Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Neurosciences
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Métalloprotéase MT5-MMP,Alzheimer,Métabolisme amyloïde,eta-sécrétase,Inflammation,Interleukine
Keywords
Matrix metaloproteinase MT5-MMP,Alzheimer,Amyloid metabolism,eta-secretase,Inflammation,Interleukin
Titre de thèse
Métalloprotéases matricielles et maladie d'Alzheimer : étude des rôles de MT1- et MT5-MMP dans l'amyloïdogenèse et la neuro-inflammation
Matrix metalloproteinases and Alzheimer's disease : study of the role of MT1- and MT5-MMP in amyloidogenesis and neuroinflammation
Date
Mercredi 5 Décembre 2018 à 14:00
Adresse
Faculté de Médecine Secteur Nord
CS80011
51 Bd Pierre Dramard
13344 Marseille Cedex 15 Salle des thèses
Jury
Directeur de these |
M. Santiago RIVERA |
Université d'Aix Marseille (AMU) |
Rapporteur |
M. Stéphane DEDIEU |
Université de Reims Champagne Ardenne |
Rapporteur |
M. Alexis BEMELMANS |
CEA Fontenay-aux-Roses |
CoDirecteur de these |
M. Kévin BARANGER |
Université d'Aix Marseille (AMU) |
Examinateur |
M. Frédéric CHECLER |
Université de Nice Sophia Antipolis |
Examinateur |
Mme Sophie DESPLAT-JéGO |
Université d'Aix Marseille (AMU) |
Résumé de la thèse
La maladie dAlzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative la plus répandue dans le monde. De nature multifactorielle, cette maladie demeure incurable et son étiologie reste encore inconnue. Lensemble des travaux de recherche a néanmoins permis de mieux comprendre certains de ses mécanismes. Plusieurs mutations génétiques sont à lorigine de formes familiales de la MA. Ces mutations, identifiées sur les gènes de lAPP (amyloid precursor protein) et de la PSEN1 (presenilin 1) suggèrent un rôle central du peptide Aβ (beta amyloid peptide) dans la pathogenèse de la MA. De nombreuses études ont ainsi tenté de réguler lhoméostasie du peptide Aβ soit en diminuant sa production soit en facilitant sa dégradation. Par ailleurs, des mutations sur des gènes indispensables à la réponse inflammatoire peuvent également accroître le risque de développer la MA. Dans ce contexte, les métalloprotéases matricielles (MMP) pourraient constituer des cibles thérapeutiques dintérêt puisque certaines semblent avoir un impact à la fois sur le métabolisme du couple APP/Aβ et sur la réponse inflammatoire. Au cours de mon doctorat, jai étudié le rôle des métalloprotéases MT1- et MT5-MMP sur les processus amyloïdogéniques, et, pour MT5-MMP, son impact sur linflammation associée à la cytokine IL-1β en parallèle de son implication dans la maturation neuronale et dans lactivité synaptique. In vivo, nos travaux montrent un effet bénéfique de la délétion en MT5-MMP chez le modèle murin 5xFAD de la MA. Ces souris expriment lAPP et la PSEN1 humains avec des mutations responsables des formes familiales de la maladie. La déficience en MT5-MMP dans ce modèle se caractérise par : i) une diminution des taux de métabolites toxiques de lAPP, dont le C99 et lAβ ; ii) une réduction de la réponse inflammatoire associée aux astrocytes et à la microglie avec des taux diminués de cytokines pro-inflammatoires, dont lIL-1β et le TNF-α ; iii) une préservation de lintégrité des réseaux neuronaux, des activités synaptiques et des performances cognitives. In vitro, nous montrons que MT5-MMP interagit avec lAPP, accroît sa localisation dans les endosomes précoces - lun des sièges importants de lactivité de BACE-1 (beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1) et de la γ-sécrétase - et augmente la libération dAβ. In vitro, nous avons étudié le rôle de MT1-MMP sur les processus amyloïdogéniques. Après surexpression dans des cellules HEK (human embryonic kidney) exprimant de manière stable la mutation Swedish de lAPP (HEKSwe), nous montrons que MT1-MMP stimule la production de C99 et dAβselon un processus dépendant des activités de BACE-1 et de la γ-sécrétase. Nos données indiquent que MT1-MMP interagit avec lAPP et le clive en partenariat avec MMP-2 pour générer deux fragments aux propriétés encore inconnues : un fragment soluble, nommé sAPP95, et un fragment membranaire de 30 kDa (CTF30). MT1-MMP, comme MT5-MMP, favorise le trafic de lAPP vers les endosomes précoces, pouvant expliquer son potentiel pro-amyloïdogénique. Enfin, la surexpression dune forme catalytiquement inactive de MT1-MMP ninduit aucun des effets observés avec la forme active de la protéase. Lensemble de ces travaux permet denvisager MT1- et MT5-MMP comme de nouvelles cibles thérapeutiques pour cibler à la fois les processus pro-amyloïdogéniques et pro-inflammatoires caractéristiques de la MA.
Thesis resume
Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disease in the world. This multifactorial disease remains incurable and its etiology is unknown. Research has helped to better understand some of its mechanisms. Several genetic mutations are responsible for familial forms of AD. These mutations, identified on the APP (amyloid precursor protein) and PSEN1 (presenilin 1) genes, suggest a central role for Aβ peptide (beta amyloid peptide) in AD pathogenesis. Taking this into account, numerous studies have tried to regulate the homeostasis of Aβ by either reducing its production or facilitating its degradation. In addition, mutations in genes essential for the inflammatory response potentially increase the risk of developing AD. In this context, matrix metalloproteinases (MMP) could constitute therapeutic targets of interest since some seem to have an impact on both the metabolism of APP/Aβ and on the inflammatory response. During my Ph.D., I studied the role of MT1- and MT5-MMP on amyloidogenic processes. For MT5-MMP, we also studied its impact on inflammation associated to the IL-1β cytokine, in parallel with its involvement in neuronal maturation and in synaptic activity. In vivo, our work revealed a beneficial effect of MT5-MMP deletion in the 5xFAD mouse model of AD. These mice express human APP and PSEN1 with mutations responsible for familial forms of the disease. In this model, MT5-MMP deficiency is characterized by: i) a decrease in the levels of toxic APP metabolites, including C99 and Aβ; ii) a reduction of the inflammatory response associated with astrocytes and microglia, with decreased levels of pro-inflammatory cytokines including IL-1β and TNF-α; iii) a preservation of neural network integrity, synaptic activities and cognitive performance. In vitro, we show that MT5-MMP interacts with APP, increases its localization in early endosomes - one of the important sites of BACE-1 (beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1) and γ-secretase activity- and increases Aβ release. In vitro, we studied the role of MT1-MMP on amyloidogenic processes. After overexpression in HEK (human embryonic kidney) cells stably expressing the Swedish mutation of APP (HEKSwe), we show that MT1-MMP stimulates the production of C99 and Aβ through a process dependent on BACE-1 and γ-secretase activities. Our data indicate that MT1-MMP interacts with APP and cleaves it in partnership with MMP-2 to generate two fragments with still unknown properties: a soluble fragment, named sAPP95, and a 30 kDa membrane bound fragment (CTF30). MT1-MMP, like MT5-MMP, stimulates APP trafficking to early endosomes, which may explain its pro-amyloidogenic potential. Finally, overexpression of a catalytically inactive form of MT1-MMP induces none of the effects observed with the active form of the protease. This work paves the way to consider MT1- and MT5-MMP as new therapeutic targets to target both the pro-amyloidogenic and pro-inflammatory processes characteristic of AD.