Étude de la toxicité neuronale induite par la protéine Tau dans la maladie d’Alzheimer, sur un modèle Invertébré : Drosophila melanogaster

par Yasmina Talmat-Amar

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Marie-Laure Parmentier et de Yves Grau.

Le président du jury était Agnès Fichard.

Le jury était composé de Marie-Laure Parmentier, Yves Grau, Magalie Lecourtois.

Les rapporteurs étaient Bertrand Mollereau, Hervé Tricoire.


  • Résumé

    La protéine Tau est une protéine associée aux microtubules, localisée principalement dans les axones. Elle joue un rôle important dans la polymérisation et la stabilisation des microtubules, in vitro. Sa fixation aux microtubules est régulée par de nombreuses kinases et phosphatases. En effet, lorsque Tau est phosphorylée, elle se détache des MTs. Inversement, elle se fixe aux MTs lorsqu’elle est déphosphorylée. Le dysfonctionnement de la protéine Tau est à l’origine de différentes maladies neurodégénératives appelées Tauopathies comme la maladie d’Alzheimer. Dans ce contexte pathologique, Tau est anormalement phosphorylée et s’accumule sous forme de structures neurofibrillaires appelées PFH (paires de filaments hélicoïdaux). Ces structures sont retrouvées dans les neurones en dégénérescence et constituent une des caractéristiques majeures de lésion histopathologique de la MA. Dans le cadre de cette maladie, deux principaux mécanismes de toxicité neuronale induite par la protéine Tau ont été suggérés. La première hypothèse considère que l’hyperphosphorylation de Tau provoque son détachement des microtubules induisant ainsi une déstabilisation du cytosquelette microtubulaire, une altération du transport axonal et une mort neuronale. Selon la seconde hypothèse, la fixation excessive de Tau aux microtubules altèrerait le transport axonal des vésicules et autres organites nécessaires au bon fonctionnement de la synapse. Dans ce cas, l’hyperphosphorylation de Tau et la formation des structures PFH auraient en premier lieu un effet protecteur pour la cellule. Lors de ce travail de thèse, nous avons confronté ces deux théories en utilisant le modèle invertébré : Drosophila melanogaster. Tout d’abord, nous avons étudié l’effet de la perte de fonction de la protéine Tau de drosophile (dTau) sur l’architecture du cytosquelette microtubulaire et sur le transport axonal des neuropeptides. Ce travail nous a permis d’une part, de tester l’hypothèse de l’effet du détachement de la protéine Tau des MTs sur le transport axonal, et d’autre part d’étudier la fonction endogène de la protéine dTau. En effet, le rôle in vivo de la protéine Tau endogène sur la morphologie et la physiologie axonale reste inconnu à ce jour, et ceci probablement dû à une redondance fonctionnelle avec les autres protéines associées aux microtubules (MAPs). Dans cette présente étude nous utilisons le modèle Drosophila melanogaster qui présente l’avantage de n’avoir qu’un seul homologue de la famille Tau/MAP2/MAP4 des mammifères. Nos données montrent pour la première fois, in vivo, que la protéine Tau contrôle la densité des microtubules axonaux, et que la perte de la protéine Tau altère le transport axonal microtubule-dépendant. Cependant, les défauts observés ne semblent pas être suffisant pour induire une neurodégénérescence, mais pourraient néanmoins constituer un défaut apparaissant précocement chez les individus atteints. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié l’hypothèse centrée sur l’effet de la fixation excessive de la protéine Tau humaine aux microtubules. Pour cela, nous avons utilisé des drosophiles transgéniques exprimant différentes isoformes mutées de Tau humain (hTau) mimant différents états de phosphorylation de la protéine Tau et s’attachant différemment aux microtubules. Nos résultats montrent clairement que la fixation de Tau en excès sur les microtubules induit des défauts majeurs du transport axonal et de la libération des neuropeptides. Nous démontrons ainsi que l’un des mécanismes possible de la maladie d’Alzheimer est la fixation précoce excessive de Tau sur les microtubules. Par ailleurs, nos résultats mettent en évidence une limite sérieuse des thérapies visant à inhiber la phophorylation de Tau dans la MA.

  • Titre traduit

    Toward understanding the mechanisms of Tau induced neurotoxicity in Alzheimer disease using Drosophila melanogaster model


  • Résumé

    Tau is a microtubule associated protein that belongs to the MAP structural family. it polymerizes and stabilizes microtubules, in vitro. Tau is found in high amount in axons. The microtubule binding capacity of Tau is regulated by kinases and phophatases. Indeed, when Tau is phosphorylated it desengages from microtubules and when it is dephosphorylated it binds to microtubules and stabilizes them. Tau is involved in several neurodegenerative disorders called tauopathies like the elderly neuropathy, Alzheimer disease (AD). In this neurodegenerative disorder, Tau is abnormally phosphorylated and aggregates to forme neurofibrillary tangles called paired helicoidal filament (PHF), witch is one of the hallmark of AD. Hence, two major hypothesis explaining neurodegeneration in this condition have been suggested. The first hypothesis considers that because of Tau hyperphosphorylation, it detaches from microtubules and starts to form aggregates. Tau detachment from microtubules leads to their destabilization and subsequent defects in axonal transport. These defects in axonal transport lead to synaptic dysfonction and neuronal degeneration. The second hypothesis suggests that an excess of Tau binds onto microtubules, induces axonal transport defects and subsequently neuronal loss. The hyperphosphorylation of Tau and PHF formation would represent a protective response of the cell to prevent axonal defects and neurodegeneresence. The aim of our work is to evaluate these two mechanisms using Drosophila melanogaster model. First, we studied the effect of drosophila Tau (dTau) loss of function on microtubule organisation and axonal transport of neuropeptide in vivo. This work allows us to study the first hypothesis of detachment of Tau from microtubules an its consequences, as well as understanding the endogenous function of dTau. Infact, we took the advantage of drosophila lower genetic redundancy in witch dTau is the only homologue of the mamalian Tau/MAP2/MAP family. Our results demontrated that dTau control axonal microtubule number and that the loss of Tau function affects vesicular axonal transport. However, these defects do not seem to be toxic for the neuron but represent an early event that may progressively become toxic. In the second part of this work we evaluated the second hypothesis. It consists of studying the consequences of an excess of hypophosphorylated Tau bound to microtubules on axonal transport. Our results demontrate for the first time a stronger toxicity of hypophosphorylated Tau for neuronal function compared to pseudophosphoryated Tau. These data demonstrate an important mechanism that could probably be implicated in AD. In addition, our work point out a potentiel limit of a current therapeutic strategy aimed at inhibiting Tau phosphorylation.


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