La maladie d’Alzheimer (MA) est l’une des démences les plus répandues dans le monde. Actuellement, la MA représente un défi sociétal, sanitaire et économique majeur et est considérée comme une priorité sanitaire mondiale. Elle est caractérisée par deux marqueurs histopathologiques principaux : les enchevêtrements neurofibrillaires de protéines Tau et les plaques séniles. Ces plaques sont des dépôts insolubles de peptides amyloïdes β (Aβ) auto-assemblés, qui s’accumulent dans le cerveau, et qui contiennent des niveaux élevés d’ions métalliques tels que le Cu(II) et le Zn(II). Selon l’hypothèse de la cascade amyloïde, l’auto-assemblage du peptide Aβ est l’un des évènements précoces et importants de la MA. Ainsi, une des approches thérapeutiques contre la MA, actuellement étudiée, est l’inhibition ou la modulation de ces auto-assemblages. L’objectif de ma thèse est d’évaluer des ions endogènes : les ions polyphosphates (PP) en tant que modulateurs de l’auto-assemblage de Aβ, y compris en présence d’ions métalliques, afin de mieux déterminer leurs mécanismes d’action et d’évaluer leur impact en tant que potentiels agents thérapeutiques contre la MA. Pour mieux comprendre la manière dont les PP modulent les auto-assemblages de Aβ, en présence ou non d’ions métalliques, il était nécessaire d’étudier l’impact de chaque modulateur indépendamment, puis ensemble. De plus, pour généraliser l’effet des PP, différents peptides Aβ (complet, tronqué et muté) ont également été étudiés.
La coordination des ions métalliques a été étudiée au sein des différents peptides Aβ. Ici, la coordination des ions Zn(II) au sein du peptide Aβ4-40 a été proposée. La connaissance des sites de coordination et des affinités des ions métalliques (Cu(II) et Zn(II)) liés aux peptides Aβ, a permis d’établir leurs influences sur les auto-assemblages de Aβ et sur la morphologie des espèces obtenues. Des effets dépendants de la séquence peptidique mise en jeu ont été détectés, dus à des affinités et ou des charges différentes.
Les interactions des PP ont également été étudiées avec les peptides Aβ. Il a été constaté que les PP interagissent avec les peptides Aβ par le biais d'interactions électrostatiques via les résidus cationiques des acides aminés (His, Arg, Lys et l’amine N terminale). Les interactions avec les ions métalliques (Cu(II) et Zn(II)) ont également été explorées. Les résultats obtenus suggèrent que les interactions entre les PP et le Zn(II) ou le Cu(II) et les peptides Aβ, ainsi que la localisation des ions métalliques au sein des PP ou des peptides Aβ, dépendent des peptides et/ou des métaux impliqués.
Enfin, les effets modulateurs des PP sur la cinétique d'auto-assemblage et la morphologie des espèces Aβ résultantes ont été étudiés. Il a été détecté que les PP peuvent affecter l'auto-assemblage de Aβ en fonction de leur longueur (14, 60 ou 130 uP) et de leur concentration, induisant une meilleure organisation en fibres, riches en feuillets β, tout en empêchant leur fragmentation. Même en présence d'ions métalliques, et même lorsque les PP ne sont pas capables de coordonner les ions métalliques hors des complexes à base de Aβ, ils sont toujours capables de moduler les auto-assemblages et de structurer les fibres de Aβ.
En conclusion, les PP sont capables de moduler les auto-assemblages de Aβ et de structurer les fibres en espèces plus riches en feuillets β, même en présence d'ions métalliques. En outre, ils sont capables d'empêcher la fragmentation des fibres en les rendant plus résistantes au clivage et en empêchant la formation d’agrégats plus petits et plus toxiques. Les PP sont donc de bons candidats pour inspirer de nouveaux agents thérapeutiques contre la MA. |
The Alzheimer’s disease (AD) is one of the most common dementia worldwide. Nowadays, AD represents an important and major social, health and economic challenge and should be regarded as a global health priority. It is characterised by two main histopathological hallmarks: the neurofibrillary tangles and the senile plaques. These plaques are insoluble deposits of self-assembled amyloid-β peptide (Aβ) that are found in the brain and contain high levels of metal ions such as Cu(II) and Zn(II). According to the amyloid cascade hypothesis, Aβ self-assembly is one of the key and early events of AD pathology. So, one therapeutic approach against AD currently studied is the inhibition or the modulation of this self-assembly. The objectives of my PhD work is the evaluation of the endogenous polyphosphates (PP) ions as Aβ self-assembly modulators, including in presence of metal ions, to better understand the complex mechanisms occuring in the synaptic cleft but also to investigate their role as new therapeutic agents against AD. To better understand how PP modulate Aβ self-assemblies, with or without metal ions being present, it was needed to first study the impact of each modulator independently and then, together. Moreover, to see the complete modulatory impact of PP, different Aβ peptides (full length, truncated and mutated ones) were also studied.
The coordination of the metal ions was studied within the different Aβ peptides. Here the coordination of Zn(II) ions to Aβ4-40 peptide was proposed. With the knowledge of the coordination sites and affinities of metal ions (Cu(II) and Zn(II)) in Aβ peptides, their influence on the self-assembly and on the morphology of the resulting assemblies was established. Differencies or similarities were found on the self-assemblies of the different Aβ peptides with metal ions, depending on their affinities and/or the overall charge of the complexes.
The interactions of the PP were also investigated with Aβ peptides. It was found that PP interact with Aβ peptides through electrostatic interactions via the cationic amino-acid residues (His, Arg, Lys and N-terminal amine). The interactions with metal ions (Cu(II) and Zn(II)) were also explored, even in competition with the different Aβ peptides. The obtained results suggested that PP interactions with Zn(II) or Cu(II) and Aβ peptides, as well as the localisation of the metal ions within PP or Aβ peptides, depend on the peptides or the metals involved.
Finally, the modulatory effects of the PP on the self-assembly kinetics and morphology of the resulting Aβ species was investigated. It was detected that PP can affect Aβ self-assembly in a length (14, 60 ou 130 uP) and concentration-dependent manner, inducing a better organisation into β-sheet-rich fibrils while preventing fibril fragmentation. Even in presence of metal ions, and even if the PP are not able to coordinate the metal ions out of the Aβ-based complexes, they are still able to modulate the self-assemblies and to structure Aβ fibrils.
In conclusion, the PP are able to modulate Aβ self-assemblies and to structure the fibrils into longer and more β-sheet species, even in the presence of metal ions. In addition, they are also able to prevent the fibril fragmentation by making the fibrils more resistant to the cleavage and by preventing the formation of smaller and more toxic aggregates. Hence, PP are good candidates for the studies of new therapeutic agents against AD. |