Depuis la description de la DNF par Alois Alzheimer, de nombreux travaux ont été menés pour déterminer la structure ainsi que la nature moléculaire des lésions. Les premières expériences menées en microscopie optique ont montré des fibres envahissant la quasi-totalité du cytoplasme de la cellule (figure 3). De manière intéressante il a très vite été décrit que ces fibres sont visibles après imprégnation argentique ainsi qu’après marquage au rouge congo ou à la thioflavine mettant en évidence des structures en feuillets beta plissés (Kidd, 1963; Gallyas, 1971; Braak et al, 1986; Guntern et al, 1992). En parallèle, des études de microscopie électronique ont permis de visualiser l’ultrastructure de ces fibres et de déterminer que globalement dans la MA, les fibres sont le plus souvent des filaments appariés en hélices parallèles (PHF pour Paired Helical Filaments en Anglais) (Kidd, 1963). Dans certains cas, des filaments droits sont retrouvés en complément (Crowther, 1991; DeTure et
al, 2002b ; figure 3). Ces deux types de structures sont également retrouvées dans d’autres
tauopathies avec d’autres types de filaments comme des filaments droits larges, ou des tubules torsadés (Bugiani et al, 1979). Il semble que ces différents phénotypes s’expliquent par des différences de charges de certains résidus du domaine de liaison aux microtubules de la protéine Tau (DeTure et al, 2002b).
Après avoir déterminé que la protéine Tau est le principal composant de ces fibres (Brion et al, 1985; Grundke-Iqbal et al, 1986b), certaines études se sont intéressées à la structure moléculaire de ces fibres notamment pour comprendre pourquoi et comment, une protéine extrêmement soluble et non ordonnée comme Tau est capable de former des structures fibrillaires très ordonnées telles que les PHF.
C+,(9;1),*9+!D!EF4G*,(&!"!
! #7!
Dans un premier temps, certaines études se sont intéressées à la présence de partenaires potentiels à l’origine de l’agrégation de la protéine Tau. Pour se faire, les auteurs ont utilisé des traitements à la pronase pour séparer les protéines à l’extérieur des PHF du cœur des fibres (PHF core en Anglais). L’analyse a mis en évidence que le cœur des fibres est composé de protéines Tau mais seulement d’une séquence particulière du domaine de liaison aux microtubules montrant pour la première fois le rôle clef de ce domaine dans l’agrégation de Tau (Wischik et al, 1988b; 1988a; Goedert et al, 1988). En effet, certaines études ont, par la suite, analysé la séquence en acides aminés de Tau et ont mis en évidence dans le domaine de liaison aux microtubules deux hexapeptides localisés dans les seconde et troisième séquences répétées: 275VQIINK280 et 306VQIVYK311. Ces peptides interviennent dans le processus d’auto-agrégation des protéines Tau notamment en favorisant la formation de structures ! locales (Bergen et al, 2000; 2001; Mukrasch et al, 2005). Ces résultats ont été confirmés par différentes méthodes biochimiques montrant un réel changement de structuration secondaire des protéines Tau qui ont une proportion significative de structures ! quand elles sont fibrillaires alors qu’en solution, ce nombre est négligeable (Berriman et al, 2003; Barghorn et al, 2004; Inouye et al, 2006). Certains auteurs ont alors proposé un modèle Figure 3 : L’agrégation de Tau : de la dégénérescence neurofibrillaire aux fibres. A- Dessins originaux de dégénérescence neurofibrillaire par Alois Alzheimer. D’après (Jellinger, 2006) B- PHF vu en microscopie électronique (D’après (Mandelkow et al, 2007)). C- Filament droit observé en microscopie électronique (d’après (Crowther, 1991))
Figure 3: Tau aggregation: from neurofibrilary degeneration to fibers. A- Original drawings
of neurofibrilary degeneration by Alois Alzheimer. From (Jellinger, 2006). B- PHF observed in electronic microscopy (from (Mandelkow et al, 2007)). C- Straight filaments observed in electronic microscopy (from (Crowther, 1991)).
de fibres avec un cœur constitué du domaine de liaison aux microtubules arrangé en feuillets β parallèles, les parties amino- et carboxy- terminales des protéines restant désordonnées en périphérie ce qui est visualisé par un manteau flou en microscopie électronique (figure 4, Sillen et al, 2005). Au vu de la difficulté d’effectuer des études structurales complètes sur la protéine Tau ce modèle n’a pas été à ce jour confirmé de manière conclusive.
Il semble donc exister un changement de conformation secondaire dans la protéine Tau quand elle s’agrège. Le développement d’outils immunologiques permettant l’étude de la protéine Tau et des PHF comme les anticorps TG-3, MC-1 ou Alz-50 nous a montré qu’un changement de la conformation globale de la protéine intervient avec la pathologie (Jicha et
al, 1997b; 1997a). En effet, les anticorps MC-1 et Alz-50 reconnaissent un épitope résultant
de l’interaction de la partie N-terminale de Tau avec le domaine de liaison avec les microtubules (Résidus 5-9 et 313-322 de la protéine Tau) (Jicha et al, 1997a). Ces anticorps sont spécifiques de la pathologie Tau ce qui suggère que cette interaction est stable et confirme qu’un changement conformationnel a lieu au sein de la protéine Tau. Mukrasch et collaborateurs ont de plus montré que l’interaction de la partie amino-terminale et du domaine de liaison aux microtubules en solution est rare et très dynamique (Mukrasch et al, 2009). Il est difficile à ce jour de savoir si ce changement conformationnel intervient avant le processus d’agrégation ou s’il en est une conséquence même si certains résultats récents suggèrent que l’épitope MC1 apparaît après les premières étapes d’agrégation (Holmes et al, 2014).
Il apparaît donc à la vue de l’ensemble de ces résultats que la protéine Tau peut être considérée comme une protéine amyloïde même si cette notion est régulièrement sujette à débat. En effet, dans sa forme agrégée, elle forme des fibres insolubles visibles en microscopie électronique, ces agrégats sont de plus congophiles et possèdent une conformation en feuillets β plissés ce qui est la caractéristique des amyloïdes (Mandelkow et
al, 2007; Liberski, 2014).
Les mécanismes expliquant ces changements structuraux majeurs sont particulièrement méconnus mais il apparaît que la protéine Tau subit des modifications post- traductionnelles anormales lors des tauopathies.
C+,(9;1),*9+!D!EF4G*,(&!"!
! #"!