Du rôle physiologique de la protéine prion cellulaire à l'infection par les prions : régulation/dérégulation du module de signalisation PDK1/TACE α-secrétase
Institution:
Sorbonne Paris CitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Prion diseases are neurodegenerative disorders characterized by the accumulation into the central nervous system of an abnormally folded protein called Scrapie prion protein (PrPSc). PrPSc is the transconformational isoform of a ubiquitous protein of the host named cellular prion protein (PrPC). It is well established that the toxicity of PrPSc is restricted to neurons and arise from a corruption of the physiological function(s) of PrPC. However, the mechanisms by which PrPSc exerts its neurotoxicity remain poorly understood, partly because the physiological function(s) of PrPC is/are still elusive. Currently, no one knows if PrPC loses a protective role or acquires a toxic function upon its conversion into PrPSc, a combination of both events is also possible. Identifying PrPC-associated function(s) is thus a prerequisite to understand how PrPSc provokes neurodegeneration. The present work reports for the first time a protective role of PrPC towards the pro-inflammatory cytokine sTNF-alpha-associated toxicity. We show that PrPC adjusts cell sensitivity to sTNF-alpha by controlling TACE-dependent TNFR1 shedding. Mecanistically, PrPC governs both (i) TACE activity, through PrPC coupling to NADPH oxidase/Reactive Oxygen Species production, and (ii) TACE localization, by downregulating the beta-1 integrins/ROCK/PDK1 signaling pathway, thus PrPC ensures the bioavailability of an active TACE at the plasma membrane. PrPC depletion provokes the micro-aggregation of beta-1 integrins, the overactivation of ROCK and PDK1 kinases, and the subsequent internalization of TACE into Caveolin-1 enriched micro-vesicles. This leads to a defect of TNFR1 shedding, which accumulates at the plasma membrane and renders PrPC-depleted neurons highly vulnerable to sTNF-alpha insult. These alterations have also been reported in prion-infected neurons with the same intensities, supporting the view that a loss-of-the protective function of PrPC towards sTNF-alpha likely occur along prion diseases. Within a prion infectious context, a collaborative work revealed that the cerebellar Purkinje cells that do not express zebrins are highly vulnerable to the toxicity of two prion strains, 22L and ME7, compared to Purkinje cells that express zebrins. This suggest a protective role of zebrins against PrPSc-associated toxicity. A major part of my thesis identifies a new target deregulated downstream from the PDK1/TACE signaling module, the amyloid precursor protein (APP), well-known for its implication in Alzheimer's disease. By abrogating the non-amyloidogenic cleavage of APP by TACE, PrPSc provokes the overproduction of Abeta40/42 peptides. Abeta40/42 predominates as monomers but are also found as multimeric assemblies, i.e. trimers and tetramers. PrPSc-induced Abeta40/42 overproduction relates to PDK1 overactivation as pharmacological inhibition of PDK1 attenuates production of Abeta monomers and renders multimers undetectable. Of note, our work reveals that Abeta peptides do not impact on PrPSc replication nor infectivity. Nevertheless, Abeta40/42 peptides generated upon prion infection can deposit in mice brains only if an exogenous Abeta seed is co-transmitted with PrPSc. Importantly, Abeta deposition leads to early death of prion-infected mice. This work delineates the conditions that allow Abeta plaques formation and highlights the onset of a mixed-pathology caused by the co-occurrence of PrPSc and Abeta deposition within a prion infectious context.
Abstract FR:
Les maladies à prions sont des maladies neurodégénératives caractérisées par l'accumulation dans le système nerveux central d'une protéine anormalement conformée et neurotoxique, la protéine prion Scrapie (PrPSc). La PrPSc est l'isoforme transconformationnelle d'une protéine normale de l'hôte, la protéine prion cellulaire (PrPC). Il est établi que la toxicité de la PrPSc est restreinte aux neurones et que la neurodégénérescence résulte d'une corruption de la/des fonction(s) physiologique(s) de la PrPC par la PrPSc. Néanmoins, nul ne sait s'il s'agit d'une perte de fonction protectrice ou d'un gain de fonction toxique de la PrPC, ou d'une combinaison des 2 événements, en partie parce que les fonctions de la PrPC restent difficiles à cerner. C'est pourquoi, identifier la/les fonction(s) de la PrPC est un prérequis pour comprendre comment la PrPSc exerce sa neurotoxicité. Mes travaux de thèse montrent pour la première fois une fonction protectrice de la PrPC vis-à-vis de la cytokine pro-inflammatoire sTNF-alpha Nous démontrons que la PrPC ajuste la sensibilité des cellules au sTNF-alpha en contrôlant le clivage des récepteurs au sTNF-alpha (TNFR1) par TACE. Au niveau mécanistique, la PrPC exerce un double contrôle sur TACE en gouvernant (i) son activité enzymatique, via le couplage de la PrPC à la NADPH oxydase/production de dérivés réactifs de l'oxygène, et (ii) sa localisation, en modulant négativement la voie de signalisation intégrines bêta-1/ROCK/PDK1, ce qui assure le maintien de TACE sous forme active à la membrane plasmique. La déplétion en PrPC provoque la micro-agrégation des intégrines bêta-1, la suractivation du duo de kinases ROCK/PDK1, et l'internalisation subséquente de l'alpha-secrétase TACE dans des microvésicules enrichies en Cavéoline-1. TACE est alors découplée de son substrat TNFR1, qui s'accumule à la membrane plasmique et rend les neurones déplétés en PrPC hypersensibles au stress inflammatoire de type sTNF-alpha. Ces mêmes défauts ont été retrouvés, avec des intensités comparables, dans les neurones infectés par les prions, ce qui appuie l'idée que la perte de la fonction cytoprotectrice de la PrPC dans les neurones vis-à-vis du sTNF-alpha participe à la progression des maladies à prions. Concernant l'infection à prions, un travail en collaboration révèle que les cellules de Purkinje du cervelet qui n'expriment pas les zébrines sont plus sensibles à la toxicité de 2 souches de prions, 22L et ME7, que celles qui expriment les zébrines. Cette étude suggère un rôle protecteur des zébrines vis-à-vis des prions. Un axe majeur de ma thèse identifie une nouvelle cible déréglée en aval du module de signalisation PDK1/TACE dans les maladies à prions, la protéine précurseur des amyloïdes (APP) avant tout connue pour son rôle dans la maladie d'Alzheimer. En abrogeant le clivage non-amyloïdogène d'APP par TACE, la PrPSc est à l'origine d'une surproduction d'Abêta40/42. Les peptides Abêta40/42 sont majoritairement sous forme monomérique, mais des formes multimériques (trimères et tétramères) d'Abêta40/42 sont aussi générées. Cette production d'Abêta40/42 dépend de la suractivation de PDK1 puisque l'inhibition pharmacologique de la kinase permet de réduire la production des peptides Abêta40/42 monomériques et rend les multimères indétectables. Il est à noter que les peptides Abêta produits ne modifient ni la réplication ni l'infectiosité de la PrPSc. Toutefois, l'Abêta40/42 généré par l'infection à prions est capable de former des dépôts dans les cerveaux de souris si, et seulement si un « seed » d'Abêta exogène a été co-transmis avec la PrPSc. De manière importante, la conjonction infection à prions/dépôts d'Abêta accélère la mort des souris infectées par les prions. Ces travaux définissent les conditions qui permettent la formation de plaques Abêta et mettent en exergue l'émergence d'une pathologie mixte causée par la présence de PrPSc et des dépôts d'Abêta dans un contexte infection à prions.