al., 2001).

Dans la seconde étude, l’équipe a directement injecté le peptide amyloïde 1-42 agrégé dans l’hippocampe de la souris transgénique pour Tau (P301L). Cette stratégie a permis de démontrer une augmentation de la DNF dans certaines régions de projection de l’hippocampe comme l’amygdale (Götz et al., 2001).

Ces deux stratégies différentes ont ainsi pu démontrer le rôle potentialisateur de l’amyloïdogénèse sur la DNF, donc sur l’agrégation des protéines Tau (voir le commentaire dans Lee et al., 2001). Concernant la GSK3, elle pourrait également participer à la fibrillogénèse de Tau par un mécanisme indirect, en favorisant la production de peptide amyloïde. En effet, un traitement à des concentrations thérapeutiques de lithium, un inhibiteur non compétitif de la GSK3, inhibe in vivo la production d’Ab (Phiel et al., 2003).

L’ensemble de ces résultats permet d’étayer l’hypothèse suivante pour les cas familiaux de la maladie d’Alzheimer. Au cours du vieillissement cérébral, une DNF peut se former au niveau hippocampique (Delacourte et al., 1999). Des mutations au niveau de l’APP ou des présénilines provoquent dans le même temps l’apparition de dépôts amyloïdes extracellulaires. Ces agrégats peuvent activer la calpaïne qui va entraîner la conversion p35 en p25 dérégulant par la même l’activité de Cdk5. La phosphorylation accrue de Tau qui en résulte augmenterait sa fibrillogénèse et la DNF (Figure 20). Les dépôts amyloïdes agiraient donc comme catalyseur de la dégénérescence neurofibrillaire dans la maladie d’Alzheimer en agissant sur l’activation de la calpaïne et donc indirectement sur Cdk5/p25. Ceci pourrait expliquer le début plus précoce de cette pathologie dans les cas familiaux en comparaison aux cas sporadiques.
Cette hypothèse est très attractive mais pas forcément exclusive. En effet, deux études récentes ont pu démontrer un rôle de l’a-synucléine ou de la signalisation du NGF dans l’agrégation des protéines Tau ou dans la formation de la DNF et des plaques amyloïdes (Giasson et al., 2003 ; Capsoni et al., 2000 respectivement).