Atypical functions of Tau protein : roles in nucleic acid protection and RNA metabolism

Les tauopathies, dont la maladie d’Alzheimer (MA) est l’exemple le plus connu, sont des maladies neurodégénératives caractérisées par une agrégation intra-neuronale progressive de protéine Tau hyperphosphorylée conduisant inéluctablement à la mort du neurone. De nombreuses études convergent vers une implication du stress oxydant comme l’un des mécanismes précoces à l’origine de la MA. En effet, une accumulation de dommages oxydatifs aux acides nucléiques est observée aux stades précoces de la MA. Cependant, les mécanismes impliqués dans cette altération de l’intégrité des acides nucléiques au cours de la MA restent obscurs. Outre son rôle connu dans la stabilisation des microtubules, Tau est un acteur essentiel de la protection de l’intégrité des acides nucléiques neuronaux. En effet, au sein du laboratoire, il a été récemment montré in vivo que Tau protège l’ADN et l’ARN en condition physiologique ainsi qu’au cours d’un stress hyperthermique. L’hyperthermie est un outil inducteur de stress oxydant. Aucune étude n’a été menée pour examiner l’effet de la pathologie Tau sur la fonction protectrice de Tau vis-à-vis des acides nucléiques (AN).Cette problématique constitue le premier objectif de ma thèse. Pour cela, nous avons utilisé un modèle murin qui développe une agrégation et une hyperphosphorylation progressive de la protéine Tau : les souris THY-Tau22. Nous avons démontré, dans ce modèle, que l’hyperthermie induit des dommages aux AN uniquement dans les neurones présentant une pathologie précoce, à des stades qui précèdent la formation d’agrégats insolubles de Tau. Au sein de ces neurones, ces dommages aux AN induits par l’hyperthermie sont strictement corrélés à la formation d’oligomères de protéines Tau, formes précoces de l’agrégation de Tau. Une association similaire entre la présence d’oligomères de Tau et des dommages oxydatifs a également été mis en évidence dans des cerveaux de patients atteints de la MA. Le pré-traitement de ces souris avec du bleu de méthylène, un inhibiteur de l’agrégation de Tau, prévient la formation de ces oligomères ainsi que les dommages aux acides nucléiques. Ces résultats suggèrent que l’oligomérisation de Tau prévient la fonction protectrice de Tau vis-à-vis des acides nucléiques. Ce travail met également en lumière l’existence d’une fenêtre critique de vulnérabilité de l’ADN et l’ARN au cours de la progression de la pathologie.Dans le deuxième volet de ce manuscrit, nous nous sommes concentrés sur la relation entre la protéine Tau et l’ARN. Bien que l’interaction de Tau avec l’ARN soit connue depuis une vingtaine d’années, la fonction de cette interaction reste obscure. Notre hypothèse est que Tau pourrait être impliquée dans le métabolisme des ARN. Par stratégie TAP-tag, des partenaires protéiques de Tau ont été purifiés. Parmi eux, la protéine DEAD box protein 6 (DDX6), un acteur du métabolisme des ARN, a été identifiée comme un nouveau partenaire de Tau. DDX6 est une hélicase à ARN impliquée notamment dans la voie de régulation de l’expression génique par les microARN. Ce second projet vise à caractériser, comprendre la fonction de ce complexe ainsi que son impact dans la pathogénèse des tauopathies. Nous avons confirmé l’interaction entre Tau et DDX6 puis identifié les séquences de Tau impliquées dans ce complexe. Nos résultats suggèrent que l’interaction de Tau avec DDX6 stimule l’activité du microARN Let-7a. De manière particulièrement intéressante, des mutations de Tau responsables de formes familiales de tauopathies altèrent l’interaction Tau/DDX6 et abolissent l’effet de Tau sur l’activité du microARN Let-7a. L’ensemble de ces résultats met en évidence un rôle atypique de Tau, non décrit à ce jour, dans la voie de régulation du microARN Let-7a. Cette nouvelle fonction ouvre des perspectives sur le rôle de Tau dans le métabolisme des ARN et suggère un impact de la pathologie Tau sur la régulation de la voie des microARN.Tauopathies are neurodegenerative disorders characterized by a progressive intraneuronal accumulation of hyperphosphorylated Tau leading to neuronal death. The most well-known tauopathy is Alzheimer Disease (AD). Numerous studies suggest that oxidative stress is one of the early mechanisms involved in AD. An increase in oxidative DNA and RNA damage occurs at early stages of AD. The mechanisms underlying the alteration of nucleic acid integrity during the course of AD are unclear. In addition to its well-described role in microtubule stabilization, Tau is an essential player in the protection of neuronal nucleic acid integrity. Indeed, we recently reported that Tau protect DNA and RNA integrity in vivo under physiological and hyperthermic conditions, which is known to be a strong inducer of oxidative stress. However, no study has been conducted to test the effects of Tau pathology on the protective function of Tau. This is the first objective of my thesis.To do that, we used a transgenic Tau pathology mouse model. With age, these mice develop a progressive Tau hyperphosphorylation and aggregation. We demonstrate, in this model, that hyperthermia selectively induces nucleic acid damage in neurons that display early Tau pathology without Tau fibrils. In these neurons, nucleic acid damage is strictly correlated with prefibrillar Tau oligomers. A similar association between prefibrillar Tau oligomers and nucleic acid oxidative damage was observed in AD brains. Pretreatment with Methylene Blue (MB), a Tau aggregation inhibitor reduced hyperthermia-induced Tau oligomerization as well as nucleic acid damage. These results suggest that Tau oligomerization triggers the loss of the nucleic acid protective function of Tau. This study highlights the existence of a critical window of DNA and RNA vulnerability during the progression of Tau pathology.In the second part of this manuscript, we have focused on the relationship between Tau and RNA. It has been reported that Tau bind to RNA. Although this interaction has been known for 20 years, the function of this interaction is still unclear. Based on this observation, we hypothesize that Tau is involved in RNA metabolism. Proteins interacting with Tau have been purified using the tandem affinity purification methodology. Thus, the DEAD box protein 6 (DDX6), known to be an actor of RNA metabolism, has been identified as a new Tau partner. DDX6 is a RNA helicase implicated in miRNA gene silencing mechanism. This project aims to understand Tau-DDX6 complex function in physiological conditions and its impact on tauopathies. We validate the interaction between Tau and DDX6, and identify Tau sequences involved in the interaction. Our results suggest that Tau-DDX6 complex enhance Let-7a activity. Interestingly, Tau mutations involved in inherited tauopathies impair Tau-DDX6 interaction and abolish the effect of Tau on Let-7a activity. All these results highlight a new and atypical function of Tau in microRNA pathway. This undescribed function offers promising prospects for the role of Tau in RNA metabolism and suggest a potential impact of Tau pathology on regulation of microRNA pathway