La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative courante chez les personnes âgées, caractérisée par des plaques séniles et des enchevêtrements neurofibrillaires. Les plaques sont composées du peptide amyloïde-β (Aβ) en interaction avec des ions métalliques, notamment le cuivre. Sa complexation avec ce dernier pourrait jouer un rôle central dans sa toxicité, en induisant la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), comme le radical hydroxyle, qui provoque des dommages oxydatifs tant sur le peptide que sur les membranes plasmiques. Ce projet visait à étudier les interactions entre le peptide Aβ, le Cu²⁺ et des vésicules lipidiques (LUVs) – mimétiques des membranes plasmiques – en conditions de stress oxydant, en utilisant l’ascorbate comme agent réducteur. L’étude cherchait à déterminer l’impact de ces interactions sur la production de ROS ainsi que sur les dommages oxydatifs qui en résultent.
Dans une première partie, un système modèle a été développé, fondé sur des LUVs formés de phospholipides à tête choline (PLPC) ou sérine (PLPS) et comportant une chaine linoléique insaturée dans un rapport molaire 80 :20. En présence de LUVs, la réaction « Fenton-like » étudiée a consisté en l’oxydation d’ascorbate en présence d’ions Cu2+ et d’oxygène, et a été suivie par spectroscopie UV-visible. Une diminution de la vitesse initiale de consommation de l’ascorbate lorsque les LUVs sont présentes a été observée et le système cinétique a été modélisé pour extraire les constantes de chaque réaction. Cette étude a révélé des interactions possibles entre le PLPS et l’ion métallique.
Dans une seconde partie, les peptides modèle Aβ1-28 ou Aβ1-28 pré-oxydé ont été ajoutés dans le système réactionnel. Deux voies d’ajout ont été examinées : la pré-incubation du peptide avec les LUVs ou celle avec le cuivre. Les résultats indiquent que la complexation du cuivre avec le peptide Aβ1-28 est un processus lent, mais reste favorisée avant l'intervention de l'ascorbate. Les dommages oxydatifs ont été examinés au niveau moléculaire par spectrométrie de masse. Des formes oxydées du peptide Aβ1-28 et des PLPC ont été observées, suggérant une compétition potentielle entre eux pour l’oxydation. Les études sur peptide Aβ 1-28 pré-oxydé sont en cours de développement.
Dans la dernière partie, les toxicités du cuivre, du peptide Aβ1-28 et du complexe ont été évaluées sur des cellules SH-SY5Y. Une cytotoxicité du peptide, des ions Cu2+, ainsi que du complexe a été observée au-delà de 60 µM en Aβ1-28 et 15 µM en Cu2+. A noter que la version pré-oxydée du peptide s’est avérée plus rapidement toxique (à partir de 1 µM). Enfin, un travail préliminaire a été entamé avec le peptide Aβ1-40, dont l’utilisation est plus complexe à cause de sa propension à former des agrégats en solution. Deux méthodes de solubilisation ont été évaluées et les solutions peptidiques ont été caractérisés par diffusion dynamique de la lumière et fractionnement flux force.
En conclusion, ce travail met en lumière certaines interactions entre le peptide Aβ, le cuivre et les LUVs, ouvrant la voie à de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes oxydatifs liés à la maladie d'Alzheimer. |
Alzheimer's disease (AD) is a common neurodegenerative disorder in the elderly, characterized by senile plaques and neurofibrillary tangles. The plaques are composed of amyloid-β (Aβ) peptide interacting with metal ions, particularly copper. Its complexation with copper could play a central role in its toxicity by inducing the production of reactive oxygen species (ROS), such as the hydroxyl radical, which causes oxidative damage to both the peptide and plasma membranes. This project aimed to study the interactions between Aβ peptide, Cu²⁺, and lipid vesicles (LUVs) — mimicking plasma membranes — under oxidative stress conditions, using ascorbate as a reducing agent. The study sought to determine the impact of these interactions on ROS production and the resulting oxidative damage.
In the first part, a model system was developed based on LUVs made of choline headgroup phospholipids (PLPC) or serine (PLPS), containing an unsaturated linoleic acid chain in an 80:20 molar ratio. In the presence of LUVs, the studied "Fenton-like" reaction involved ascorbate oxidation in the presence of Cu²⁺ ions and oxygen, which was monitored by UV-visible spectroscopy. A decrease in the initial rate of ascorbate consumption was observed when LUVs were present, and the kinetic system was modeled to extract the rate constants of each reaction. This study revealed potential interactions between PLPS and the metal ion.
In the second part, the model peptides Aβ1-28 or pre-oxidized Aβ1-28 were added to the reaction system. Two pathways of peptide addition were examined: pre-incubation of the peptide with LUVs or pre-incubation with copper. The results show that the complexation of copper with Aβ1-28 is a slow process, which is favored before ascorbate is introduced. Oxidative damage was examined at the molecular level using mass spectrometry. Oxidized forms of Aβ1-28 and PLPC were observed, suggesting potential competition between them for oxidation. Studies on pre-oxidized Aβ1-28 peptide are still under development.
In the final part, the toxicities of copper, Aβ1-28, and the complex were evaluated in SH-SY5Y cells. Cytotoxicity was observed for the peptide, Cu²⁺ ions, and the complex at concentrations above 60 µM for Aβ1-28 and 15 µM for Cu²⁺. Notably, the pre-oxidized form of the peptide proved to be toxic more quickly (from 1 µM). Finally, preliminary work was undertaken with the Aβ1-40 peptide, whose use is more complex due to its tendency to aggregate in solution.
Two solubilization methods were evaluated, and the peptide solutions were characterized by dynamic light scattering and field-flow fractionation.
In conclusion, this work highlights certain interactions between the Aβ peptide, copper, and LUVs, opening new perspectives for understanding the oxidative mechanisms related to Alzheimer's disease. |