Projet ANR-12-MALZ-0002 – ATACTAD : Activation des acétyltransférases dans la maladie d'Alzheimer
Programme : Maladie d'Alzheimer et Maladies Apparentées (MALZ)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Madame Anne-Laurence BOUTILLIER (Laboratoire d'Imagerie et Neurosciences Cognitives (LINC))
Partenaires : Centre de Recherche Jean-Pierre Aubert; Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur, de l'Informatique et de l'Imagerie; JNCASR Transcription & Disease Laboratory
Montant : 445630.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Réactiver les fonctions mnésiques dans la maladie d’Alzheimer (MA)Les troubles mnésiques et notamment ceux touchant la mémoire spatiale sont un des symptômes majeurs de la maladie d’Alzheimer avant l'apparition de démences. Nous proposons de réactiver les mécanismes moléculaires qui permettraient de rétablir les fonctions mnésiques chez les patients, et ce, même dans un cerveau endommagé.
Modulation de la chromatine et des programmes génétiques qui sous-tendent la mémoire.L’acétylation réversible de la chromatine joue un rôle fondamental dans les fonctions normales du cerveau car elle influence l'expression des gènes. Les acétylations sont régulées par deux familles d’enzymes: les histones acétyltransférases (HATs) catabolisent l’ajout d’un groupement acétyle et les histones déacétylases (HDACs) suppriment ce groupement. Au laboratoire, nous nous intéressons aux voies de régulation des acétylations dans la formation de la mémoire spatiale. Nous faisons l’hypothèse que certaines régulations par acétylation sont altérées au cours de la MA et impactent sur les capacités mnésiques des patients, notamment dans la formation de la mémoire à long terme. Le contexte général du projet ATACTAD est la recherche de nouveaux outils thérapeutiques basés sur les modulateurs des acétylations, pouvant permettre une restauration des capacités mnésiques perdues dans la MA. Nous proposons d’utiliser une nouvelle molécule activatrice des acétyltransférases (act HAT) comme outil pour induire l’hyperacétylation d’histones spécifiques et ainsi, moduler l’expression d egènes de mémoire et plasticité, dans les cerveaux de souris normales ou de souris modèles de la MA. La réalisation de ce projet devrait contribuer à définir de nouvelles cibles thérapeutiques permettant le rétablissement de capacités mnésiques et la formation de nouveaux souvenirs chez des patients atteints de MA, ainsi qu’à améliorer la compréhension des mécanismes d’action et des voies de régulation impliquant les HAT dans le cerveau. Des retombées importantes sont attendues dans nos sociétés, car le maintien/rétablissement des capacités mnésiques permettrait de reculer l'âge auquel les patients perdent leur indépendance
Une nouvelle génération de molécules qui active les acétyltransférases pour booster la mémoireLe projet ATACTAD vise à déterminer comment l’acétylation de la chromatine est affectée par la MA et comment ces événements perturbent les fonctions mnésiques. Il met en œuvre un large éventail de techniques de biologie moléculaire (analyses de protéines, expression des gènes, utilisation de lentivirus, séquençage à haut débit), cellulaire (électrophysiologie, immunohistochimie) et comportementales (mémoire spatiale). En utilisant 2 modèles animaux pertinents de la MA (APP et Tau), nous testerons l'efficacité d'une nouvelle molécule modulant les acétylations, sur les capacités mnésiques des animaux et le décours de la pathologie. La stratégie choisie est originale puisqu’elle repose sur une réactivation des fonctions mnésiques en agissant sur les programmes transcriptionnels impliqués dans la plasticité, et ce malgré la neurodégénérescence en cours. Nous disposons de la toute première molécule développée à ce jour, qui active des acétyltransférases (HATs), et peut, lorsqu'elle est liée à une nanosphère de carbone, traverser les membranes cellulaires et agir sur la chromatine dans les noyaux. Cette molécule passe la barrière hématoencéphalique et peut ainsi agir sur le cerveau. Nos données préliminaires démontrent la capacité de cette molécule à acétyler les histones dans le cerveau de souris, à stimuler la neurogenèse adulte et à améliorer leur fonctions mnésiques. Nous mènerons des études fonctionnelles et comportementales sur les deux modèles murins de la MA soumis à un traitement aigu ou chronique avec ce nouvel activateur de HAT. Cette étude présente une alternative originale - et peut-être plus spécifique - aux stratégies actuelles et développées ces 10 dernières années qui consistent à inhiber les HDACs, enzymes opposés aux HATs
Résumé de la soumission : Les maladies neurodégénératives, et avant tout la maladie d’Alzheimer (MA), peuvent induire des déficits cognitifs dont la gravité peut culminer dans la démence. Les stratégies thérapeutiques actuelles consistent à augmenter la demi-vie de l’acétylcholine ou à bloquer les récepteurs NMDA, mais leur bénéfice reste modeste et ne se vérifie que chez une partie des patients traités. Notre projet vise à tester l’efficacité d’une molécule nouvellement développée en tant qu’alternative aux traitements classiques des dysfontionnements cognitifs liés à cette maladie. Cette molécule est un activateur des histones acétyltransférases (HAT) ciblant la famille des enzymes CBP et p300. En modulant l’acétylation des histones de la chromatine, ces enzymes agissent sur des programmes transcriptionnels spécifiques et, en particulier dans l’hippocampe, sur ceux impliqués dans les fonctions mnésiques et la plasticité, jouant ainsi un rôle crucial dans la formation et le stockage des souvenirs.La stratégie choisie est originale puisqu’elle repose sur une réactivation des fonctions mnésiques en agissant sur les programmes transcriptionnels impliqués dans la plasticité, et ce malgré la neurodégénérescence en cours. Nous disposons de la toute première molécule activatrice des HAT développée à ce jour, produite à partir de la coquille des noix de cajou et modifiée de sorte à agir spécifiquement sur les acétyltransférases CBP et p300. Cette molécule, développée dans le laboratoire du Prof. TK Kundu (JNCASR, Inde), est liée à une nanosphere de carbone, ce qui lui confère une perméabilité cellulaire lui permettant de traverser la barrière hématoencéphalique, d’entrer dans les cellules et d’agir sur leur noyau. Nos données préliminaires démontrent la capacité de cette molécule à acétyler les histones dans le cerveau de souris, à stimuler la neurogenèse adulte et à améliorer leur fonctions mnésiques. Le dépôt de brevet est en cours (section IPR de JNCASR, Inde, avec une participation à 30% de l’Université de Strasbourg).Notre projet de recherche comporte deux objectifs : 1) établir la liste des événements liés à l’acétylation des histones qui sont affectés par la MA et montrer comment ces événements perturbent les fonctions mnésiques, 2) mener des études fonctionnelles et comportementales sur des modèles murins de MA soumis à un traitement aigu ou chronique avec cet activateur de HAT. Nous avons retenu deux modèles transgéniques de la MA, l’un porteur des mutations APP/PS1 et mimant l’amyloïdopathie, l’autre exprimant une tauopathie (lignée Thy-Tau22). Nous explorerons aussi dans quelle mesure les régulations impliquant les HAT sont affectées dans des cerveaux de patients décédés de la MA et nous chercherons à établir des parallèles entre ces modifications et les dysfonctionnements constatés dans nos modèles murins.Notre hypothèse de travail est que des altérations dans les mécanismes de régulation qui impliquent les HAT dans une activité transcriptionnelle essentielle à la formation des souvenirs pourraient survenir au cours de la neurodégénérescence caractérisant la MA. Des données de la littérature et nos propres données préliminaires montrent que les processus d’acétylation des histones sont altérés dans ces deux lignées de souris, soulignant la pertinence de ces modèles par rapport à notre objectif. Les effets des traitements aigu et chronique seront abordés aux niveaux moléculaires, cellulaires et comportementaux. Nous évaluerons aussi dans quelle mesure un traitement prolongé avec cet activateur de HAT peut influencer le niveau des plaques amyloïdes et d’aggrégation de tau. Ces connaissances devraient contribuer à définir de nouvelles cibles thérapeutiques permettant le rétablissement de capacités mnésiques et la formation de nouveaux souvenirs chez des patients atteints de MA, ainsi qu’à améliorer la compréhension des mécanismes d’action et des voies de régulation impliquant les HAT dans le cerveau.
Résultats : Notre travail repose sur l'hypothèse suivante : au cours de la maladie d'Alzheimer, des altérations au niveau des régulations des acétylations de la chromatine seraient générées et impacteraient les fonctions du neurone, et plus largement, les fonctions mnésiques d'un individu. Ce projet propose une nouvelle piste de traitement des symptômes mnésiques de la MA en utilisant des modèles animaux pertinents de cette pathologie (souris transgéniques surexprimant des mutations humaines de Tau ou de l'APP).
Par des techniques d'immunoprécipitation de la chromatin couplée à un séquençage haut-débit (ChIP-seq), une technique permettant des analyses de la structure de la chromatine à  haute résolution au niveau de tout le génome, nous cherchons à mettre en évidence les gènes associés à H2Bac au cours de la formation d'une mémoire spatiale, ainsi que leur relation avec leur niveau d'expression (RNA-seq) dans l'hippocampe dorsal. Nos premiers résultats identifient que les régulations d'acétylation, notamment de H2Bac, sont altérées dans l'hippocampe dorsal et le cortex préfrontal de souris pathologiques surexprimant des mutations de Tau. Nous avions déjà obtenu en début de projet, une preuve de concept en montrant qu'en activant directement une enzyme d'acétylation de la chromatine (CBP/p300), la neurogénèse adulte était activée et la durée de rétention d'une mémoire spatiale augmentée chez la souris. Nos derniers résultats (non publiés) montrent que cette molécule restaure les fonctions mnésiques (spatiales) qui étaient perdues chez une souris modèle de Tauopathie à un âge où la pathologie est déjà installée (présence de dégénérescences neurofribrillaires (DNF) dans le cerveau). Nous essayons à l'heure actuelle de préciser les mécanismes moléculaires impliqués.
Perspectives : Dans la deuxième moitié du projet, ces recherches seront menées dans un modèle amyloide de la MA. L'influence d'un tel traitement en injections chroniques sera également évalué sur ses capacités à réduire les marqueurs pathologiques de la MA (plaques amyloïdes, DNFs, inflammation). La connaissance du mode d'action de molécules activatrices des HATs dans le cerveau sain et le cerveau «malade« permettra d'ouvrir de nouvelles pistes thérapeutiques visant à améliorer le quotidien des patients en agissant au niveau symptomatique (amélioration de la mémoire, production de nouveaux neurones dans le cerveau). La réalisation du projet ATACTAD nous informera sur le potentiel curatif de telles molécules. Une autre application de ce type de composé pourrait viser à faciliter la biologie réparatrice par les progéniteurs neuronaux dans les maladies neurodégénératives.
Publications et brevets : Un article est publié dans The Journal of Neuroscience. Un brevet d'application (franco-indien) est déposé. Ces documents amènent la preuve de concept de l'effet bénéfique de ce type de molécules (activateurs d'acétyltransférase) dans la formation de nouveaux neurones et les fonctions mnésiques chez l'animal adulte.
Ce projet ouvre des partenariats internationaux avec l'Inde et un nouveau contrat franco-indien a été obtenu (Prof. Kundu, Bangalore; contrat CEFIPRA).