Caractérisation structurelle des agrégats/souches d'alpha-synucléine

par Laurent Brasseur

Projet de thèse en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Ronald Melki.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Signalisations et réseaux intégratifs en biologie (Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) , en partenariat avec Neuro-PSI - Institut des Neurosciences Paris Saclay (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Les maladies neurodégénératives d'Alzheimer et parkinson se caractérisent par l'accumulation de protéines spécifiques mal repliées et agrégées : dans le cas maladie de Parkinson (PD) l'alpha-synucléine s'aggrège pour former des inclusions intraneuronales appelé Corps ou Neurites de Lewis (LB). Dans le cas de la maladie d'Alzheimer deux protéines s'agrègent : la protéine Tau hyperphosphorylées forme des dégénérescence neurofibrillaires intracytoplasmiques, le peptide β-amyloïde forme des plaques amyloides extracellulaires. De nombreuses études utilisant des données génétiques ou des modèles animaux ont permis de corréler le mauvais repliement de ces protéines et les pathologies neurodégénératives (Spillantini 1997, Goedert 2015). Plus récemment, il a été démontré que les agrégats d'alpha-synucléine ou de protéine Tau ont des propriétés de « prions » et se répandent suivant les réseaux neuronaux interconnectés (Braak and Braak, 1991 ; Braak et al, 2003), suggérant que des mécanismes similaires sont responsables de la progression des symptômes cliniques dans la maladie d'Alzheimer ou de Parkinson (Jucker and Walker, 2013). Ces hypothèses sont appuyées par des études biophysiques et cellulaires sur des agrégats formés à partir de protéines recombinantes d'alpha-synucléine (Bousset et al, 2013), qui présentent différentes pathogénicités en fonction de leur structure (Peelaerts et al, 2015). Il est maintenant crucial de mieux comprendre à l'échelle moléculaire, l'origine de ces différentes propriétés des agrégats d'alpha-synucléine. L'objectif de ce projet est de caractériser les surfaces / la topologie de ces agrégats d'alpha-synucléine par des approches biochimiques : cartographie par des anti-corps, protéolyses ménagées et spectrométrie de masse (identification de résidus par leur modification covalente via l'utilisation de "crosslinker", échanges Deutérium-Hydrogène). Les résultats attendus devraient mettre en lumière la nature des résidus présents à la surface des agrégats d'alpha-synucléine et de quelle manière l'apha-synucléine s'organise dans ces complexes fibrillaires. Ces résultats devraient également permettre de mieux comprendre la spécificité des différentes souches d'alpha-synucléine afin d'établir des outils de diagnostiques et de traitements thérapeutiques spécifiques en ciblant des épitopes bien définis pour réduire la pénétration dans les cellules, la toxicité et la propagation de l'alpha-synucléine.

  • Titre traduit

    Structural characterization of alpha synuclein assemblies / strains


  • Résumé

    Structural characterization of alpha synuclein assemblies / strains A major pathological feature of neurodegenerative diseases is the accumulation of misfolded assemblies of specific proteins: in Parkinson's disease (PD) α-synuclein fibrils are the constituent of intraneuronal inclusions termed Lewy bodies (LB). Alzheimer's disease (AD) is characterized by fibrils of hyperphosphorylated tau in neurofibrillary tangles and extracellular A-positive plaques. Several lines of evidence from genetics and animal studies have established a causal link between the misfolding of these proteins and neurodegeneration (Spillantini 1997, Goedert, 2015). More recently, it has been shown that assemblies of α-synuclein or tau exhibit prion-like properties and spread along interconnected neuronal networks (Braak and Braak, 1991; Braak et al., 2003), suggesting that a unifying molecular mechanism may underpin the progressive march of clinical symptoms in PD and AD (Jucker and Walker, 2013). This concept is supported by biophysical and cellular studies of recombinant α-synuclein assemblies (Bousset et al., 2013), which have distinct pathogenic properties when injected into model animals (Peelaerts et al., 2015). It is now critical to better understand, at a molecular level, the origin of the distinct properties of the alpha synuclein assemblies. The aim of this project is characterize the surfaces of alpha synuclein assemblies by biochemical approaches: antibody mapping, limited proteolysis and by mass spectrometry approaches: covalent modification of accessible residues by crosslinker followed by identification of exposed residues and crosslinked peptides, hydrogen-deuterium exchange experiments. The expected results should provide new insight on the precise identification exposed residues on the surface of alpha synuclein assemblies and the way alpha-synuclein molecules organize within the fibrillar assemblies. These results will allow better understanding of the strain specificities, and will provide rationale for designing strain specific tools for diagnosis or treatment that recognize well define epitopes, which interfere with uptake, toxicity and propagation of alpha synuclein.