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La protéine qui aggrave la maladie d’Alzheimer

28/01/14

Chez des souris atteintes de la maladie d’Alzheimer, la surexpression de la protéine ITPKB entraîne une aggravation de la maladie. De plus, son inhibition dans des neurones de souris en culture limite la production de peptides amyloïdes responsables de la formation des plaques séniles. Le Professeur Stéphane Schurmans, directeur du Laboratoire de Génétique Fonctionnelle au GIGA de l’Université de Liège, révèle le fruit de ses investigations dans une étude publiée dans Brain.

Les gènes détiennent l’information nécessaire à la fabrication des protéines, éléments essentiels à la vie de nos cellules et donc à la vie tout court. Le séquençage d’un gène permet de connaître la composition de la protéine qui y est associée mais pas sa fonction. Or les protéines peuvent avoir une multitude de rôles différents au sein de la cellule puisque l’immense majorité des fonctions cellulaires est assurée par celles-ci. Elles peuvent ainsi jouer un rôle structurel, catalytique, de régulation de la compaction de l’ADN, dans la mobilité de la cellule ou encore dans l’expression des gènes.

Pour étudier la fonction des gènes et des protéines pour lesquelles ils codent, les scientifiques utilisent différentes techniques. « Par exemple pour les enzymes, on peut s’intéresser aux substrats auxquels elles se lient, ou au produit qui découle de la réaction que l’enzyme catalyse mais aussi à la vitesse de cette réaction ou encore tenter de déceler où cette enzyme est exprimée. Toutes ces données permettent d’obtenir des informations sur la fonction de cette protéine », explique  Stéphane Schurmans, Directeur du Laboratoire de Génétique fonctionnelle au GIGA de l’Université de Liège. « Mais le nec plus ultra est de pouvoir étudier la fonction des gènes in vivo, c’est-à-dire au niveau d’un animal entier et vivant » poursuit-il. Et c’est précisément le domaine de recherche de Stéphane Schurmans depuis 1992. Ce dernier modifie génétiquement des souris de laboratoire afin d’obtenir des lignées de souris knock-out pour des gènes ciblés, c’est à dire chez lesquelles un gène particulier est invalidé. Une quinzaine de souris knock-out ont ainsi été générées par le laboratoire.

IHC patients souris AlzheimerDu système immunitaire au système nerveux

En 2003, Stéphane Schurmans et son équipe obtiennent les premières souris knock-out pour le gène ITPKB (Inositol 1,4,5 Triphosphate 3-Kinase B). « Nous avons alors découvert que ces souris présentent un phénotype particulier puisqu’elles n’ont pas de lymphocytes T en périphérie, c’est-à-dire au niveau des ganglions et de la rate », reprend Stéphane Schurmans. Des études complémentaires ont permis de montrer que d’autres cellules du système immunitaire, tels que les lymphocytes B, les neutrophiles, les cellules myéloïdes et les mastocytes, étaient également altérées chez les souris knock-out pour ITPKB. « Ces résultats démontrent l’importance du rôle de l’enzyme ITPKB dans le système hématopoïétique et dans le système immunitaire », indique le chercheur. Ainsi, les souris knock-out pour ITPKB ont, en toute logique, servi à l’étude de la fonction de l’enzyme ITPKB au sein de ces systèmes biologiques.

Mais, en 2006, Stéphane Schurmans prend connaissance d’une étude suédoise et tombe des nues : « les biopsies effectuées chez des patients atteints de la maladie d’Alzheimer au cours de cette étude révèlent la présence d’une quantité particulièrement élevée d’ARN messager d’ITPKB au niveau des tissus prélevés». Une fois remis de ses émotions, Stéphane Schurmans est bien déterminé à creuser la piste du rôle d’ITPKB dans la maladie d’Alzheimer. Il contacte alors le Professeur Jean-Pierre Brion de l’Université Libre de Bruxelles, spécialiste de la maladie d’Alzheimer. « L’idée était de combiner nos deux expertises, la sienne dans le domaine de cette maladie et la mienne dans le domaine de la fonction d’ITPKB et des souris knock-out », explique Stéphane Schurmans.

Plaques séniles et enzyme ITPKB, un lien de cause à effet ?

Ensemble, les deux équipes ont donc décidé d’approfondir la question du rôle d’ITPKB dans la maladie d’Alzheimer. « L’étude suédoise montrait une quantité élevée d’ARNm d’ITPKB chez les patients mais nous voulions vérifier si cela coïncidait avec une quantité plus élevée de protéines ITPKB dans le cortex des patients », explique Stéphane Schurmans. Les échantillons obtenus par le Professeur Jean-Pierre Brion ont permis aux chercheurs de mener à bien ces investigations et de conclure que la protéine ITPKB était elle aussi présente en quantité anormalement élevée dans le cortex des patients atteints de la maladie d’Alzheimer. Au vu de ces résultats très positifs, les scientifiques ont poursuivi leurs travaux afin de déterminer où cette protéine est exprimée. « Les coupes réalisées à partir du cerveau de patients atteints et décédés montrent qu’ITPKB est largement localisée au niveau des prolongements des neurones qui entourent les plaques amyloïdes », révèle Stéphane Schurmans.  Un des signes caractéristiques de la maladie d’Alzheimer est la formation de plaques amyloïdes, également appelées plaques séniles. « Il s’agit d’agrégats extracellulaires formés à partir de peptides amyloïdes qui précipitent et forment des plaques entre les neurones. C’est une des causes de la maladie », reprend le Professeur. En effet, ces plaques séniles empêchent la bonne communication de l’information d’un neurone à l’autre… « Il faut savoir que les neurones qui entourent les plaques séniles sont fortement suspectés de sécréter les peptides amyloïdes », ajoute Stéphane Schurmans.

plaques amyloides

Suite à ces observations, les chercheurs décident d’entamer une étude in vitro sur des neurones de souris en culture dans lesquels ils surexpriment la protéine ITPKB. Les résultats de cette étude furent à la hauteur des espérances des chercheurs : une grande partie de ces neurones moururent et le surnageant de cette culture cellulaire attestait d’une production de peptide amyloïdes fortement augmentée. « Or, ces deux choses sont précisément des particularités de la maladie d’Alzheimer », précise Stéphane Schurmans.

La surexpression, pas déclenchante mais aggravante

Mais qu’en est-il de l’effet de la surexpression d’ITPKB in vivo ? « Nous avons généré des souris qui surexpriment l’enzyme ITPKB spécifiquement dans les neurones de l’hippocampe et du cortex cérébral, c’est-à-dire là où se trouvent les altérations chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer », indique le scientifique. Toutefois, cette expérience ne mena à aucune observation particulière. « Cela signifie que la surexpression d’ITPKB à elle seule ne suffit pas pour déclencher la maladie d’Alzheimer et induire la formation des plaques séniles ainsi que l’apoptose des neurones », poursuit Stéphane Schurmans. « Cette enzyme ne joue probablement pas un rôle majeur dans la maladie mais peut-être un rôle de régulation»

Loin d’être découragés pour autant, les chercheurs se sont procurés un modèle de souris développant la maladie d’Alzheimer de manière fulgurante…en 6 mois ! « Et là bingo, on voit que lorsqu’on surexprime ITPKB dans les neurones de l’hippocampe et du cortex de ces souris, toutes les caractéristiques de la maladie sont accentuées », révèle le Professeur. Une grande quantité d’ITPKB dans les tissus concernés par la maladie d’Alzheimer aggrave donc la pathologie.

astrogliose
Le rôle de l’enzyme ITPKB est de transformer l’inositol triphosphate (IP3) en inositol tetrakisphosphate (IP4). Dans cette étude publiée dans le journal Brain (1), les chercheurs ont également testé l’effet de la surexpression de l’enzyme ITPKB lorsque cette dernière est mutée et donc inactive. « Ces expérience ont montré que, dans ce cas là, les souris ne montraient pas d’aggravation de la maladie », explique Stéphane Schurmans. « C’est donc l’IP4, le produit de la réaction que cette enzyme catalyse, qui importe. Reste à savoir comment l’IP4 accentue les caractéristiques de la maladie d’Alzheimer ».

Un inhibiteur en cours de synthèse

Dans un futur proche, les chercheurs comptent s’attaquer à 3 nouveaux volets de cette recherche. Le premier consistera à essayer de comprendre pourquoi une minorité de patients atteints de la maladie d’Alzheimer ne présentent pas des niveaux accrus d’ITPKB dans leur cortex et hippocampe. « Nous voudrions ainsi définir les facteurs génétiques ou autres qui mènent à la surexpression d’ITPKB chez la majorité des patients », indique Stéphane Schurmans. Un second volet visera à analyser si la surexpression de cette enzyme entraîne chez l’homme, comme chez la souris, une aggravation de la maladie. Enfin, lors d’expériences préliminaires, les chercheurs ont démontré que l’utilisation d’un inhibiteur d’ITPKB permet de diminuer la production de peptides amyloïdes par des neurones en culture. Suite à ces résultats et réalisant le potentiel d’une telle découverte,  la grande firme pharmaceutique suisse qui développe cet inhibiteur a préféré garder cet inhibiteur en ses murs. « Nous travaillons actuellement en collaboration avec des chercheurs qui synthétisent un nouvel inhibiteur d’ITPKB », indique le Professeur. « Si nous pouvons obtenir une grande quantité de cet inhibiteur, nous pourrons voir quel effet il engendre chez des souris modèles de la maladie d’Alzheimer ».  Il faut maintenant donner du temps à la recherche, investiguer davantage, assembler les pièces du puzzle…Et si celles-ci s’emboîtent, peut-être qu’un jour ITPKB pourrait devenir une cible pour atténuer la maladie d’Alzheimer ou en retarder le développement.

Protéine APP

(1) V. Stygelbout, K. Leroy, V. Pouillon, K. Ando, E. D’Amico,Y. Jia, H. R. Luo, C. Duyckaerts, C. Erneux, S. Schurmans and J.-P. Brion. Inositol trisphosphate 3-kinase B is increased in human Alzheimer brain and exacerbates mouse Alzheimer pathology. Brain. 2014 Jan 8.


© Université de Liège - http://www.reflexions.uliege.be/cms/c_357339/fr/la-proteine-qui-aggrave-la-maladie-dalzheimer?printView=true - 26 mars 2019