Caractérisation des Modèles Transgéniques de la Maladie d'Alzheimer

La maladie d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative caractérisée par la présence de plaques amyloïdes extracellulaires et d'enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires composés de protéines tau hyperphosphorylées. Ses symptômes incluent des troubles cognitifs, des difficultés de mémoire et des changements de comportement. La maladie a des conséquences sociales et économiques importantes, touchant des millions de personnes dans le monde.

Les deux principales lésions neurologiques de la maladie d'Alzheimer sont les plaques amyloïdes, composées du peptide bêta-amyloïde, et les enchevêtrements neurofibrillaires, composés de protéines tau hyperphosphorylées. La protéine tau joue un rôle important dans la stabilisation des microtubules et sa phosphorylation excessive perturbe leur fonctionnement, entraînant une neurotoxicité.

Structure : La protéine Tau est composée de trois isoformes issues d'un même gène par épissage alternatif et diffèrent par l'inclusion ou non de deux exons : tau (352 acides aminés) , tau (441 acides aminés) et tau (456 acides aminés). La protéine tau est constituée d'un domaine N- terminal court, d'une région de répétition centrale constituée de quatre domaines de répétition microtubulaire (R1-R4) et d'un domaine C-terminal. Les domaines N-terminal et C-terminal sont non structurés en l'absence de liaison à MTs et sont impliqués dans l'interaction avec d'autres protéines. Les MTBDs sont intrinsèquement désordonnés et subissent un changement de conformation en hélice alpha lorsqu'ils se lient à MTs. 

Localisation : En condition physiologique, on retrouve la Tau essentiellement dans les axones neuronaux, où  elle est associée aux MTs. 

Fonctions : La fonction principale de la protéine Tau est la stabilisation de l'architecture des microtubules dans les cellules neuronales. Elle contribue à l'assemblage, la dynamique et l'espacement des MTs axonaux, ce qui est essentiel pour le transport axonal et la plasticité synaptique.

Théorie de l'hyperphosphorylation de la Tau : Selon cette théorie, l'hyperphosphorylation de la Tau entraîne une perte de sa fonction de stabilisation des MTs, entraînant leur déstabilisation et une perturbation du transport axonal. 

Toxicité de la Tau hyperphosphorylée : Les études suggèrent que la Tau hyperphosphorylée peut s'agréger pour former des structures appelées enchevêtrements neurofibrillaires (NFT) dans les neurones affectés de la maladie d'Alzheimer. Ces NFT perturberaient le fonctionnement neuronal, entraînant une neurodégénérescence et des troubles cognitifs. Il existe deux principales hypothèses sur la toxicité de la Tau hyperphosphorylée :

• L'hypothèse du gain de fonction : La Tau hyperphosphorylée acquiert de nouvelles propriétés toxiques, telles que la formation d'agrégats ou l'interaction avec d'autres protéines, entraînant une dysfonction neuronale. 

• L'hypothèse de la perte de fonction : La Tau hyperphosphorylée perd sa fonction de stabilisation des MTs, entraînant une déstabilisation des MTs et une perturbation du transport axonal, ce qui conduit à une neurodégénérescence.

Le Caenorhabditis elegans est un nématode transparent appartenant à la famille des Rhabditidae. C'est un organisme modèle utilisé en biologie depuis des décennies en raison de sa simplicité, de sa courte durée de vie et de sa facilité d'élevage. Le C. elegans possède un système nerveux relativement simple, composé d'environ 302 neurones, ce qui en fait un modèle idéal pour étudier la neurobiologie.

Le système nerveux du C. elegans est constitué de 302 neurones, connectés par environ 7000 synapses. Il est divisé en deux parties principales : le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Le système nerveux central est composé du cerveau, du collier nerveux et du cordon nerveux ventral. Le système nerveux périphérique est constitué des neurones sensoriels et des neurones moteurs.

La locomotion du C. elegans est assurée par des muscles longitudinaux, qui se contractent de manière coordonnée grâce à l'action de deux neurotransmetteurs : le GABA (acide gamma-aminobutyrique) et l'acétylcholine. Le GABA est libéré par les neurones moteurs GABAergiques et provoque une inhibition des muscles longitudinaux, tandis que l'acétylcholine est libérée par les neurones moteurs cholinergiques et provoque une contraction des muscles longitudinaux. Cette coordination permet au ver de se déplacer dans différentes directions.

Le C. elegans est un excellent modèle pour étudier la neurobiologie et les maladies neurodégénératives. Sa simplicité, sa courte durée de vie et sa facilité d'élevage en font un organisme idéal pour les études génétiques et pharmacologiques. De plus, son système nerveux relativement simple permet de disséquer les mécanismes neuronaux impliqués dans des processus complexes tels que la locomotion, l'apprentissage et la mémoire.

Intégration et SéquençageLes souches transgéniques exprimant soit la protéine Tau hyperphosphorylée humaine (hyperP), la Tau sauvage (WT) ou la Tau hypophosphorylée (hypoP) ont été générées par intégration aléatoire dans le génome de C. elegans. Le séquençage a confirmé l'intégration des transcrits tau dans les trois souches transgéniques.Expression de la protéine TauL'analyse RT-PCR a révélé une expression accrue des transcrits tau hyperP, WT et hypoP dans les souches transgéniques respectives. L'analyse Western blot a confirmé la présence des protéines Tau de taille et de poids moléculaire attendus.

Motilité des vers transgéniques****Test de ParalysieLa souche hyperP a montré une paralysie significativement plus importante que les souches WT et hypoP, indiquant des problèmes locomoteurs.**WormTracker®**L'analyse WormTracker® a révélé une diminution de la vitesse de déplacement pour la souche hyperP, soutenant davantage les déficits locomoteurs chez cet animal.**WormLab®**La vitesse de nage mesurée à l'aide de WormLab® a montré une diminution significative pour la souche hyperP par rapport aux souches WT et hypoP, confirmant les altérations de la motilité induites par l'expression de la Tau hyperP.Neurodégénérescence des neurones moteursUne diminution significative du nombre de neurones moteurs a été observée dans la souche hyperP par rapport aux souches WT et hypoP, suggérant que l'expression de la Tau hyperP induit une neurodégénérescence.Problèmes développementaux****Taille du corpsLa souche hyperP a présenté une taille corporelle significativement plus petite que les autres modèles, indiquant des problèmes de développement associés à l'expression de la Tau hyperP.Production d’œufs et Durée de vieLes souches tau WT et hyperP ont pondu moins d'œufs et présentaient une durée de vie légèrement raccourcie, suggérant que l'expression de la Tau sauvage et hyperP peut affecter la reproduction et la longévité.

Le screening de drogues utilisées dans des modèles de tauopathies chez C. elegans n'a pas permis d'identifier de composés ayant des effets significatifs sur les déficits locomoteurs ou la neurodégénérescence dans notre modèle hyperP.