IMPLICATION OF 3S-HS AND HS3ST2 IN SYNAPTIC STABILITY UNDER PHYSIOLOGICAL CONDITIONS AND IN ALZHEIMER'S DISEASE RELATED TAUOPATHY

par Auriane Maiza

Thèse de doctorat en Neuroscience

Sous la direction de Dulcé Papy-Garcia et de Olivier Stettler.


  • Résumé

    La maladie d'Alzheimer (MA), la forme la plus répandue de démence, est caractérisée par une accumulation cérébrale de plaques amyloïdes formées de peptide beta-amyloïde, et d'enchevêtrements neurofibrillaires (NFT) de protéine tau anormalement phosphorylée (P-tau). Depuis plusieurs années, l'évidence d'une implication majeure d'altérations synaptiques dans la pathologie a émergée. De plus, il a été observé dans les cerveaux MA que les héparanes sulfates (HS), normalement extracellulaires, accumulent à l'intérieur des neurones, où ils co-localisent avec tau. Le laboratoire CRRET a mis en évidence que la 3-sulfotransferase 2 (HS3ST2), enzyme prédominante dans le cerveau où elle génère des HS 3-O-sulfatés (3S-HS) de rôle inconnu, est impliquée dans les mécanismes à l'origine de la tauopathie. Puisque la HS3ST2 et les 3S-HS n'ont jamais été caractérisés à la synapse où ils pourraient participer au développement de la tauopathie, les objectifs de ce travail sont : 1) déterminer si la HS3ST2 et les 3S-HS sont présents à la synapse et étudier des possibles rôles physiologiques ; 2) déterminer si les 3S-HS accumulent au niveau intracellulaire dans des cellules neuronales et/ou dans de synaptosomes issus d'un modèle murin de tauopathie ; et 3) examiner si les 3S-HS intracellulaires produits par la HS3ST2 sont impliqués dans le développement ou évolution de la tauopathie au niveau synaptique. Dans ce travail, nous avons montré la présence des 3S-HS et de la HS3ST2 à la synapse de cellules hippocampiques et accumulé des preuves de leur implication dans la stabilité et l'activité synaptique, toutes deux altérées par des peptides se liant aux 3S-HS ont pu bloquer cette activité. Nous avons implémenté et caractérisé le modèle murin de tauopathie rTg4510 et mise en place les cultures primaires de leur neurones hippocampiques. Dans ces cellules, nous avons montré l'accumulation intracellulaire des 3S-HS et une surexpression de la HS3ST2 corrélant avec l'accumulation de P-tau. La digestion enzymatique des HS dans les synaptosomes a résulté dans l'inhibition de la tauopathie. Ce travail révèle pour la première fois un rôle fondamental de la 3-O-sulfatation des chaines d'HS à la synapse, aussi bien dans des conditions physiologiques que pathologiques. Pour la première fois, l'enzyme HS3ST2 est décrite à la synapse. De plus, ce travail donne la preuve d'un lien fort entre l'expression d'HS3ST2, l'accumulation de 3S-HS et la tauopathie au niveau synaptique, ouvrant de nouvelles opportunités pour mieux comprendre la MA.

  • Titre traduit

    Implication of 3S-HS and HS3ST2 in synaptic stability under physiological conditions and in Alzheimer's disease-related tauopahty.


  • Résumé

    Alzheimer's disease (AD), the main form of dementia in the world, is characterized by brain accumulation of amyloid plaques formed of amyloid beta, and neurofibrillary tangles (NFT) made of tau protein in an abnormally hyperphosphorylated form (P-tau). Strong evidences show that synaptic changes are central to the disease process. Moreover, previous observations in AD have shown that heparan sulfates (HS), typically present outside the cell , accumulate inside neurons of AD in where they interact with tau. Recently, the CRRET laboratory demonstrated that the neural 3-O-sulfotransferase 2 (HS3ST2), which generates 3-O-sulfated HS (3S-HS) of still unrevealed physiological roles, is involved in the mechanisms leading to tauopathy. Since it was unknown whether HS3ST2 and 3S-HS are expressed at the synapse and if there they participate to tauopathy development and/or evolution, the objectives of this work were: 1) to determine if HS3ST2 and 3S-HS are present at the synapse and to get insights on their physiological role; 2) to investigate whether 3S-HS accumulate intracellularly in hippocampal cells and/or in synaptosomes from a mice model of tauopathy; and 3) to investigate whether intracellular 3S-HS made by HS3ST2 are involved in tauopathy development and/or evolution at the synaptic level. We described here the presence of 3S-HS and HS3ST2 at the synapse and the role that may play 3S-HS in maintaining synaptic transmission and stability in primary cell culture from mice. These roles are the results of potential multiple implications of 3S-HS in various processes. Secondly, we implement and characterized the rTg4510 mice model of AD-related tauopathy and set primary cultures of hippocampal cells from these mice. In the tauopathic cells, we showed the intracellular accumulation of 3S-HS and HS3ST2 overexpression. Finally, we cleaned P-tau in synaptosomes from the rTg4510 mice aged of 2 months by digesting HS. The present work reveals, for the first time, the presence and a possible fundamental role of HS3ST2 and 3S-HS at the synapse. We give evidences of an interplay between 3S-HS, produced by HS3ST2, and tau and the synaptic level, leading to its abnormal phosphorylation. The results of these work open a new way to understand the phenomenon leading to synaptic impairment in AD patients and could reveal new targets to elaborate protection strategies against the AD pathological lesions.