Rôles connus ou supposés des peptides amyloïdes

Le peptide Aβ est produit en conditions physiologiques normales (Haass et al., 1992; Shoji et al., 1992), aussi bien par des cellules neuronales que non neuronales (Araki et al., 1994). Cependant cette production « normale » ne dépasse pas des concentrations de l’ordre du nanomolaire. A ces concentrations, le peptide Aβ1-40 possède des propriétés neurotrophiques quand il est appliqué sur des cultures de cellules hippocampiques de rat. Mais, dès qu’une concentration de 40 nM est atteinte, le peptide devient toxique (Yankner et al., 1990). Cependant, d’autres études ont montré que le peptide Aβ1-40 conserve son activité protectrice jusqu’à des concentrations de 20µM tant qu’il reste à l’état de monomère (Zou et al., 2003).

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Il a été montré que le peptide Aβ1-40 inhibe l’oxydation des lipoprotéines dans le liquide céphalorachidien et le plasma (Kontush, 2001). Ces données semblent confirmées par Zou et collaborateurs qui ont montré un effet antioxydant de l’Aβ1-40 (Zou et al., 2002).

Un autre aspect protecteur du peptide Aβ1-40 serait lié à sa capacité à inhiber la formation de fibrilles d’Aβ1-42 : cette propriété a été démontrée in vitro en 1999 (Hasegawa et al., 1999). Une autre étude a montré que le peptide Aβ1-40 interagit directement avec Aβ1-42 et bloque son changement de conformation en feuillets β, une étape essentielle dans la formation de fibrilles. Les effets protecteurs de l’Aβ1- 40 sur la toxicité induite par Aβ1-42 ont été confirmés sur des cellules en culture et in vivo (Zou et al., 2003). Très récemment, Jan et collaborateurs ont montré que le ratio 40/42 conditionne directement les capacités anti-agrégantes de l’Aβ 40. De plus, ils montrent que l’Aβ40 limite non seulement l’agrégation de l’Aβ42 monomérique, mais bloque également la maturation de protofibrilles d’Aβ42 en fibres matures (Jan et al., 2008).

b. Quelle toxicité ? Pour quels peptides ?

Si les effets protecteurs de l’Aβ1-40 sont controversés, la plupart des études qui ont mis en évidence ses effets toxiques ont été réalisées avec des doses élevées de peptides (supérieures au µM). Or, si l’utilisation de ces doses se justifient au regard de la pathologie, elles ne sauraient rendre compte d’un effet physiologique normal de l’Aβ1-40. Si dans certaines zones du cerveau de patients atteints de la maladie d’Alzheimer, il est fréquent de retrouver des doses de peptides amyloïdes de 1.5µg/g alors que les doses mesurées aux mêmes endroits à l’intérieur des cerveaux de patients sains sont mille fois moindres (env. 2ng/g) (Russo et al., 2002a).

Il est clair que l’ensemble des effets protecteurs de l’Aβ1-40 est lié au peptide sous sa forme monomérique ; aussi, si le peptide est employé à des doses trop élevées, il est susceptible de former des oligomères, des protofibrilles puis des

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fibrilles. Sous forme d’oligomères ou de fibrilles, le peptide Aβ1-40 est toxique, même si les agrégats de peptides 1-40 sont moins toxiques que les agrégats de peptides 1-42 (Zou et al., 2003).

L’Aβ42, utilisé à 100 nM sur des cellules en culture, provoque une mort cellulaire par apoptose. En effet, dans une étude datée de 1996, Paradis et collaborateurs ont mis en évidence une augmentation de la protéine pro- apoptotique Bax et une diminution concomitante de Bcl-2, ce qui tend à impliquer la voie mitochondriale (Paradis et al., 1996).

L’accumulation intracellulaire d’Aβ42, provoque un déclenchement de l’apoptose dépendante de p53 (Ohyagi et al., 2005). Il est intéressant de noter que l’augmentation du calcium intracellulaire se traduit par une hausse de la production d’Aβ42 intracellulaire, suivi d’une mort cellulaire importante (Pierrot et al., 2004).

La toxicité de la forme Aβ1-42 pourrait, d’autre part, être directement liée à ses capacités d’agrégation. En effet, les cinétiques d’agrégation de l’Aβ1-40 et de l’Aβ1-42 sont très différentes, ce dernier s’agrégeant beaucoup plus vite ; la formation des oligomères d’Aβ42 s’en trouverait donc accélérée.

De toutes les formes de peptides amyloïdes, les espèces d’Aβ tronquées en N- terminal sont les plus toxiques. En particulier, les effets toxiques des formes tronquées, débutant en 3 par un pyroglutamate, sont désormais bien établis (Russo et al., 2002b). Ces formes sont les premières à s’agréger (Iwatsubo et al., 1994; Tekirian, 2001), participent à la formation de lésions précoces (Lalowski et al., 1996) et sont l’un des principaux composants des plaques séniles (Harigaya et al., 2000; Kuo et al., 1997; Miravalle et al., 2005). Cependant, il semble que se soit sous leurs formes d’oligomères solubles qu’elles présentent leur maximum de toxicité. L’injection intracérébroventriculaire d’oligomères d’Aβ3(pE)-42 se traduit par des troubles de l’apprentissage et de la mémoire. Parallèlement, le traitement de cultures de neurones corticaux avec ces mêmes oligomères induit une mort

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cellulaire directement dépendante de la dose employée (Youssef et al., 2008). L’utilisation d’oligomères d’Aβ1-40 et 1-42 dans les mêmes conditions a également montré un effet toxique mais toutefois moins important (Youssef et al., 2008). L’effet toxique observé, dans cette étude, est directement lié à un stress oxydatif et une activation des caspases 3 et 9 ce qui se traduit par une mort cellulaire par apoptose.

Le rôle des formes tronquées en position 3 semble donc extrêmement important dans le développement de la maladie d’Alzheimer. De plus, si la quantité globale d’Aβ retrouvée dans le tissus cérébral n’est jamais corrélée avec les déficits cognitifs, la quantité de formes 3(pE)-42 est, elle, en revanche, fortement corrélée avec leur sévérité.

c. Monomères, oligomères et plaques.

La formation des plaques séniles est progressive. Les peptides amyloïdes monomériques vont d’abord s’assembler en oligomères, puis ceux-ci vont s’associer en protofibrilles, qui devenues fibrilles formeront les plaques.

Les formes monomériques ne présentent, en résumé, que peu ou pas de toxicité voire, dans le cas de l’Aβ40, un phénotype protecteur. Cependant, dès lors qu’un certain seuil est atteint, non seulement le peptide 1-40 perd ses capacités protectrices, mais il devient toxique. Or, ces doses sont, dans chacune des expériences qui ont démontré un rôle toxique des Aβs solubles, largement dépassées.

Les oligomères sont l’entité qui semble porter le maximum de toxicité et induire les principaux troubles (stress oxydatif, réponse calcique anormale, …) qui vont contribuer à la dégénérescence neuronale.

Les protofibrilles et fibrilles qui sont ensuite formées par l’assemblage des oligomères semblent présenter, elles aussi, une toxicité bien qu’une étude récente ait montré l’effet « positif » d’une mutation impliquée dans des cas de formes

Figure 7 : Formation des plaques séniles.

Représentation schématique de la formation des plaques séniles et description des toxicités attribuées aux différentes espèces intermédiaires.

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familiales de la maladie. Ces résultats étranges montrent, en fait, que la mutation « Artic » E22G confère au peptide AβE22G la capacité de former des fibrilles beaucoup plus rapidement que le peptide sauvage, in vitro. Aussi, les modèles de souris transgéniques qui surexpriment la βAPP humaine « E22G » présentent une quantité de plaques nettement plus élevée que les souris transgéniques surexprimant la βAPP humaine sauvage mais, paradoxalement, des déficits cognitifs comparables voire plus faibles (Cheng et al., 2007). Ces expériences montrent indirectement que les plaques séniles ne sont pas l’entité la plus toxique.

Les dépôts diffus sont présents chez le sujet adulte sain et ne sont entourés que de microglie quiescente, alors qu’à l’inverse les plaques séniles sont, elles, entourées à plus de 80% de microglie activée. Ceci semble indiquer que la microglie joue un rôle direct dans l’homéostasie des plaques, comme le font les macrophages dans des cas d’amyloïdoses au niveau périphérique.

Des études ont postulé que les plaques séniles pourraient jouer le rôle de mécanisme de « détoxification », en séquestrant les formes les plus dangereuses que sont les oligomères et les protofibrilles. La séquence d’agrégation des peptides amyloïdes est présentée figure 7.

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