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 d’Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative la plus répandue dans le monde. De nature multifactorielle, cette maladie demeure incurable et son étiologie reste encore inconnue. L’ensemble des travaux de recherche a néanmoins permis de mieux comprendre certains de ses mécanismes. Plusieurs mutations génétiques sont à l’origine de formes familiales de la MA. Ces mutations, identifiées sur les gènes de l’APP (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 l’homéostasie 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 d’intérêt 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, j’ai étudié le rôle des métalloprotéases MT1- et MT5-MMP sur les processus amyloïdogéniques, et, pour MT5-MMP, son impact sur l’inflammation associée à la cytokine IL-1β en parallèle de son implication dans la maturation neuronale et dans l’activité 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 l’APP 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 l’APP, dont le C99 et l’Aβ ; ii) une réduction de la réponse inflammatoire associée aux astrocytes et à la microglie avec des taux diminués de cytokines pro-inflammatoires, dont l’IL-1β et le TNF-α ; iii) une préservation de l’intégrité des réseaux neuronaux, des activités synaptiques et des performances cognitives. In vitro, nous montrons que MT5-MMP interagit avec l’APP, accroît sa localisation dans les endosomes précoces - l’un des sièges importants de l’activité de BACE-1 (beta-site amyloid precursor protein cleaving enzyme 1) et de la γ-sécrétase - et augmente la libération d’Aβ. 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 l’APP (HEKSwe), nous montrons que MT1-MMP stimule la production de C99 et d’Aβselon un processus dépendant des activités de BACE-1 et de la γ-sécrétase. Nos données indiquent que MT1-MMP interagit avec l’APP 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 l’APP vers les endosomes précoces, pouvant expliquer son potentiel pro-amyloïdogénique. Enfin, la surexpression d’une forme catalytiquement inactive de MT1-MMP n’induit aucun des effets observés avec la forme active de la protéase. L’ensemble de ces travaux permet d’envisager 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.