Etude de la physiopathologie des tauopathies dans le modèle de poisson zèbre : Implication des héparanes sulfates
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Tauopathies are a class of neurodegenerative diseases that include Alzheimer's disease and frontotemporal dementia. A cardinal feature of tauopathies is hyperphosphorylation and aggregation of tau protein in brain. The pathophysiology of tauopathies is poorly understood, and to date there is no measure to prevent or even slow the progression of disease. -Several studies indicate that heparan sulfates (polymers of sulfated polysaccharides attached to a core protein) play a significant role in tau hyperphosphorylation, but the nature of the heparan sulfates involved in the pathological processes and their precise function in the pathogenesis of tauopathy remains unknown. The aim of my thesis was to shed light on the role of heparan sulfates in tauopathies. For my work, I used the transgenic zebrafish line Tg[HuC::hTauP301L/DsRed] that expresses the human tau protein carrying the P301L mutation responsible for frontotemporal dementia and parkinsonism linked to chromosome 17. This transgenic line reproduces an important pathophysiological feature of tauopathies: abnormal hyperphosphorylation of the tau protein. In the first part of my thesis, I participated in research designed to investigate the role of 3-O-sulfotransferase-2 (an enzyme involved in the synthesis of heparan sulfate) in tau hyperphosphorylation, using the Tg[HuC::hTauP301L/DsRed] line. With a genetic approach,. Ie. Inactivation of 3-0- sulfotransferase-2 by injection of antisense morpholino oligonucleotides in Tg[HuC::hTauP301L/DsRed] embryos, I have shown that this enzyme (and therefore the heparan sulfates with sulfated residues in position 3 of glucosamine) play a key role in pathological tau hyperphosphorylation. Indeed, partial inactivation of the 3-0- sulfotransferase-2 in these embryos induces a 60% decrease in the accumulation of hyperphosphorylated forms of tau. This work points to heparan sulfates as a candidate therapeutic target for the treatment of tauopathies, including Alzheimer's disease. In the second part of my thesis, I worked on finding small molecule antagonists of heparan sulfates capable of inhibiting the abnormal hyperphosphorylation of tau protein. I discovered that two heparan sulfate antagonist molecules (surfen and oxalyl-surfen) not only significantly decrease tau hyperphosphorylation in Tg[HuC::hTauP301L/DsRed] embryos but can also partially rescue the axonal defects and fasciculation of primary motor neurons caused by expression of the mutated human tau. Taken together, my findings highlight the key role of heparan sulfate in the pathophysiology of tauopathies, and open promising perspectives in the search for therapeutic strategies for tackling these disorders.
Abstract FR:
Les tauopathies regroupent plusieurs maladies neurodégénératives qui incluent la maladie d'Alzheimer et la démence fronto-temporale. La caractéristique majeure de ces maladies est l'hyperphosphorylation et l'agrégation de la protéine tau. La physiopathologie de ces maladies demeure très mal connue et, à ce jour, il n'existe pas de traitements permettant de prévenir, ni même de ralentir l'évolution de ces pathologies. Plusieurs travaux indiquent que les héparanes sulfates, des chaînes polysaccharidiques sulfatées fixées à des noyaux protéiques, jouent un rôle important dans l'hyperphosphorylation de la protéine tau. Toutefois, la nature des héparanes sulfates impliqués dans ces processus et la fonction exacte de ces molécules dans la pathogenèse des tauopathies demeure inconnue. Le but de ma thèse était de contribuer à élucider le rôle des héparanes sulfates dans les tauopathies. Mon travail de thèse est basé sur l'utilisation d'une lignée transgénique de poisson zèbre, la lignée Tg[HuC::hTauP301L/DsRed] qui exprime une forme mutée de la protéine tau humaine portant la mutation P301L responsable de la démence fronto-temporale avec syndrome parkinsonien liée au chromosome 17. Cette lignée transgénique reproduit une des principales caractéristiques physiopathologiques des tauopathies, l'hyperphosphorylation anormale de la protéine tau. Pendant la première partie de ma thèse, j'ai participé à un travail qui avait pour objectif d'étudier le rôle d'une enzyme impliquée dans la synthèse des héparanes sulfates, la 3-0- sulfotransferase-2, dans l'hyperphosphorylation anormale de la protéine tau. En utilisant une approche génétique, l'inactivation de la 3-O-sulfotransferase-2 par l'injection de morpholino¬oligonucléotides antisens dans des embryons de la lignée Tg[HuC::hTauP301L/DsRecl], j'ai montré que cette enzyme et, par conséquent, les héparanes sulfates avec des résidus sulfatés en position 3 de glucosamine, jouaient un rôle important dans l'hyperphorylation pathologique de la protéine tau. En effet, l'inactivation partielle de la 3-O-sulfotransferase-2 chez ces embryons Tg[HuC::hTauP301L/DsRed] induit une diminution de près de 60% de l'accumulation des formes hyperphosphorylées de tau. Comme ces travaux suggèrent que les héparanes sulfates pourraient être une cible thérapeutique pour le traitement des tauopathies, y compris la maladie d'Alzheimer, dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié les effets de petites molécules antagonistes des héparanes sulfates sur l'hyperphosphorylation anormale de la protéine tau. J'ai ainsi montré que l'administration de deux molécules antagonistes des héparanes sulfates, le surfen et l'oxalyl-surfen, diminuaient très significativement l'hyperphorylation de la protéine tau dans les embryons Tg[HuC::hTauP301L/DsRed]. En plus de la diminution de l'hyperphosphorylation de la protéine tau, ces molécules sauvent partiellement les défauts d'élongation et de fasciculation des axones des motoneurones provoquée par l'expression de la protéine tau humaine mutée. L'ensemble de ces résultats qui ont permis de mettre en évidence l'importance des héparanes sulfates dans la physiopathologie des tauopathies, ouvre des perspectives intéressantes pour le traitement des tauopathies et de la maladie d'Alzheimer.