Étude du rôle pathophysiologique des peptides Aη récemment découverts dans le cerveau
Institution:
Université Côte d'AzurDisciplines:
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Abstract EN:
The amyloid precursor protein (APP) is well known by its association with Alzheimer's disease (AD), the most common neurodegenerative disease worldwide. Despite intense research focusing on AD over the last 30 years, the progress in understanding its etiology and finding a cure has been limited. Thus far, all data gathered regarding the genetic causes of familiar AD, the progression of the disease, and potential therapeutic targets for AD, highlight the importance of APP and its cleavage products. Deciphering the role of the different APP fragments in synaptic function and behavior is crucial to understand AD etiology fully. In 2015, Willem et al., described a new APP processing pathway producing amyloid-η (Aη) peptides. They could demonstrate that the Aη-α peptide, the longest form of Aη produced by η-secretase and α-secretase cleavage, harbors bioactive properties. Applied on the hippocampus ex vivo it lowers long-term potentiation (LTP) and in vivo it lowers calcium wave activity. Going beyond these initial observations, my thesis, "Unraveling the physiopathological role of the newly discovered Aη peptides in the brain" focused on further identifying Aƞ-α actions on different parameters of excitatory synaptic plasticity and associated behavioral outputs. We tested the effects of acute and chronic elevations of Aƞ-α, employing acute application of synthetic Aƞ-α (M108) on hippocampal slices ex vivo or via the analysis of new transgenic mouse lines MISEPA2 and MISEPA4 overexpressing Aƞ-α, respectively. Our results show that Aη-α impacts synaptic plasticity at low nanomolar concentrations and shifts plasticity towards long-term depression (LTD), while it does not perturb pre-synaptic short-term plasticity or basal synaptic transmission. Next, to unravel the effects of both acute and chronic elevated Aƞ-α levels on cognition, we performed a series of memory-dependent behavioral tests. Analysis of the transgenic mouse lines indicated no major memory impairments, although subtle alterations were noticeable upon individual testing and analysis paradigms. Also, an acute injection of M108 in the brain in vivo did not correlate with significant memory loss. We conclude that, while hippocampal excitatory synaptic plasticity is clearly impacted by elevated Aη-α levels, this cellular phenotype failed to robustly translate into alterations of behavioral output thus far. In parallel, we went on to investigate the effects on synaptic plasticity and behavior caused by the absence of APP processed by ƞ-secretase in a novel knock-out APPΔEta mice line. In this mouse line LTD could not be induced, but acute M108 application rescued this phenotype. These data reveal a crucial role of Aη-α in this synaptic plasticity mechanism. Additionally, APPΔEta mice exhibited impaired spatial memory in MWM task and reduced anxiety in the Open field and Light-Dark box tests, indicating that this APP cleavage is necessary for cognitive functions. In conclusion, our results advanced the understanding of the physio-pathological role of Aƞ in the brain, highlighting an essential function in excitatory synaptic plasticity and cognition.
Abstract FR:
L’implication de la protéine précurseur de l’Amyloïde (APP) est bien établie dans la pathologie Alzheimer, une des maladies neurodégénératives la plus étendue à travers le monde. Ces 30 dernières années de nombreuses études focalisent sur cette pathologie mais le progrès dans la compréhension de son étiologie et les cures possibles restent cependant limitées. Toutes les études concernant la forme familiale et les cibles potentielles, soulignent l’importance d’APP et des fragments issus de son clivage. Déchiffrer le rôle des différents fragments d’APP dans la fonction synaptique et leurs effets comportementaux est crucial dans la compréhension de l’étiologie de cette pathologie. En 2015, Willem et al, ont décrit une nouvelle voie de clivage produisant le peptide Amyloid-η (Aη). Ils ont pu démontrer que le peptide Aη−α, dans sa forme la plus longue, produit par le clivage de l’η-secretase et α-secretase, alimente des propriétés bioactives. Appliqué dans l’hippocampe ex vivo, il diminue la potentialisation à long terme (PLT) et in vivo il réduit les ondes calciques. Au-delà de ces observations initiales, ma thèse intitulée « Étude du rôle pathophysiologique des peptides Aη récemment découverts dans le cerveau » focalise sur le rôle d’Aη dans différents paramètres de la plasticité synaptique excitatrice et les comportements associés. Nous avons testé les effets d’une augmentation aigue et chronique d’Aƞ-α, en administrant de l’Aη-α synthétique (M108) de manière aigue sur des tranches d’hippocampe ex vivo et via l’analyse de nouvelles lignées de souris transgéniques MISEPA2 et MISEPA4 sur-exprimant l’Aη-α. Nos résultats montrent l’impact d’Aη-α sur la plasticité synaptique à des concentrations nano-molaires en induisant une dépression à long terme (DLT), tandis que la plasticité présynaptique à court terme et la transmission synaptique basale sont inchangées. Puis, afin d’élucider les effets aigus et chroniques d’un taux élevé d’Aη-α sur la cognition, nous avons mené une série de tests mnésiques. L’analyse des lignées transgéniques révèlent aucun déficit majeur de mémoire, bien que des altérations subtiles soient notables lors d’analyses individuelles. De plus des injections intracérébrales aigues de M108 chez des souris in vivo ne montrent pas de déficit de mémoire. Nous concluons que, bien que la plasticité synaptique excitatrice hippocampique soit clairement impactée par des taux élevés d’Aη-α, aucun phénotype comportemental majeur ne semble apparent. En parallèle, nous avons étudié la plasticité synaptique et le comportement dans un nouveau modèle de souris Knock-out APPΔEta, dans lequel le clivage d’APP par la η-secretase est absent. Dans cette lignée la DLT ne peut pas être induite, mais l’application aigue de M108 rétablit la DLT. Ces données révèlent donc un rôle crucial de l’Aη-α dans ce mécanisme de plasticité synaptique. De plus, les souris APPΔEta montrent un déficit en mémoire spatiale dans le test de la piscine de Morris et une baisse de l’anxiété dans le test d’openfield et les boites claires obscures, indiquant que le clivage d’APP par η-secretase est nécessaire dans les fonctions cognitives. En conclusion, nos résultats contribuent à la compréhension du rôle d’Aη-α dans la physiopathologie, mettant en avant son rôle essentiel dans la plasticité synaptique et la cognition.