Étude in vivo et mode d'action de molécules de structure polyamino biarylique sur les processus physiopathologiques de la maladie d'Alzheimer

In the brains of Alzheimer’s disease (AD) patients, two types of lesions coexist: parenchymal deposits formed by amyloid peptide (Aβ) aggregates and intraneuronal aggregation of abnormally hyperphosphorylated Tau proteins. Aβ peptides are derived from the sequential cleavage of the APP protein by two enzymes, β-secretase and γ-secretase. The vast majority of molecules in clinical trials currently targets one or the other of the two pathologies, and AD is defined by the co-existence of these two lesions. Thus, several studies suggest a synergistic link between the two lesional processes, and a treatment acting on both amyloid pathology and Tau pathology would then appear as a highly interesting therapeutic strategy. At the crossroads of these two pathologies is the regulation of protein homeostasis, thanks to the endosome/lysosome system in particular. Several families of chloroquine-derived molecules developed in our laboratory act on this endosome/lysosome system, which is essential for the metabolism of the Aβ precursor protein (APP) and the metabolism of Tau protein. A structure-activity relationship-based study of these families of molecules has been carried out, and two molecules, named MAGS and PEL, that share a β-secretase modulating effect associated or not to a lysosomotropic activity in vitro have been identified. In terms of chemical structure, MAGS and PEL only differ by a single nitrogen atom. These molecules showed an in vitro ability to inhibit Aβ peptides production. Identifying which one among several in vitro pharmacological activities is necessary for the desired in vivo efficiency is essential for further drug development against AD pathophysiological processes. First, this work demonstrated that the lysosomotropic activity was not essential for the effectiveness of our molecules in vivo, and that a curative treatment with the molecule PEL restored the cognitive functions, decreased Tau hyperphosphorylation and neurofibrillary degeneration in a mouse model of hippocampal Tau pathology. Secondly, the molecule PEL also led to the complete restoration of short- and long-term memory as well as decreased Aβ peptide pathological aggregation into amyloid plaques in a murine model of amyloidosis. Finally, we were able to identify several pathways on which the molecule PEL could act, including neuroinflammation and particularly astrogliosis, which was significantly decreased in the two AD mice models we used, along with the protein PP2AC, the main phosphatase of Tau, whose expression was increased following treatment with PEL. An increase in the protein regulating the endosomal trafficking of the β-secretase, GGA1, was also found. This work brings new elements to the understanding of the activity of our molecules and suggests that beyond the modulation of the β-secretase activity, PEL has an impact on astrogliosis and the inflammatory response.Dans le cerveau des malades atteints de la maladie d’Alzheimer (MA), deux types de lésions coexistent : les dépôts parenchymateux formés d’agrégats de peptides amyloïdes (A) et l’agrégation intra-neuronale de protéines Tau anormalement et hyperphosphorylées. Les peptides Aβ sont issus du clivage séquentiel de la protéine précurseur du peptide amyloïde (APP) par deux enzymes, la β-secrétase et la γ-secrétase. En grande majorité, les molécules actuellement en essais cliniques ciblent l’une ou l’autre des deux pathologies, or la MA se définit par la co-existence de ces deux lésions. Ainsi, plusieurs études suggèrent un lien synergique entre les deux processus lésionnels, et un traitement qui agirait à la fois sur la pathologie amyloïde et sur la pathologie Tau apparaîtrait alors comme une stratégie thérapeutique de grand intérêt. Au carrefour de ces deux pathologies se trouve la régulation de l’homéostasie protéique faisant appel notamment au système endosome/lysosome. Plusieurs familles de molécules dérivées de la chloroquine issues du laboratoire agissent sur ce système endosome / lysosome essentiel au métabolisme de l’APP et au métabolisme de la protéine Tau. Une étude de la relation structure-activité de ces familles de molécules a été réalisée, et deux molécules, nommées MAGS et PEL, qui partagent un effet modulateur de la β-secrétase associé ou non à une activité lysosomotropique in vitro ont été identifiées. En termes de structure chimique, MAGS et PEL diffèrent uniquement par un atome d'azote. Ces molécules ont montré une capacité in vitro à bloquer la production de peptides Aβ. Identifier laquelle parmi plusieurs activités pharmacologiques in vitro est nécessaire pour obtenir l’efficacité désirée in vivo est essentiel pour la poursuite du développement de médicaments contre les processus physiopathologiques de la MA. Premièrement, ce travail a permis de démontrer que l’activité lysosomotropique n’était pas essentielle à l’efficacité de nos molécules in vivo, et qu’un traitement curatif avec la molécule PEL permettait de restaurer les fonctions cognitives, de diminuer l’hyperphosphorylation de Tau et la dégénérescence neurofibrillaire dans un modèle murin de pathologie Tau hippocampique. Deuxièmement, la molécule PEL a également permis une restauration complète de la mémoire à court et long-terme ainsi que la diminution de l’agrégation pathologique du peptide Aβ en plaques amyloïdes dans un modèle murin d’amyloïdogenèse. Enfin, nous avons pu mettre en évidence plusieurs voies sur lesquelles la molécule PEL pourrait agir, notamment la composante inflammatoire et en particulier l’astrogliose dont la diminution significative a été constatée dans les deux modèles murins étudiés, ainsi que la protéine PP2AC, principale phosphatase de Tau, dont la synthèse a été augmentée consécutivement au traitement avec PEL. Une augmentation de la protéine régulatrice du trafic endosomal de la β-secrétase, GGA1, a également été observée. Ce travail apporte des éléments nouveaux pour la compréhension de l’activité de nos molécules et suggère qu’au-delà de la modulation de l’activité -secrétase, PEL possède une action sur l’astrogliose et la réponse inflammatoire