La maladie d’Alzheimer est la démence la plus répandue dans le monde. Le nombre de cas augmente de manière exponentielle et il est donc important de comprendre les mécanismes moléculaires donnant lieu à cette terrible maladie. Une des hypothèses les plus supportées est celle suggérant que la production et dégradation déséquilibrées de l’amyloïde-beta (AB), un peptide de 42 acides aminés trouvé dans tous les individus sains, est un événement clé dans le déroulement de la maladie d’Alzheimer. En effet, une production accrue ou une dégradation faible du peptide ont pour conséquence son agrégation et accumulation dans des plaques de fibres entre les neurones des régions spécifiques du cerveau. C’est pourquoi la modulation de l’agrégation du peptide AB est une des approches envisageables pour modifier l’évolution de la maladie d’Alzheimer. Les protéines chaperons dont une des fonctions est d’assister d’autres protéines dans leur repliement, sont parmi les molécules les plus étudiées pour leur capacité modulatrice de l’agrégation des protéines (inclus le peptide AB). Plusieurs chaperons ont montré la capacité d’inhiber la formation des fibres par l’AB. Cependant, du fait que les chaperons sont des molécules conservées et peu spécifiques, leur surexpression ou administration directe peut avoir des conséquences négatives si les chaperons interagissent avec des protéines autres que la protéine cible. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à une protéine chaperon bactérienne possédant une forte activité « holdase » (i.e., elle empêche le repliement précoce des protéines) comme possible modulateur de l’agrégation du peptide AB. Le chaperon sauvage a une très faible capacité d’inhibition de la formation de fibres par le peptide AB. Cependant, nous avons démontré qu’en modifiant légèrement la surface de liaison du chaperon, la protéine devient un puissant inhibiteur de l’agrégation d’AB. En parallèle, nous nous sommes intéressés à l’influence des ions métalliques sur l’agrégation du peptide AB. De plus, la mise en évidence des ions métalliques tel que le cuivre et le zinc, ainsi que de certains chaperons moléculaires à l’intérieur des plaques amyloïdes, nous a motivé à explorer le mécanisme dominant la formation de fibres quand le peptide est en présence des ions métalliques et de molécules chaperons. D’une part, nous avons également montré que la coordination du peptide aux ions métalliques est dominante pendant la phase de nucléation. D’autre part, que la dynamique des complexes peptide-ion métallique peut déterminer si les molécules chaperons prennent le relais de l’agrégation pendant l’élongation. Ce travail réaffirme le potentiel des chaperons moléculaires comme modulateurs de l’agrégation du peptide AB. Enfin, dans ce travail nous surlignons l’importance de tester les modulateurs d’agrégation en présence d’autres molécules physiologiquement et pathologiquement pertinentes car leurs interactions peuvent considérablement modifier les résultats d’agrégation. |
Alzheimer’s disease is the most frequent type of dementia. With an exponentially growing number of cases, understanding the underlying molecular events leading to this devastating condition is of crucial importance. Much evidence points to a disequilibrium in the production and degradation of amyloid beta (AB), a normally physiological 42 amino acid peptide, as an early key event in Alzheimer’s etiology. Whether AB is overproduced or poorly degraded, the overall result is an abnormally large pool of peptide that gradually aggregates forming extracellular deposits of fibrils, called amyloid plaques, in specific brain regions. Hence, modulation of AB aggregation process is one of the suggested approaches to control the evolution of Alzheimer’s disease. Universally conserved molecular chaperones have been intensively studied for their capacity to prevent aggregation of disease-related proteins, and many of them have proven to efficiently modulate Alzheimer’s AB aggregation. In a scenario where chaperones are overexpressed or directly administered into the affected tissue, the universal conservation and the relatively poor client-specificity of generic chaperones can become a downside because of the risk of interaction with proteins other than the targeted one is not dismissible, and thus the consequences unpredictable. In the first part of this work, we looked upon a bacterial chaperone call SecB with an unusually robust holdase activity (i.e. it prevents early protein folding) as a promising modulator of Alzheimer’s AB peptide aggregation. Although the wild type chaperone has only a mild capacity to inhibit AB fibril formation, we found that specific mutations within its large substrate binding surface convert this chaperone as a potent inhibitor of AB aggregation. In parallel, we got interested in how metal ions coordination to AB, especially zinc and copper, may impact the peptide aggregation in the presence of polyphospahtes (PolyP) whose chaperone function has been recently demonstrated. Our data suggest that AB coordination to metal ions is the overall dominant phenomenon during AB fibril formation. We found that depending on the peptide-metal ion coordination complex dynamics, PolyP may or not be able to take over the effect of metal ions and modify the outcome of the aggregation process. This work reaffirms the potential of chaperone molecules as modulators of Alzheimer’s disease AB peptide. Finally, our study highlights the importance of testing aggregation modulator candidates in presence of other physiologic and pathologically relevant molecules since their interplay can considerably modify the aggregation outcome. |