Projet ANR-10-MALZ-0006 – EPITAUDNA : Analyse du rôle de Tau nucléaire dans des neurones en condition physiologique ou de stress: influence d'oligomères Abeta.
Programme : Maladie d'Alzheimer et Maladies Apparentées (MALZ)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Madame Marie-Christine Galas (INSTITUT NATIONAL DE LA SANTE ET DE LA RECHERCHE MEDICALE - DELEGATION DE LILLE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Institut national de la santé et de la recherche médicale
Montant : 357635.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : EPITAUDNALa protéine Tau : un nouveau régulateur de l’expression génique dans les neuroness
Tau : quelle(s) fonction(s) dans le noyau des neurones ?La protéine Tau, un des acteurs clés dans la maladie d’Alzheimer, est principalement connue en tant que protéine cytosolique associée aux microtubules. Néanmoins Tau est également présente dans le noyau des neurones où sa fonction n’avait jamais été décrite. Comprendre les différentes fonctions de Tau est essentiel pour mettre en évidence de nouvelles cibles thérapeutiques pour lutter contre la maladie d’Alzheimer.L’enjeu de ce projet était de comprendre la(les) fonction(s) de la forme nucléaire de la protéine Tau dans un contexte physiologique et en condition de stress oxydant, un stress qui est impliqué dans les étapes précoces de la maladie d’Alzheimer.Une étude récente réalisée par les deux équipes partenaires avait montré que la protéine Tau nucléaire se lie et protège l’intégrité de l’ADN génomique. La capacité de Tau à se fixer à l’ADN suggèrait que Tau pourrait moduler l’expression génique. Les deux objectifs principaux de ce projet étaient d’analyser la capacité de Tau i) à se lier à des séquences spécifiques de l’ADN et ii) à réguler la transcription.
Techniques et modèles utilisés pour étudier la fonctionnalité de Tau dans le noyau des neurones- L’étude de la fonctionnalité de Tau dans le noyau des neurones a été réalisée dans des modèles cellulaires (cultures primaires de neurones corticaux de souris sauvages ou déficientes en Tau) et dans des modèles animaux (souris sauvages ou déficientes en Tau).  - Les domaines de liaison de la protéine Tau intervenants dans sa liaison à l’ADN ont été déterminées par Résonnance Magnétique Nucléaire (RMN) en collaboration avec Isabelle Landrieu (Villeneuve d’Ascq), les séquences d’ADN interagissant avec Tau ont été déterminées par immunoprécipitation de la chromatine (Chip) couplée ou non à l’hybridation à des puces contenant des séquences promotrices de l’ADN de souris). - La localisation nucléaire de Tau a été analysée par des techniques de biochimie (fractionnement cellulaire et immunoempreinte) et de biologie cellulaire (immunofluorescence et microscopie confocale). - L’expression des ARN messager a été réalisée par RT-qPCR.- L’intégrité de l’ADN a été analysé par Comet assay et TUNEL assay.
Résumé de la soumission : La maladie d’Alzheimer est la seule maladie neurodegenerative dans laquelle les pathologies Tau et Abeta sont associées. Déchiffrer les mécanismes impliqués dans la relation entre les deux pathologies demeure un enjeu essentiel pour comprendre l’étiopathologie de la maladie d’Alzheimer. Tau est principalement connue en tant que protéine associée aux microtubules. Une etude récente réalisée en collaboration avec nos deux equipes, a mise en evidence une nouvelle fonction de Tau en temps que partenaire clé dans la réponse précoce du neurone à un stress. Nous avons montré qu’un stress oxydant, ou un stress par la chaleur induisait une accumulation réversible de Tau déphosphorylée dans les noyaux des neurones. De plus nous avons démontré que la protéine Tau déphosphorylée était capable de se lier à l’ ADN et de preserver l’intégrité de l’ ADN en condition de stress. A l’inverse, un stress par le froid augmentait la phosphorylation de Tau, prévenait l’accumulation de Tau nucléaire et induisait des domages à l’ ADN. Il a été montré que la toxicité Abeta était médiée par Tau mais les mécanismes impliqués sont encore mal connus. L’hyperphosphorylation de Tau induite par Abeta pourrait prévenir l’accumulation de Tau dans le noyau et perturber son rôle protecteur de l’ADN en condition de stress. Etant donné la capacité de Tau à former des complexes protéine-ADN, Tau nucléaire pourrait avoir un effet sur l’expression génique dans les neurones en se liant directement à des séquences régulatrices de l’ ADN et/ou en régulant l’épigénétique. Par consequent la prévention de l’accumulation de Tau nucléaire induite par les oligomères Abeta pourrait également perturber l’expression des gènes régulés par Tau en condition de stress. Le double enjeu de ce projet est d’approfondir la connaissance du rôle de Tau nucléaire concernant la regulation de l’expression génique et les modifications épigénétiques dans des neurones différenciés en condition physiologique ou de stress, et d’analyser l’effet d’oligomères Abeta dans ces mechanismes. Les buts sont les suivants: 1)Analyser la capacité de Tau à se lier à l’ADN neuronal. A l’aide de CHIP assays, nous nous focaliserons sur la capacité de Tau à interagir avec des loci spécifiques comme les sequences d’ ADN présentes dans les compartiments nucléaires où Tau a été décrite dans des cellules de neuroblastomes et non neuronales. Par technique de ChIP-on-chip, nous analyserons la capacité de Tau à interagir avec l’ ADN global, particulièrement pour des régions promotrices.. Enfin, nous essaierons de déterminer les regions de la protéine Tau nécessaires à la formation de complexes Tau-ADN, à l’aide de vecteurs adénoviraux codant pour des formes sauvages ou mutées de Tau. 2) Analyser la capacité de Tau à réguler l’expression génique. Nous analyserons la capacité de Tau à réguler l’expression génique relative à certains loci (sequences centromériques et péricentromériques et gènes codant pour l’ ADNr) et nous analyserons l’effet global de Tau sur l’expression d’ARNm et d’ARN non codant, comme les miRNAs, par microarrays. 3) Etudier la capacité de Tau à moduler des mechanismes épigénétiques (modifications des histones). Nous nous focaliserons sur le taux et la distribution de diverses modifications des histones associées à l’activation ou la repression de la transcription (acétylation, méthylation). Nous analyserons également l’expression et la distribution. de facteurs et co-facteurs qui régulent ces modifications dans les neurones. 4) Etudier les effets d’oligomères Abeta sur l’accumulation nucléaire de Tau induite par un stress, la formation de complexes Tau-ADN et la fonction nucléaire de Tau. Nous testerons si l’hyperphosphorylation de Tau induite par des oligomères Abeta perturbe la capacité de Tau à s’accumuler dans les noyaux des neurones en condition de stress. La capacité de Tau à se lier à l’ ADN, à réguler l’expression génique et à moduler des mécanismes épigénétiques sera églement étudiée.
Résultats : Dans cette étude, nous avons caractérisé :
-  les régions de la protéine Tau nécessaires à sa liaison à l’ADN 
- la capacité de Tau à se lier à des séquences spécifiques de l’ADN génomique neuronal
- la capacité de Tau à moduler la transcription de gènes associés à la réparation de l’ADN, à des fonctions neuronales affectées pendant des maladies neurodégénératives ainsi que de séquences d’ADN pericentromériques transcrites en longs ARNs non codants
- le rôle régulateur de Tau dans des mécanismes épigénétiques (modifications post-traductionelles des histones).
Les résultats obtenus au cours de ce projet auront un impact majeur dans la compréhension de la fonction de la forme nucléaire de Tau. Ils mettent en évidence un rôle pour Tau dans la régulation de la transcription de gènes associés à des fonctions du système nerveux central, dont la dérégulation a été associée à des maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer. De plus, ils mettent en évidence un rôle de Tau dans la régulation de l’expression de longs ARNs non-codants ainsi que dans l’établissement de marques épigénétiques modulant la transcription. 
Il s’agit ici de résultats innovants dont la publication est soumise ou en préparation.  
Il est maintenant indispensable d’analyser si ces fonctions inédites de Tau nucléaire sont altérées dans la physiopathologie de la maladie d’Alzheimer, et notamment quel est l’effet du peptide Abeta.
Perspectives : Le projet EPITAUDNA est un projet de recherche fondamentale coordonné par Marie-Christine Galas avec Eliette Bonnefoy (CNRS, Paris) comme partenaire. Le projet a commencé en janvier 2011 et a duré 36 mois. Il a bénéficié d’une aide ANR de 370880 euros correspondant au coût global.
Publications et brevets : - Le rôle de Tau dans la protection de l’ADN et d’ARN a été observé in vivo dans le cerveau de souris en condition physiologique et de stress hyperthermique. 
Publication
- Violet M., Delattre L., Tardivel M., Sultan A., Chauderlier A., Caillierez R, Talahari S, Nesslany F., Lefebvre B., Bonnefoy E., Buée L., Galas MC. A major role for Tau in neuronal DNA and RNA protection in vivo under physiological and hyperthermic conditions. Submitted
 - Landrieu et al., (en préparation)
- Mansuroglu et al., (en préparation)
- Mokrani et al., (en préparation).