Le gène SNCA

SNCA (synuclein alpha) est le premier gène au sein duquel des mutations causales de la MP

ont été identifiées. Son implication dans la maladie a été révélée par Polymeropoulos et al. qui, en

1997, ont identifié au sein d’une famille italienne la première mutation à l’origine de la MP⁷⁴. Cette mutation, mise en évidence par liaison génétique, est une mutation faux-sens à transmission autosomique dominante qui consiste en un remplacement d’une guanine par une adénine au codon 209 (G209A). Cette mutation se traduit au niveau protéique par un changement de l’alanine en position 53 par une thréonine d’où l’appellation mutation A53T. Retrouvée chez des parkinsoniens au sein d’autres familles, cette mutation est absence chez les sujets témoins indiquant que la mutation est associée au phénotype de la MP bien que sa pénétrance ne soit pas totale (85% à 65 ans)⁷⁶. A la suite de cette première découverte, d’autres mutations causales de SNCA ont été

identifiées incluant les mutations A30P, E46K, G51D et H50Q⁷⁷ (figure 10).

Figure 10: Localisation des mutations et des domaines protéiques de l’α-synucléine (d’après Emanuele & Chieregatti, 2015)

L’α-synucléine est caractérisée par la présence de 3 domaines fonctionnels, l’ensemble des mutations causales de la MP se situant dans le domaine d’interaction de la protéine avec les membranes. Elle contient également des acides aminés sérines (S87 et S129) phosphorylables qui ont des fonctions différentes : la phosphorylation de la sérine 129 augmentant la capacité d’agrégation de l’α-synucléine à l’inverse de la phosphorylation de la sérine 87

27 Notre équipe et celle de Singleton avons montré que la surexpression de SNCA étaient responsable de la MP. En effet, des duplications⁷⁸ et triplications⁷⁹ de son locus sont liées à certaines formes génétiques et sont responsables de l’apparition de la MP. Ce gène s’étend sur une portion chromosomique de 117 kb et est localisé sur le chromosome 4q21-23^80,81. Constitué de 7 exons⁸⁰, son expression dans le cerveau conduit à la synthèse d’un transcrit majeur faisant 3,6kb⁸². Initialement décrit comme s’exprimant principalement dans le système nerveux83, l’expression de SNCA est également observée dans les cellules sanguines (plasma, plaquettes, globules rouges et cellules mononucléées) et les cellules épidermiques⁸⁴. Son expression est modulée par plusieurs mécanismes faisant intervenir des polymorphismes génétiques en 5’ et 3’ du gène, des facteurs de transcription ainsi que des facteurs épigénétiques (méthylation, miARNs) et environnementaux (alcool). Le polymorphisme Rep1, correspondant à une succession de répétitions dinucléotidiques à environ 10kb en amont du site d’initiation de la traduction, est associé soit à un risque accru de développer la MP lorsque la région génotypée contenant les répétitions atteint 263pb ou un effet protecteur lorsqu’elle est de 259pb^85,86,87. Rep1 n’est pas le seul polymorphisme permettant de moduler l’expression de SNCA. Il existe des polymorphismes nucléotidiques dans la région 3’UTR (région non traduite de l’ARNm) de SNCA^88,89. Les études d’associations ont également identifié de nombreux polymorphismes dont certains sont capables de moduler l’expression de SNCA. La méthylation au niveau des ilots CpG du promoteur de SNCA ou dans l’intron 1 par la méthyltransférase DNMT1 (DNA (Cytosine-5-)-Methyltransferase 1) induit l’expression de SNCA^{90,91,92,93,94}. Enfin, des facteurs trans régulateurs contrôlent également l’expressions de ce gène ; il s’agit des facteurs de transcription GATA 1 (GATA binding protein 1) et GATA 2 (GATA binding protein 2)^84,95 ainsi que plusieurs micro-ARNs (mimicro-ARNs) tels que miR-153 et miR-7^96,97,98.

L’intérêt pour SNCA dans l’induction de la MP s’est avéré d’autant plus important que ce gène code le constituant majeur des corps de Lewy qui sont retrouvés à la fois chez la majorité des sujets présentant des formes monogéniques et chez les sujets sporadiques représentant ainsi une caractéristique pathologique commune. L’α-synucléine existe sous 4 isoformes protéiques différentes générées par épissage alternatif : l’isoforme de 140kDa majoritaire au niveau cérébral et les isoformes de 126, 112 et 98kDa par exclusion soit de l’exon 3, de l’exon 5 ou les deux respectivement. Tout comme son gène, l’α-synucléine est exprimée à la fois au niveau cérébral où elle représente 1% des protéines cytosoliques totales et dans les cellules sanguines (érythrocytes et plaquettes). Elle est caractérisée par la présence d’au moins 3 domaines fonctionnels : un motif apolipoprotéine dans la région N-terminale, un domaine non amyloïde central et un domaine acide dans la région C-terminale (figure 10). L’extrémité N-terminale s’étend du premier au soixante et unième acide aminé et se caractérise par la présence de 7 motifs répétés de 11 acides aminés dont le

28 cœur est défini par un consensus KTKEGV et semble être impliqué dans la capacité de la protéine à interagir avec les lipides membranaires. L’extrémité C-terminale quant à elle est caractérisée par une haute charge négative, ces deux extrémités étant séparées par la présence d’une région centrale hydrophobique du 61^ème au 95^ème acide aminé : le domaine NAC (non-Ab component)^81,99. Ce dernier est essentiel à l’agrégation et à la formation des corps de Lewy qui s’initie selon un processus de nucléation100 favorisé par la surexpression du gène SNCA ainsi que par les mutations A30P et A53T101, l’augmentation du cytochrome c et du stress oxydant¹⁰² et les modifications post-traductionnelles telles que la phosphorylation de la serine 129, la nitration ou encore la troncation de l’extrémité C-terminale de la protéine. Bien que l’α-synucléine ait longtemps été considérée comme une protéine sans conformation native, son extrémité N-terminale adopte une structure en hélice alpha qui lui confère également sa capacité à se lier à la membrane et favorise son agrégation.

Toutes les modifications génétiques causales de SNCA ne sont pas strictement associées à une MP. Seule la duplication de son locus et la mutation A30P conduisent à un phénotype clinique similaire aux formes sporadiques, à l’exception de l’âge d’apparition des premiers symptômes, plus précoce pour les sujets porteurs d’une duplication^103,104. Ces sujets présentent aussi une dépigmentation de la SNpc ainsi que la présence de corps de Lewy dans la SNpc et autres régions apparentées à la maladie. Les sujets porteurs d’une mutation E46K ont un phénotype plus proche de la DCL de même que les sujets porteurs d’une triplication qui ont également un âge d’apparition des premiers symptômes précoces. Toutefois, l’étude de ce gène, des perturbations induites par ses mutations et de la localisation de la protéine a permis de mieux comprendre les mécanismes pouvant être impliqués dans la MP en éclairant sur les processus cellulaires dans lesquels l’α-synucléine est impliquée.

La première fonction attribuée à l’α-synucléine a été basée sur sa localisation dans la cellule. Retrouvée au niveau des terminaisons pré-synaptiques, elle a été assimilée à un rôle dans la transmission synaptique dopaminergique. Ce rôle a notamment été soutenu d’une part par l’inhibition de l’expression de SNCA qui a montré une inhibition du pool et de la taille des vésicules synaptiques dans les neurones hippocampiques¹⁰⁵, d’autre part par la perte du gène chez des souris qui induit un déficit en dopamine striatale¹⁰⁶ et enfin par la capacité de l’α-synucléine à se lier à la tyrosine hydroxylase, enzyme limitante de la voie de biosynthèse de la dopamine. Cette liaison induite par la surexpression de la forme sauvage ou de la forme mutée A53T inhibe l’activité de la protéine induisant une réduction de la synthèse de la dopamine. L’α-synucléine a également la capacité de se lier au promoteur de la tyrosine hydroxylase pour réguler son expression sachant que cette enzyme a été montrée comme étant diminuée dans le cerveau de MP. L’α-synucléine contribue à l’assemblage du complexe formé par les protéines t-SNARE et v-SNARE qui sont essentielles à la

29 fusion des vésicules synaptiques^107,108. Cette capacité de fusion des vésicule est inhibée par l’agrégation de l’α-synucléine¹⁰⁹. Localisée dans ces vésicules, l’α-synucléine interagit avec les membranes phospholipidiques via son domaine apolipoprotéine¹¹⁰. Cette liaison aux membranes et aux vésicules est abolie par la mutation A30P¹¹¹ corroborant ce rôle de l’α-synucléine dans le trafic vésiculaire et suggérant l’implication du transport vésiculaire dans la maladie.

L’α-synucléine semble également avoir un rôle dans les mécanismes de dégradation protéique ainsi que dans la mitochondrie. En effet, la surexpression de la forme mutée A30P dans des lignées cellulaires PC12 dérivées de phéochromocytome de rat a montré une inhibition de l’activité du protéasome et une augmentation de la sensibilité des cellules à l’apoptose¹¹². L’α-synucléine a été détectée dans le lumen des lysosomes (organite cellulaire impliqué dans la dégradation protéique) traduisant le recrutement de l’α-synucléine dans le lysosome par interaction avec les protéines Hsc70 et LAMP-2A. Ces deux protéines ont des niveaux réduits dans la SN de patients parkinsoniens¹¹³ favorisant l’accumulation d’α-synucléine. Elle co-localise également avec LAMP-2A dans les neurones de souris exposées au paraquat ou surexprimant l’α-synucléine¹¹⁴. Les traitements de cellules avec des inhibiteurs de la mitochondrie tels que la roténone ou le paraquat induit une augmentation de l’expression de l’α-synucléine, augmentation qui est accompagné d’une augmentation de son agrégation dans les neurones de la SNpc de souris exposées à ces inhibiteurs¹¹⁵. Ces inclusions s’amenuisent avec le retour à une fonction mitochondriale basale marquant le lien entre mitochondrie et pathologie de l’α-synucléine. La surexpression de l’α-synucléine dans des souris invalidées pour le gènes PGC-1α a montré une plus forte sensibilité à la toxicité induite par l’α-synucléine chez ces souris (PGC-1α étant une protéine impliquée entre autre dans le contrôle de la morphologie mitochondriale) et est restaurée par la surexpression de PGC1-α¹¹⁶ accentuant le lien entre l’α-synucléine et la mitochondrie.

Enfin l’ α-synucléine joue un rôle majeur dans les synucléinopathies par sa capacité à se propager de cellule en cellule et de propager la pathologie α-synucléine comme l’a proposé Braak. Cette propagation semble s’effectuer selon un mécanisme de types prions puisque des expériences de transplantations ont montré que les cellules saines étaient capables de présenter une agrégation initialement absente.

Ainsi bien que l’α-synucléine soit souvent indiquée comme une protéine dont la fonction n’est pas complètement élucidée, elle intervient dans le trafic vésiculaire, les mécanismes de dégradation protéique, en particulier le lysosome et l’autophagie et est impliquée dans les dysfonctions de la mitochondrie. De plus, elle joue un rôle primordial dans le développement et la propagation des lésions de la MP.

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