Soutenance de thèse de Laura GARCIA GONZALEZ

La maladie d'Alzheimer (MA) est la forme la plus courante de démence, un terme général qui désigne la perte de mémoire et d'autres troubles cognitifs qui handicapent la vie quotidienne. La MA est une maladie incurable avec de multiples facettes et d´étiologie inconnue. Les principales lésions cérébrales comprennent : i) l'agrégation du peptide bêta-amyloïde (Ab) à l'origine de la formation des plaques amyloïdes et ii) l'hyperphosphorylation de la protéine tau qui génère les dégénérescences neurofibrillaires intracellulaires. Malgré l'échec des stratégies anti-b; dans les essais cliniques, l'hypothèse de la cascade amyloïde est prépondérante dans la MA. Le peptide Ab; et d'autres métabolites toxiques (i.e., C99) sont produits suite aux clivages de l'APP par la b- et le complexe g-sécrétase. La découverte récente de nouvelles sécrétases qui clivent l’APP suggère l’existence d'autres voies pathogènes et ouvre la voie à la mise au point de nouveaux médicaments contre la MA. Dans ce contexte, j'ai étudié les mécanismes par lesquels deux métalloprotéases matricielles, MT1- et MT5-MMP, pourraient réguler la physiopathologie de la MA (e.g., métabolisme amyloïde et processus neuroinflammatoires). Nous avons montré que la suppression de MT5-MMP (h-sécrétase) dans un modèle murin de la MA limite le clivage pathologique de l'APP à des stades précoces de la maladie, accompagné d’une diminution des taux d’Ab; et de son précurseur neurotoxique C99, des cytokines pro-inflammatoires (IL-1b; et TNF-a), de la réactivité gliale et une amélioration de la mémoire de travail. Nous avons démontré in vitro que MT5-MMP stimule le trafic de l'APP vers les endosomes et favorise la production d’Ab. De manière intéressante, les propriétés pro-amyloïdogéniques de MT5-MMP semblent être indépendantes de son activité catalytique, ce qui n’est pas le cas de MT1-MMP dont l’activité catalytique est strictement requise. Ces différences s’expliquent par la capacité spécifique de certains domaines de MT5-MMP, et pas ceux de MT1-MMP, à contrôler le devenir de C99. Afin d'étudier les fonctions de MT5-MMP dans un contexte humain, nous avons mis en place et utilisé des neurones humains dérivés de cellules iPS provenant de personnes atteintes ou non de MA, ainsi que la technique CRISPR/Cas9 pour générer des cellules iPS déficientes pour MT5-MMP. Pour la première fois, nous avons démontré que le MT5-MMP contribue au métabolisme de l'APP/Ab; et aux processus neuroinflammatoires dans les cellules neuronales humaines. De plus, nous avons découvert un rôle inattendu de MT5-MMP dans la protéolyse d'APOE et de tau, deux autres protéines clés dont le métabolisme contribue au développement de MA. Mes données ont confirmé les fonctions pathologiques de MT1- et de MT5-MMP dans la MA, fonctions qui semblent passer par des mécanismes moléculaires différents. Pour conclure, ces deux MT-MMP pourraient devenir de nouvelles cibles thérapeutiques et nos travaux ouvrir de nouveaux axes de recherche pour le développement de médicaments pour traiter la MA.

Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia, a general term for memory loss and other cognitive disabilities interfering with daily life. AD is an incurable multifaceted pathology of unknown etiology. The main brain lesions include: i) the aggregation of the amyloid-beta peptide (Ab) giving rise to amyloid plaque formation and ii) hyperphosphorylation of the tau protein that generates the intracellular neurofibrillary tangles. Despite the failure of anti-Ab strategies in clinical trials, the amyloid cascade hypothesis is still considered the most reliable tell-tale sign of AD. Ab and other toxic metabolites (i.e., C99) are produced following various cleavages of APP by canonical b- and g-secretase. The recent discovery of new APP secretases suggests alternative pathogenic pathways and pave the way for the development of new drugs against AD. In this context, I studied the mechanisms whereby two matrix metalloproteases, MT1- and MT5-MMP, could regulate AD pathophysiology (e.g., amyloid metabolism and neuroinflammatory processes). We have shown that MT5-MMP (h-secretase) deletion in a mouse model of AD prevents pathological cleavage of APP at early stages of the pathology, resulting in lower levels of Ab and its neurotoxic precursor C99, concomitant with a lower production of pro-inflammatory cytokines (including IL-1b and TNF-a), reduced gliosis and improved working memory. We demonstrated in vitro that MT5-MMP stimulates APP endosomal trafficking and promotes Ab production. Most interestingly, pro-amyloidogenic features of MT5-MMP can be independent of its catalytic activity, unlike MT1-MMP which requires proteolytic activity. The underlying mechanisms reveal specific control of some MT5-MMP domains on C99 fate, which differ from those of MT1-MMP. In order to study MT5-MMP functions in a human context we implemented and used human iPSCs-derived neurons from Alzheimer’s and non-demented individuals, as well as CRISPR/Cas9 to generate isogenic MT5-MMP knockout cells. For the first time, we provided evidence that MT5-MMP contributes to APP/Ab metabolism and neuroinflammation in human neural cells. Moreover, we discovered an unexpected role of MT5-MMP in APOE and tau proteolysis, two other key proteins that contribute to AD pathology. Overall, my data confirmed the pathological functions of both MT1- and MT5-MMP in AD pathogenesis, which may in fact be driven through different molecular mechanisms. We conclude that these MT-MMPs could become new therapeutic targets and thereby open new avenues to develop drugs to treat AD pathology.