Biochemical, anatomical, and cognitive influences of exopeptidases truncation in N-terminal Aβ peptide
Influences biochimiques, anatomiques et cognitives de la troncation exopeptidasique N-terminale du peptide Aβ
Résumé
The diversity of amyloid peptides (Aβs) forms significantly contributes to the complexity of the pathology requiring a better understanding of their roles. Recently, their involvement in the initiation and worsening of Alzheimer’s Disease (AD) seemed irrevocable, due to their strong presence in patients’ brains. Studies have shown that the loss of these fragments, in particular the Aβ forms truncated at N-terminal end, considerably improve cognitive functions in several mouse models of the disease. The hypothesis of my project was to analyze the implication of two enzymes, so far little studied in this context, on the truncation of the Aβ peptide at the N-terminal region. Over these years, I have studied the role of 2 candidate enzymes: Aminopeptidase A (APA) and Dipeptidyl-peptidase 4 (DPP4).During my thesis, I proved the influence of two exopeptidases in the truncation of the Aβ peptide in the N-terminal region with in vitro, ex-vivo and in vivo models. The results support the idea that these enzymes modify the Aβ fragment into more toxic forms by participating on cognitive declines, known in the pathology. In fact, after the characterization of shRNA constructs and lentiviruses against APA or after chronic treatment with RB150, the results show that a decrease in truncated forms of Aβ significantly improves maturation of dendritic spines and spatial memory declines. Biochemically, mice show a degradation of Aβ by a drastic decrease in amyloid plaques at the hippocampal level as well as a decrease in the level of AβpE3-42 (pharmacological approach) and Aβ1-42 (lentivirus) in the insoluble fraction by Elisa. In parallel, DPP4 presents a more complex role. Indeed, the results obtained by mass spectrometry and immunoprecipitation show that DPP4 cleaves Aβ40 into Aβ3-40. The lentiviral approach shows a significant decrease in the level of amyloid plaques and an improvement in learning (Water Maze). Moreover, the enzymatic activity of DPP4 and APA in patient’s brains shows an increase at the early stage of the pathology. APA and DPP4 are proving to be interesting candidates for therapeutic approaches aiming at blocking the formation of truncated Aβ forms at the N-terminal region.
Les diverses formes provenant du peptide amyloïde (Aβ) procurent une complexité non négligeable à la Maladie Alzheimer (MA) et demandent une meilleure compréhension de leurs rôles. Depuis peu, leur implication dans l’initiation et l’aggravation de la pathologie semble irrévocable, du fait de leur forte présence dans les cerveaux de patients. Des travaux stipulent que la perte de ces fragments, en particulier les Aβs tronqués en N-terminal, améliorent considérablement les fonctions cognitives de plusieurs modèles murins de MA. L’hypothèse de mon projet de recherche a donc été d’analyser l’implication de deux enzymes, pour l’instant peu étudiées dans ce contexte, sur la troncation du peptide Aβ dans la région N-terminale. Durant ma thèse, j’ai étudié le rôle des 2 enzymes candidates à ce clivage : l’Aminopeptidase A (APA) et la Dipeptidyl-peptidase 4 (DPP4). J’ai démontré l’influence des deux exopeptidases dans la troncation du peptide Aβ en N-terminal, dans des modèles in vitro, ex-vivo et in vivo. Les résultats obtenus confortent l’idée que ces enzymes modifient le fragment Aβ en des formes plus toxiques jouant sur les déclins cognitifs, connue dans la pathologie. En effet, après avoir caractérisé les constructions shRNA et les lentivirus dirigés contre APA ou après le traitement chronique avec le RB150 (un inhibiteur pharmacologique d’APA), les résultats mettent en évidence qu’une diminution des formes tronquées d’Aβ en région N-terminale améliore considérablement la maturation des épines dendritiques et les déclins de mémoire spatiale. Biochimiquement, les souris présentent une dégradation d’Aβ par une diminution drastique des plaques amyloïdes au niveau hippocampique ainsi qu’une baisse du niveau d’AβpE3-42 (approche pharmacologique) et Aβ1-42 (lentivirus) dans la fraction insoluble. En parallèle, DPP4 présente un rôle apriori plus complexe. En effet, les résultats par spectrométrie de masse et immunoprécipitation dénotent que DPP4 clive Aβ40 en Aβ3-40. L’approche lentivirale atteste d’une baisse significative du niveau de plaques amyloïdes et d’Aβ40 et Aβ42 dans la fraction insoluble en Elisa et d’une amélioration de l’apprentissage. Cependant, le traitement à la sitagliptine montre peu d’effets bénéfiques en tests comportementaux ou après analyses biochimiques. Par ailleurs, l’activité enzymatique d’APA et de DPP4 mesurée dans des cerveaux de patients montre une augmentation au stade précoce de la pathologie. L’ensemble de ces résultats renforce indéniablement l’implication de ces enzymes dans l’initiation et/ou le développement de la pathologie. APA et DPP4 se révèlent d’être des candidats intéressants pour des approches thérapeutiques visant à bloquer la formation des formes d’Aβs tronquées en région N-terminale.
Origine : Version validée par le jury (STAR)