La production des peptides Aβ a été évaluée dans les fibroblastes MA avant reprogrammation, dans les iPSC non différenciées et enfin les dérivés neuronaux correspondants. Les études semblent suggérer un métabolisme Aβ propre à chaque type cellulaire.
Pour les formes familiales APPdp et PS1, une altération du métabolisme est déjà observée dans les fibroblastes (Israel et al., 2012; Liu et al., 2014). En revanche, les lignées iPSC APP-E693Δ et APP-V717L ainsi que les lignées sporadiques existantes ne montrent aucune différence du taux de sécrétion des peptides par rapport aux contrôles (Israel et al., 2012; Kondo et al., 2013). Dans les lignées PS1-A246E et PS2-N141I (Yagi et al., 2011), la sécrétion d’Aβ dans les milieux conditionnés des iPSC est très faible et la sécrétion de Aβ42 en particulier se situe en dessous du seuil de détection (Méthode ELISA). D’autre part, dans les iPSC APPdp, Israel et son équipe observent de manière logique une augmentation d’ARNm de l’APP dans les cellules due à la duplication du gène de l’APP, ainsi qu’une augmentation des niveaux des peptides Aβ40 sécrétés (multipliés par deux). En revanche, le ratio Aβ42/Aβ40 ne diffère pas des cellules contrôles. C’est à l’heure actuelle la seule publication mettant en avant une modification de la sécrétion Aβ dans les iPSC MA non différenciées. Toutefois, il semblerait que dans la majorité des cas aucune modification du métabolisme Aβ ne soit observée dans les cellules souches pluripotentes induites de patients.
La sécrétion des peptides a été étudiée dans les neurones obtenus après différenciation des iPSC. L’évaluation des taux des peptides Aβ varie selon les études. Si certaines études rapportent les taux des peptides Aβ en intra- et extra-cellulaire toutefois la plupart ne mesure la sécrétion des peptides que dans le milieu conditionné, soit en extra-cellulaire. Un autre aspect différencie également les données de la littérature, comme par exemple les paramètres temporels des analyses tels que la durée de culture avant le recueil des échantillons pour l’analyse de la sécrétion extra-cellulaire (24, 48 ou 72h de culture) ou encore le stade choisi lors de la différenciation des neurones. La majorité des études sont réalisées sur des neurones dits « matures » mais les stades de différenciation sont difficilement comparables : deux ou trois semaines après différenciation neuronale pour certains (Israel et al., 2012; Liu et al., 2014; Yagi et al., 2011), 72 ou 100 jours de culture pour d’autres (Kondo et al., 2013; Muratore et al., 2014) ou encore à 4 et 14 jours (Maloney et al., 2014). Deux des dernières publications parues s’intéressent toutefois aux progéniteurs neuraux (PN) afin d’évaluer l’impact de la mutation PS1 à un stade précoce avant la différenciation en neurones (Liu et al., 2014; Sproul et al., 2014). En effet, comme nous l’avons déjà évoqué, la neurogenèse et les PN sembleraient être affectés dans plusieurs modèles de la MAF (Mu et Gage, 2011; Sproul et al., 2014).
S’il peut paraître difficile de comparer toutes les données générées dans les différentes études, celles-ci permettent toutefois d’évaluer à l’échelle cellulaire les conséquences physiopathologiques des formes familiales et sporadiques de la maladie d’Alzheimer. Si on regarde de plus près les taux intra et extra-cellulaires des isoformes majeures Aβ40 et Aβ42, aucune différence dans la production totale des peptides Aβ (Sproul et al., 2014) ainsi que dans les taux des peptides Aβ40 n’a été détectée dans les neurones possédant une mutation de la PS1 ou de PS2 dans les études de Duan et al., 2014, Liu et al., 2014, Mahairaki et al., 2014, Sproul et al., 2014 et Yagi et al., 2011, par rapport aux iPSC contrôles. Une fluctuation des niveaux des peptides Aβ a néanmoins été observée au cours de la différenciation des neurones PS1 et PS2 de l’étude de Yagi et al. Les résultats obtenus dans les neurones porteurs de mutation sur la protéine APP sont en revanche plus disparates. Comme attendu, les modifications de la sécrétion Aβ ne sont pas comparables en fonction des mutations. En effet, les neurones APP V717L ne montrent pas de différence dans les niveaux de peptide Aβ40 par raport à des neurones contrôles, alors que les taux d’Aβ42 et d’Aβ38 sécrétés augmentent. De plus, le ratio sAPPα/sAPPβ diminue en raison de l’augmentation de la production des sAPPβ, suggérant une réelle altération du métabolisme de l’APP dans ces cellules.
Les neurones APP A673V et APPDp (duplication de l’APP) (Israel et al., 2012) présentent, quant à eux, une augmentation de ce peptide majoritaire dans le milieu extra cellulaire. A l’inverse, les neurones APP E693Δ et APP A673T (low-frequency
variant, mutation dite ‘protectrice’) présentent une diminution des taux extracellulaires
de celui-ci. Il en est de même pour la sécrétion du peptide Aβ42, dont les tendances sont corrélées à celles du peptide Aβ40 pour ces trois études. Il est important de souligner toutefois que les phénotypes cellulaires associées aux mutations APP E693Δ et APP A673T sont singuliers car ils représentent des cas atypiques connus de la forme familiale de la maladie d’Alzheimer. En effet, dans le cas d’une mutation APP A673T, la sécrétion globale d’Aβ est diminuée (Aβ40 et Aβ42) ainsi que celle des autres produits de clivages sAPPβ et sAPPα, tandis que la mutation A673V qui est sur le même résidu montre à l’inverse une augmentation de ces marqueurs (Maloney et al., 2014). L’une des analyses couramment effectuée dans la caractérisation des iPSC MA est le calcul du ratio Aβ42/Aβ40 qui fait écho au ratio Aβ42/Aβ40 des peptides dosés dans le LCR des patients lors du diagnostic de la maladie. La majorité des études ayant effectué cette analyse ont retrouvé une augmentation de ce ratio dans les neurones dérivés
d’iPSC, indépendamment de la mutation présente (PS1, PS2, APP V717L) sauf dans l’étude d’Israel et al., portant sur la duplication de l’APP (APP Dp) puisqu’il n’a pas été possible d’effectuer le ratio en raison d’absence de détection Aβ42. De même, dans l’étude de Kondo et al., les neurones APP E693Δ ne montrent aucune différence dans ce ratio par rapport aux cellules contrôles. Toutefois, cette lignée est particulière puisqu’elle correspond à un profil pathologique atypique de la maladie, identifié au Japon. Ces patients présentent les symptômes de la forme familiale mais ne présentent pas de dépôts d’Aβ en extracellulaire d’après les observations en TEP-TDM. Ce phénotype semble être retrouvé dans les neurones dérivés d’iPSC APP E693Δ car les cellules présentent une diminution d’Aβ42 et Aβ40 en extracellulaire. Toutefois les niveaux des premiers produits de clivage de l’APP, sAPPα et sAPPβ, ne sont pas altérés dans ces neurones. A l’inverse, des dépôts intracellulaires d’oligomères Aβ sont retrouvés dans les neurones et les astrocytes, et en particulier dans des organelles spécifiques tels que le réticulum endoplasmique, les endosomes précoces et les lysosomes.