Modélisation et étude des mécanismes moléculaires de la dégénérescence neurofibrillaire : vers la compréhension d'une mort neuronale liée à la dysfonction des protéines Tau

In 1907, Aloïs Alzheimer presented the clinical and neuropathological characteristics of a neurodegenerative disorder that was later named Alzheimer's Disease. This pathology is mainly characterized by two histological lesions called Amyloïd deposits and Neurofibrillary Degeneration. On the one hand, Amyloïd deposits are localized at the outside of neurons and are constituted of Amyloïd- peptide aggregates. On the other hand, neurodegenerating neurons display aggregates called NFTs for "Neurofibrillary Tangles" which are composed of Paired Helical Filaments of hyperphosphorylated and abnormally phosphorylated Tau proteins. These Tau aggregates are also found in a group of dementia so called "Tauopathies". This kind of observation leds to the hypothesis that NFTs are a central event in the degenerating process. However, even if aggregated Tau is always hyperphosphorylated and abnormally phosphorylated, the question of whether the phosphorylation alone or in combination with additional cofactors is involved in Tau aggregation and neuronal death is not well elucidated yet. To investigate this relationship, we developed cellular and mice models based on the overexpression of Tau protein bearing pathological mutations which are known to trigger Tau aggregation in several inherited dementia. The analysis of transgenic mice shows an increased Tau pathology with aging. This pathology displays the main features of NFTs observed in AD (Tau Hyperphosporylation, Tau abnormal phosphorylation and Tau aggregation). Moreover, the lack of motor deficits has allowed us to perform cognitive tests and to discover spatial memory deficits in these transgenic mice. However, overexpression of Tau mutants in neuronal-like cell lines induces some conformational changes associated to a specific Tau phosphorylation pattern without formation of NFTs like aggregates. We also undertook studies of a cellular model, based on the overexpression of p25 which induces a deregulated Cdk5 kinase activity which is associated with abnormal Tau phosphorylation. However, in the same manner, we did not see any Tau aggregation in this cellular model. Altogether, these data suggest that in our cellular models, neither the abnormal phosphorylation nor pathological mutations alones are able to trigger Tau aggregation. Additional events are likely needed to induce NFTs formation. In this way, we hypothesized that some cellular pathways including Tau dephosphorylation and Tau degradation ways could be involved in our cellular model to avoid Tau aggregation. Hence, a decrease in efficiency of such systems with aging could participate in the NFTs formation process in humans and in transgenic mice models. Studies of these "protective systems" in our models could represent interesting perspective of research for the understanding of AD and Tauopathies physiopathology.En 1907, Aloïs Alzheimer publiait, pour la première fois, la description des deux lésions histologiques caractéristiques observées dans le cerveau d'une patiente âgée de 56 ans et atteinte d'une démence présénile qui, par la suite, sera dénommée Maladie d'Alzheimer (MA). Ces deux lésions correspondant à l'accumulation de matériel protéique présentent des caractéristiques différentes de par leur contenu protéique et leur localisation. Ainsi, on distinguera, d'une part, les dépôts amyloïdes, caractérisés par l'accumulation, dans le milieu extracellulaire, d'un peptide appelé peptide amyloïde- . D'autre part, on observera une lésion intra-neuronale appelée dégénérescence neurofibrillaire (DNF) qui correspond à l'accumulation de protéines Tau qui sont retrouvées hyperphosphorylées, anormalement phosphorylées et agrégées sous la forme de structures fibrillaires hélicoïdales singulières appelées PHFs pour " Paired Helical Filaments ". Notre laboratoire s'intéresse tout particulièrement à cette lésion qui est au cœur du processus dégénératif de la MA et d'un ensemble de pathologies démentielles appelées " Tauopathies ". Cependant, si la dérégulation de phosphorylation de Tau semble être au cœur du processus dégénératif de ces pathologies, le rôle exact de celle-ci et les mécanismes mis en jeu restent encore mal connus. Ce travail, se place ainsi dans le cadre général de la recherche des mécanismes moléculaires impliqués dans la mort neuronale liée à Tau et de l'étude de la signification et du rôle de la dérégulation de la phosphorylation de Tau dans son agrégation et au cours de la mort neuronale. Afin de répondre à ces objectifs, nous avons entrepris l'étude de modèles permettant de moduler soit l'état de phosphorylation de Tau par le biais du complexe kinasique p25/Cdk5 soit de moduler le caractère agrégatif de Tau par l'utilisation de mutations pathologiques de Tau connues chez l'homme pour mener à son agrégation et à des syndrômes démentiels (Démences Fronto-Temporales avec syndrôme Parkinsonien liées au chromosome 17). De plus, notre travail a permis la caractérisation d'un modèle in vivo de DNF présentant l'ensemble des caractéristiques de la pathologie Tau observée au cours de la MA. Ce modèle, en raison de l'absence de troubles moteurs, a permis de réaliser des études comportementales, montrant l'existence de troubles de mémoire spatiale chez ces souris. En parallèle à ce modèle pertinent d'un point de vue physiopathologique, le développement et l'analyse d'un modèle cellulaire de type neuronal basé sur la surexpression de protéines Tau mutées ont permis de montrer l'existence de modifications conformationnelles des protéines Tau mutées qui sont associées à un état particulier de phosphorylation. Cependant, dans ce contexte, il apparaît que les mutations, à elles seules ne semblent pas suffisantes pour mener à l'agrégation des protéines Tau sous la forme de PHFs. De plus, l'analyse d'un modèle cellulaire de type neuronal présentant une phosphorylation anormale de Tau ne montre pas non plus l'existence de structures analogues aux PHFs. L'ensemble de ce travail suggère que la phosphorylation anormale ou les mutations de Tau ne sont pas suffisantes pour mener au phénotype pathologique caractéristique de la DNF qui semble nécessiter d'autres événements moléculaires. Nous émettons également l'hypothèse que des voies compensatoires impliquant des systèmes de déphosphorylation des protéines Tau et/ou des systèmes de dégradation protéique pourraient être mis en jeu dans nos modèles cellulaires et être ainsi responsables de l'absence de phénotype pathologique. La diminution d'activité de ces systèmes de compensation au cours du vieillissement chez l'homme et dans les modèles murins pourrait alors concourir à l'apparition de la DNF. Ainsi, l'étude de ces systèmes dans nos différents modèles constitue des perspectives prometteuses pour l'avancée dans la compréhension de l'étiopathologie de la MA et des Tauopathies