Projet ANR-12-BSV4-0008 – ADAMGUARD : Les réseaux protéiques associés aux récepteurs 5 HT4 : gardes rapprochées du trafic de l'ADAM10 et de l'APP
Programme : Blanc - SVSE 4 - Neurosciences (Blanc SVSE 4)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Joël BOCKAERT (Institut de Génomique Fonctionnelle)
Partenaires : Institut de Génomique Fonctionnelle
Montant : 405100.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 48 mois
Résumé : Des gardes du corps pour protéger de la maladie d'AlzheimerCe projet vise à identifier des protéines qui protègeront les acteurs impliqués dans le développement de la maladie d'Alzheimer. En contrôlant le voyage cellulaire de ces VIP, les gardes du corps empêcheront la formation des plaques séniles.
Réduire la production de peptides amyloïdes toxiquesLa maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative, à progression lente, provoquant une perte de mémoire associée à des troubles cognitifs importants. Elle touche 35 millions de sujets dans le monde et plus de 800 000 personnes en France.Au cours cette pathologie, un déséquilibre se produit qui conduit à une surproduction par les cellules, et notamment par les neurones, du peptide amyloïde Aß. L'accumulation de ce peptide est toxique pour les cellules et induit la formation de plaques amyloïde associées à une dégénérescence neuronale.Nous avons montré que la présence à la membrane cellulaire d'un récepteur de la sérotonine permet de réduire la production de peptides amyloïdes. Ce garde du corps et ses associés modifient le trajet de la protéine précurseur du peptide Aß et de l'alpha-sécrétase ADAM10 à l'intérieur de la cellule.Ce projet va identifier les protéines partenaires du récepteur de la sérotonine et expliquer comment elles contrôlent le voyage intracellulaire des acteurs impliqués dans le développement de la maladie d'Alzheimer.L'objectif final est de proposer des stratégies innovantes visant à diminuer la production des peptides amyloïdes afin de retarder, voire de stopper, la progression de la maladie d'Alzheimer.
Spectrométrie de masse et caractérisation fonctionnelle des partenaires protéiquesL'identification des protéines partenaires constituant le réseau associé au récepteur de la sérotonine de type 4 et à l'ADAM10 est réalisée par spectrométrie de masse. Cette technologie permet de déterminer avec précision la composition en protéines d'un échantillon biologique. Cette approche non-biaisée fournit une liste exhaustive des partenaires du réseau, parmi lesquelles nous focalisons notre attention sur les protéines les plus à même d'avoir une action dans le trafic intracellulaire. L'effet d'une surexpression ou d'une suppression de ces protéines d'intérêt sur la production de peptide amyloïde dans les cellules est alors analysée. Nous tentons ensuite de décrypter les mécanismes d'action des candidats les plus efficaces et de proposer des stratégies innovantes qui peuvent avoir une application in vivo. Ces hypothèses sont finalement validées à l'aide de modèles animaux transgéniques de la maladie d'Alzheimer.Nous étudions également dans des modèles cellulaires et in vivo l'effet de l'activation du récepteur lui-même par des molécules chimiques, candidats-médicaments.
Résumé de la soumission : La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative, à progression lente, provoquant une perte de mémoire associée à des troubles cognitifs importants. Elle touche 35 millions de sujets dans le monde et plus de 800 000 personnes en France. Cette pathologie se caractérise par l'apparition de dégénérescences neurofibrillaires intracellulaires, composées de protéines tau anormalement phosphorylées, et de plaques séniles extracellulaires (dites "amyloïdes") dont le cœur est principalement constitué d'agrégats du peptide ß-amyloïde hydrophobe (Aß), qui jouent un rôle majeur dans la pathologie. Le peptide Aß est produit par dégradation "amyloïdogénique" de l’APP transmembranaire (Amyloid Precursor Protein) par la ß-sécrétase (BACE1) et la gamma-sécrétase, qui a lieu principalement dans les endosomes précoces et tardifs. La coupure "non-amyloïdogénique" de l’APP dans la séquence du peptide Aß par des a-sécrétases principalement actives au niveau de la membrane plasmique empêche, de fait, la production du peptide Aß toxique et libère le fragment extracellulaire de l’APP (sAPPalpha) aux propriétés neuroprotectrices, stimulatrices de la potentialisation à long terme. L'ADAM10 est l’alpha-sécrétase majeure du cerveau. Certains récepteurs couplés aux protéines G (RCPG), tels GPR3 s’associent physiquement à la ß-sécrétase et/ou la gamma-sécrétase et facilitent ainsi la voie amyloïdogénique. Nos expériences préliminaires montrent que le récepteur 5-HT4 s’associe physiquement à l’ADAM10 et à l’APP. Cette association favorise le trafic de l’ADAM10 du réticulum endoplasmique, où elle est retenue par une séquence spécifique (RRR), vers la membrane plasmique où elle est active. Cet effet est "constitutif" et indépendant de la stimulation du récepteur. Grâce à une approche protéomique préliminaire en lignée cellulaire, nous avons montré que ce récepteur interagit avec des protéines appelées GIPs (GPCR Interacting Proteins). Celles-ci incluent des protéines impliquées dans le trafic de protéines membranaires dont l’APP. Nous formulons l’hypothèse selon laquelle le récepteur lui-même ou le complexe qu’il forme avec des GIPs permet la neutralisation de la séquence de rétention de l'ADAM10 et sa sortie du réticulum, modulant ainsi son activité et favorisant la voie non-amyloïdogénique. Notre objectif est d’identifier, pour la première fois, les réseaux protéiques impliqués dans la régulation du trafic intracellulaire de l’ADAM10 et de l’APP vers la membrane plasmique et dans la maturation "non amyloïdogénique" de l’APP par un RCPG, le récepteur 5-HT4. Pour atteindre cet objectif nous allons : 1) caractériser les réseaux de protéines associées aux récepteurs 5-HT4, à l’APP et à l’ADAM10 dans un contexte neuronal grâce à une approche protéomique systématique dans des neurones en culture ; 2) caractériser le rôle de certaines protéines identifiées dans le trafic du complexe récepteur 5-HT4/ADAM10/APP à la membrane plasmique où l’activité alpha-sécrétase s’exprime ; 3) étudier si la présence ou l’absence du récepteur 5-HT4 modifient le processus de dégradation de l’APP (amyloïde ou non-amyloïde) et la formation des plaques amyloïdes, in vivo, en croisant des souris invalidées pour le gène codant le récepteur 5-HT4 avec des souris modèles de MA qui développent des plaques amyloïdes (APP/PS1 et 5XFAD). Conjointement, nous nous étudierons l'effet d’un traitement chronique par un agoniste 5-HT4 sur la formation des plaques dans le modèle de souris 5XFAD. En effet, si l’effet "constitutif" des récepteurs 5-HT4 sur l’activation de l’ADAM10 est le corps du projet présenté, car entièrement original, on sait aussi que les récepteurs 5-HT4 activent les alpha-sécrétases de manière "régulée" lorsqu’ils sont stimulés par un agoniste.
Résultats : Les premières analyses protéomiques nous ont permis de cibler deux protéines du réseau associé au récepteur de la sérotonine et à l'ADAM10 qui présentent un intérêt particulier dans le contexte de la maladie d'Alzheimer. Des mutations de la première protéine candidate ont déjà été identifiées dans le cadre de pathologies neurodégénératives. La seconde protéine n'a pour l'instant pas été nettement impliquée dans les mécanismes physiopathologiques de la maladie d'Alzheimer, bien qu'elle soit en lien avec la protéine précurseur du peptide amyloïde. Les 2 protéines ont une fonction reliée au routage intracellulaire, ce qui conforte notre hypothèse. Nous caractérisons le rôle de ces acteurs moléculaires.
Dans le volet in vivo de ce travail, nous avons montré que l’administration chronique et précoce de molécules activant le récepteur de la sérotonine ralentit le développement de la pathologie et empêche les pertes de mémoire de souris modèles de la maladie d’Alzheimer.
En collaboration avec deux équipes de l’Université de Caen, nous avons conçu une molécule double-cible innovante et prometteuse pour le traitement de la maladie d’Alzheimer. L’originalité du donécopride réside dans le fait que, d’une part, il pourra exercer des effets traitant les symptômes de la pathologie selon le même mode d’action que le donépézil actuellement utilisé en clinique, et d’autre part le donécopride pourra ralentir le décours de la maladie par ses capacités à activer le récepteur de la sérotonine.
Perspectives : Ce projet doit fournir pour la première fois la description du réseau complet des protéines reliées à un récepteur de la sérotonine, dans un contexte physiologique. Cette caractérisation doit permettre de proposer de nouvelles pistes thérapeutiques pour ralentir le décours de la maladie d'Alzheimer.
Publications et brevets : Un article publié dans ACS Chemical Neuroscience décrit l’existence du complexe entre le récepteur de la sérotonine, la protéine précurseur du peptide Aß et l'alpha-sécrétase ADAM10.
Un article dans Frontiers in Aging Neuroscience présente les effets positifs de traitements chroniques avec des molécules activant le récepteur de la sérotonine.
Un article dans Cell Death & Disease précise les mécanismes de modulation du trafic de l'ADAM10.
Deux articles dans PNAS et Journal of Medical Chemistry relatent la conception et la caractérisation du donécopride, molécule originale et prometteuse pour le traitement de la maladie d’Alzheimer de part son action simultanée sur deux cibles distinctes.
Un point de vue dans ACS Chemical Neuroscience souligne l'intérêt d'une stratégie basée sur des interventions multiples visant le système sérotoninergique pour combattre la maladie d'Alzheimer.