La maladie d’Alzheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative lente, progressive et irréversible. Elle est principalement caractérisée par deux lésions histopathologiques : les dégénérescences neurofibrillaires, causées par l’accumulation intraneuronale d'agrégats de protéines Tau hyper- et anormalement phosphorylées ; et les dépôts amyloïdes parenchymateux, constitués d’agrégats de peptides amyloïdes (Aβ) issus du clivage de la protéine précurseur du peptide amyloïde (APP). À ces deux lésions s'ajoute entre autres une dérégulation de l'homéostasie protéique et des systèmes de dégradation des protéines : protéasome, autophagie et voie endosome/lysosome qui sont les mécanismes principaux mis en jeu pour l'élimination des agrégats protéiques. Plusieurs études suggèrent que la surproduction et l'agrégation des peptides Aβ sont les causes principales de la MA. Ainsi, la réduction de leur production et/ou l’amélioration de leur clairance représentent des stratégies potentielles pour le développement de traitement contre la MA. Les objectifs de mes travaux de thèse furent d’étudier de façon plus approfondie l’implication respective des voies de dégradation de l’APP et de ses métabolites ; de déterminer le mode d’action biologique de dérivés chimiques de la chloroquine sur le métabolisme de l’APP en relation avec la Valosin-Containing protéine (VCP), supposée être la cible de ces molécules, et par la même occasion d’étudier la relation existante entre l’APP et VCP. Dans un premier temps, nous avons pu démontrer que l’APP et ses fragments carboxyterminaux (APP-CTFs) étaient principalement dégradés par deux voies : la g-sécrétase et la voie endolysosome. Ensuite, nous avons démontré que VCP régulait le trafic intracellulaire de l’APP. Enfin, nous avons découvert que l’action des molécules était indépendante de la protéine VCP et qu’il s’agissait de modulateurs indirects de l’activité β-sécrétase permettant ainsi de réduire la sécrétion de peptides Aβ. En conclusion, ces travaux ont permis de contribuer à une meilleure compréhension du métabolisme de l’APP et de ses processus de dégradation ainsi que de caractériser l’effet biologique de nouveaux inhibiteurs indirects de la β-sécrétase. / Alzheimer's disease (AD) is a slow, progressive and irreversible neurodegenerative disease. There are two histopathological hallmarks found in AD brains: neurofibrillary tangles, caused by the intraneuronal accumulation of Tau protein aggregates in a hyper- and abnormally phosphorylated form; and amyloid deposits in the brain parenchyma which are mainly composed of amyloid peptides (Aβ) aggregates derived from the cleavage of the amyloid precursor protein (APP). AD physiopathology also includes a deregulation of protein homeostasis and degradation systems: proteasome, autophagy and the endosome/lysosome pathway, which are the main processes involved in the elimination of protein aggregates. Many evidences suggest that overproduction and aggregation of Aβ peptides are the main causes of AD and that strategies aiming to reduce their production and/or improve their clearance represent attractive approaches for AD therapeutics. Thus, this thesis aimed to study the respective contribution of g-secretase, proteasome and lysosomes in APP degradation; to determine the biological mode of action of chloroquine derivatives on APP metabolism in relationship with the Valosin-Containing Protein (VCP), supposed to be the target of these molecules, and at the same time, to study the relationship between APP and VCP. First, we have demonstrated that APP and its carboxy-terminal fragments (APP-CTFs) were mainly degraded by two pathways: g-secretase and the endosome/lysosome pathway. Next, we showed that VCP was involved in APP trafficking and processing. Finally, we have discovered that the action of our molecules does not depend on VCP but that they are indirect modulators of the β-secretase activity, reducing Aβ peptides secretion. In conclusion, this work contributed to a better understanding of APP metabolism and its degradation processes but also to characterize the biological effects of new indirect β-secretase inhibitors.

L’augmentation de la prévalence des démences est un problème majeur d’intérêt international. À la différence du vieillissement normal, la démence désigne l’affaiblissement progressif de l’ensemble des fonctions intellectuelles : mémoire, attention, jugement, capacité de raisonnement et les perturbations de conduite qui en résultent. Mondialement, on estime que 35,6 millions de personnes sont atteintes de démence et on dénombre 7,7 millions de nouveaux cas chaque année (WHO, 2012). Dans ce contexte, la détection précoce, prédiction et dissociation des différents syndromes démentiels sont d’un intérêt primordial, en particulier à des fins de traitement. Au cours de la dernière décennie, la littérature scientifique a montré, grâce à l’apport des outils de neuroimagerie, une association entre les troubles de la mémoire épisodique observés chez les patients atteints de maladie d’Alzheimer (MA) et l’atrophie hippocampique qu’on retrouve également chez la majorité d’entre eux (Petersen et al., 2000). Toutefois, plusieurs études portant sur la variante sémantique de l’aphasie primaire progressive (vsAPP), anciennement appelée la démence sémantique (Gorno-Tempini et al., 2011), retrouvent un patron d’atrophie semblable à celui retrouvé dans la MA en ce qui concerne l’hippocampe (Chan et al., 2001; Davies, Graham, Xuereb, Williams, & Hodges, 2004; Duval et al., 2012; Galton et al., 2001; Gorno-Tempini et al., 2004; Hornberger & Piguet, 2012; Nestor, Fryer, & Hodges, 2006; Pleizier et al., 2012; Schroeter & Neumann, 2011). Or, au niveau cognitif, ces patients démontrent plutôt une détérioration de la mémoire sémantique et n’ont généralement pas de trouble majeur au niveau de la mémoire épisodique, du moins durant les premières phases de la maladie (Gorno-Tempini et al., 2011). Il s’avère donc primordial de comparer et de préciser nos connaissances par rapport à l’implication de l’hippocampe dans ces deux pathologies afin d’orienter leurs diagnostics cliniques respectifs et de mieux diriger les méthodes d’intervention disponibles. Une étude récente a montré, chez des participants en santé, que des parties différentes de l’hippocampe sont impliquées dans le réseau de la mémoire épisodique comparativement à celui de la mémoire sémantique (La Joie et al., 2014). La partie antérieure de l’hippocampe serait impliquée dans la mémoire sémantique, tandis que la partie postérieure de cette structure serait plutôt associée à la mémoire épisodique. Notre hypothèse générale est donc que des parties différentes de l’hippocampe sont touchées dans les deux maladies en raison de leurs connexions distinctes avec les deux systèmes soutenant la mémoire épisodique et sémantique respectivement, et qu’ainsi la partie antérieure de l’hippocampe est plus touchée dans la vsAPP et la partie postérieure est plus touchée dans la MA. Le premier article de la thèse visait à identifier et comparer le patron d’atrophie cérébrale associé à la vsAPP et la MA à travers une méta-analyse basée sur des études anatomiques antérieures, et à caractériser plus précisément le volume de l’hippocampe sous un axe antéro-postérieur dans les deux maladies. Les résultats de l’étude ont confirmé la signature d’atrophie cérébrale classique observée dans les deux maladies, mais également l’hypothèse que l’hippocampe est touché de façon bilatérale dans la MA et la vsAPP. Par contre, dans la vsAPP, l’atrophie est limitée à la partie antérieure de la structure tandis qu’une atrophie plus globale a été observée dans la MA. De plus, lorsque les deux groupes ont été directement comparés, une atrophie plus prononcée de la partie postérieure a été observée dans le groupe MA versus vsAPP. Le deuxième article de la thèse visait à investiguer l’effet de la vsAPP sur les patrons de connectivité fonctionnelle de l’hippocampe antérieur versus postérieur. Les résultats ont montré deux patrons différents de connectivité fonctionnelle, entre l’hippocampe antérieur versus postérieur et le reste du cerveau, chez les contrôles. De plus, une réduction de la connectivité dans l’hippocampe antérieur a été observée chez le groupe vsAPP, et une connectivité fonctionnelle comparable à celle des contrôles a été trouvée dans l’hippocampe postérieur. Globalement, nos résultats confirment que l’atrophie de l’hippocampe est présente, mais de façon différentielle, dans la MA et la vsAPP. Nos résultats soutiennent également l’hypothèse que les syndromes neurodégénératifs comme la MA et la vsAPP n’impliquent pas seulement des atrophies focales, mais découlent plutôt d’une déconnexion entre diverses régions anatomiques, et que les symptômes cliniques sont causés par cette scission dans les réseaux neuronaux qui supportent des fonctions cognitives comme la mémoire sémantique et épisodique. / The increase in the prevalence of dementia is a major international concern. Unlike normal aging, dementia refers to the progressive weakening of all intellectual functions: memory, attention, judgment, reasoning ability, and the resulting behavioral changes. Globally, it is estimated that 35.6 million people are affected by dementia, and 7.7 million of new cases are reported each year (WHO, 2012). In this context, early detection, prediction and dissociation of these different syndromes are of primary interest, particularly for treatment purposes. Over the past decade, the scientific literature has shown, with the help of neuroimaging tools, an association between the episodic memory impairments observed in patients with Alzheimer's disease (AD) and the hippocampal atrophy found in the majority of these patients (Petersen et al., 2000). However, several studies regarding the semantic variant of primary progressive aphasia (svPPA), previously known as semantic dementia (Gorno- Tempini et al., 2011), find a similar hippocampal atrophy pattern to that found in AD patients (Brambati et al., 2009; Chan et al., 2001; Davies et al., 2004; Desgranges et al., 2007; Galton et al., 2001; Nestor et al., 2006). However, from a cognitive perspective, these patients rather demonstrate a deterioration of semantic memory and do not generally show episodic memory impairments, at least during the beginning of the disease (Gorno-Tempini et al., 2011). It is therefore essential to compare and clarify our knowledge regarding the involvement of the hippocampus in these two pathologies in order to guide their respective clinical diagnoses and available intervention methods. A recent study has shown, in healthy participants, that different parts of the hippocampus are involved in the episodic versus semantic memory networks (La Joie et al., 2014). The anterior part of the hippocampus would be involved in semantic memory, whereas the posterior part of this structure would be associated to episodic memory. Our general hypothesis is that different parts of the hippocampus are affected in both diseases, because of their distinct connections to the two systems supporting episodic and semantic memory, and thus that the anterior part of the hippocampus would be impaired in svPPA whereas the posterior part would be impaired in AD. The first article of the thesis aimed to identify and compare the pattern of cerebral atrophy associated with svPPA and AD through a meta-analysis based on previous anatomical studies, and to further characterize the volume of the hippocampus under an antero-posterior axis in both diseases. The results of the study confirmed the hypothesis that, in addition to the classical signature of cerebral atrophy observed in both diseases, the hippocampus is affected bilaterally in AD and svPPA. In svPPA, however, the atrophy is limited to the anterior part of the structure whereas a more general atrophy was observed in AD. In addition, when both groups were directly compared, a more pronounced posterior atrophy was observed in the AD versus svPPA group. The second article of the thesis aimed to investigate the impact of AD and svPPA on the functional connectivity patterns of the anterior versus posterior hippocampus. The results showed two different patterns of functional connectivity, between the anterior and posterior hippocampus and the rest of the brain, in controls. A reduction in functional connectivity in the anterior hippocampus was observed in svPPA, whereas a comparable functional connectivity pattern to that of controls was observed in the posterior hippocampus. Overall, our results confirm that atrophy of the hippocampus is present, but affects different parts of the structure, in both diseases. Our results also support the hypothesis that neurodegenerative syndromes such as AD and svPPA do not only implicate focal atrophies, but rather derive from a disconnection between various anatomical regions, and that clinical symptoms are caused by this rupture in the neural networks supporting cognitive functions such as semantic and episodic memory.

La maladie d'Alzheimer (MA) est la démence la plus importante dans le monde développé. Cette maladie neurodégénérative rend de plus en plus difficile la capacité d'accomplir les tâches quotidiennes de routine, elle peut également faire oublier les mots aux patients, les désorienter dans le temps et l'espace, et à des stades avancés entraîne une perte de mémoire. Malheureusement, la MA est considérée comme le prochain grand défi pour la santé publique de la plupart des pays, le nombre de cas devant doubler au cours des 20 prochaines années en raison du vieillissement de la population. Cette augmentation du nombre de patients s'accompagne d'une augmentation des besoins de financement et de personnel de santé afin de répondre aux demandes et aux besoins de ces patients. La MA peut être divisée en deux entités distinctes: une maladie héréditaire bien définie et bien comprise qui représente jusqu'à 5% de tous les cas de MA appelés maladie d'Alzheimer familiale, et une maladie moins définie appelée maladie d'Alzheimer sporadique. Le facteur de risque le plus défini pour la MA est l'âge, mais récemment, il a été démontré que le cerveau des patients atteints de MA avait un niveau réduit de BMI1 et que la suppression de BMI1 dans les neurones humains ou chez la souris déclenche les caractéristiques de cette maladie. Alors que BMI1 était connu pour être important dans les stades de développement, nous rapportons ici qu'il est crucial dans les cellules adultes pour maintenir la compaction de la chromatine et l’inhibition de la transcription des séquences répétitives. De plus, ces deux fonctions de BMI1 empêchent l'ADN d'acquérir une conformation G4. Cette conformation peut entraîner une instabilité du génome, une augmentation des dommages à l'ADN et une altération de l'expression des gènes, mais surtout, nous avons montré que dans les neurones corticaux, les structures G4 peuvent influencer l'épissage alternatif de divers gènes, notamment APP. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur l'origine de la maladie et l'importance de BMI1 et de la structure secondaire de l'ADN dans le cadre de la MA. / Alzheimer's disease is the most prominent dementia in the developed world. This neurodegenerative disease renders the ability to do the routine daily tasks more and more difficult; it can also cause patients to forget words, be disoriented in time and space, leading to a memory loss. Unfortunately, AD is considered the next big challenge for most country’s public health, with the number of cases thought to be doubling within the next 20 years due to the aging of the population. This increase in the number of patients comes with an increase in the need for funding and for healthcare personnel to meet the demands and the requirements of these patients. AD is divided into two separate entities: a well-defined and understood hereditary disease that makes up to 5% of all AD cases called familial Alzheimer disease, and a less defined one called sporadic Alzheimer disease. sAD most defined risk factor is age, but recently it was shown that brains of sAD patients had a reduced level of BMI1 and that the knockdown of BMI1 in human neurons or mice triggers the hallmarks of this disease. While BMI1 was known to be important in the developmental stages, we report here that it is crucial in adult cells to maintain the compaction of the chromatin and the silencing of the repetitive sequences. Furthermore, these two functions of BMI1 prevent the DNA from acquiring a G4 conformation. This conformation can lead to genome instability, increased DNA damage, and altered gene expression. However, most importantly, we showed that in cortical neurons, G4 structures could influence the alternative splicing of various genes, notably APP. These results shed new light on the origin of AD, and the importance of BMI1 and the secondary structure of the DNA in its context.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(医学) / 甲第18872号 / 医博第3983号 / 新制||医||1008(附属図書館) / 31823 / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 河野 憲二, 教授 古川 壽亮, 教授 髙橋 良輔 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DGAM

Les neurosciences sont entrées dans l'ère des « big data ». Les ordinateurs de bureau individuels ne sont plus adaptés à l'analyse des téraoctets et potentiellement des pétaoctets qu'impliquent les images cérébrales. Pour combler le gouffre qui existe entre la taille des données et les possibilités standard d'extraction des informations, on développe actuellement des infrastructures virtuelles en Amérique du Nord, au Canada et également en Europe. Ces infrastructures dématérialisées permettent d'effectuer des expériences en imagerie médicale à l'aide de ressources informatiques dédiées telles que des grilles, des systèmes de calcul haute performance (HPC) et des clouds publics ou privés. Les infrastructures virtuelles sont aujourd'hui les systèmes les plus avancés et les mieux équipés pour soutenir la création de modèles multimodaux et multi-échelles avancés du cerveau atteint par la maladie d'Alzheimer (chapitre 2) ou pour valider des biomarqueurs d'imagerie prometteurs, tels que l'épaisseur corticale, grâce à des pipelines sophistiqués (chapitre 3). En effet, les analyses d'imagerie, telles que celles décrites dans les chapitres 2 et 3, multiplient de manière exponentielle la quantité de données post-traitées qui atteignent, à la fin, des téraoctets de résultats pour une seule étude. Afin de faire face à l'énorme quantité de données de post-traitement générées par les infrastructures électroniques, un environnement de contrôle qualité automatique (ECQ) des maillages de la surface corticale (chapitre 4) a été proposé. L'ECQ est un classifieur par apprentissage automatique (AA) avec une approche par apprentissage supervisé basée sur les forêts d'arbres décisionnels (RF) et des estimations par séparateurs à vaste marge (SVM). Compte tenu de son évolutivité et de son efficacité, l'ECQ s'inscrit bien dans les infrastructures électroniques en cours de développement, où ce type de service de vérification élémentaire manque toujours. L'ECQ représente une occasion unique de traiter les données plus facilement et plus rapidement, ce qui permettra aux neuroscientifiques de passer leur temps précieux à effectuer des analyses de données au lieu de le dépenser dans des tâches manuelles et laborieuses de contrôle qualité. / Neuroscience entered the “big data” era. Individual desktop computers are no longer suitable to analyse terabyte, and potentially petabytes, of brain images. To fill in the gap between data acquisition and information extraction, e-infrastructures are being developing in North America, Canada, and Europe. E-infrastructures allow neuroscientists to conduct neuroimaging experiments using dedicated computational resources such as grids, high-performance computing (HPC) systems, and public/private clouds. Today, e-infrastructures are the most advanced and the best equipped systems to support the creation of advanced multimodal and multiscale models of the AD brain (chapter 2) or to validate promising imaging biomarkers with sophisticated pipelines, as for cortical thickness, (chapter 3). Indeed, imaging analyses such as those described in chapter 2 and 3 expand the amount of post-processed data per single study. In order to cope with the huge amount of post-processing data generated via e-infrastructures, an automatic quality control environment (QCE) of the cortical delineation algorithms is proposed (chapter 4). QCE is a machine learning (ML) classifier with a supervised learning approach based on Random Forest (RF) and Support Vector Machine (SVM) estimators. Given its scalability and efficacy, QCE fits well in the e-infrastructures under development, where this kind of sanity check service is still lacking. QCE represents a unique opportunity to process data more easily and quickly, allowing neuroscientists to spend their valuable time do data analysis instead of using their resources in manual quality control work.

Le premier objectif de cette thèse était d’explorer l’effet de référence à soi (ERS) sur la mémoire dans le vieillissement, l’amnestic Mild Cognitive Impairment (aMCI) et la maladie d’Alzheimer (MA) à un stade précoce de l’évolution. Le second fut de revisiter les théories actuelles pour expliquer ce bénéfice mnésique, puis de tenter d’élucider ses mécanismes. Nous avons montré que l’ERS sur les représentations sémantiques de ses propres traits de personnalité (qui est une composante de notre identité) était préservé dans le vieillissement. Par ailleurs, nous avons montré que la profondeur de traitement, longtemps considérée comme le processus sous-tendant l’ERS, n’intervenait pas dans ce dernier. A contrario, l’interaction de l’âge et de l’estime de soi, ainsi que les expériences de vie des individus modulaient l’ERS. Nous avons montré que l’ERS pouvait résulter de deux processus : celui de la consistance des traits de caractère et celui de l’élaboration automatique des traits de caractère avec l’identité des individus. Nous avons par ailleurs rapporté pour la première fois que ce bénéfice mnésique s’opérait chez des patients atteints d’aMCI, un stade symptomatique et pré-démentiel de la MA, et qu’il pouvait s’observer dans une moindre mesure chez des patients MA. En outre, l’ERS agit comme mécanisme de self-défense chez les patients aMCI et MA, en les protégeant d’informations menaçantes pour l’intégrité de leur soi. Nous suggérons en dernier lieu que la référence à soi pourrait servir d’outil de réhabilitation sociale ou clinique pour augmenter l’estime de soi de certains individus et préserver leur mémoire et leur bien-être. / The first aim of this thesis was to examine the self-reference effect (SRE) on memory in aging, amnestic mild cognitive impairment (aMCI) and early-stage of Alzheimer’s disease (AD). The second aim was to review the whole literature on the SRE and to attempt understanding its mechanisms. We showed that the SRE on semantic summary representations of one’s traits (which is a component of identity) was preserved in aging. Besides, we showed that depth of processing, which was hitherto regarded as the mechanism responsible for the SRE, did not actually play a role in the latter. By contrast, the interaction of age and self-esteem, as well as individuals’ life experiences modulated the SRE. We showed that the SRE resulted from two processes: the congruency of traits as well as the elaboration of traits with individuals’ identity. We also reported for the first time that aMCI patients benefited from the SRE, as well as AD patients in the early stage of the disease to a lesser extent. Furthermore, the SRE acted as a self-defense mechanism in patients with aMCI and AD by protecting them from negative feedback that constituted a threat to the integrity of their selves. Finally, we suggest that referencing the self could serve as a tool for social or clinical rehabilitation programs, by increasing the self-esteem of some individuals and preserving their memory and well-being.

Ce travail vise à permettre un accès efficace à des informations pertinentes malgré le volume croissant des données disponibles au format électronique. Pour cela, nous avons étudié l’apport d’une ontologie au sein d’un système de recherche d'information (RI).Nous avons tout d’abord décrit une méthodologie de construction d’ontologies. Ainsi, nous avons proposé une méthode mixte combinant des techniques de traitement automatique des langues pour extraire des connaissances à partir de textes et la réutilisation de ressources sémantiques existantes pour l’étape de conceptualisation. Nous avons par ailleurs développé une méthode d’alignement de termes français-anglais pour l’enrichissement terminologique de l’ontologie. L’application de notre méthodologie a permis de créer une ontologie bilingue de la maladie d’Alzheimer.Ensuite, nous avons élaboré des algorithmes pour supporter la RI sémantique guidée par une ontologie. Les concepts issus d’une ontologie ont été utilisés pour décrire automatiquement les documents mais aussi pour reformuler les requêtes. Nous nous sommes intéressés à : 1) l’identification de concepts représentatifs dans des corpus, 2) leur désambiguïsation, 3), leur pondération selon le modèle vectoriel, adapté aux concepts et 4) l’expansion de requêtes. Ces propositions ont permis de mettre en œuvre un portail de RI sémantique dédié à la maladie d’Alzheimer. Par ailleurs, le contenu des documents à indexer n’étant pas toujours accessible dans leur ensemble, nous avons exploité des informations incomplètes pour déterminer les concepts pertinents permettant malgré tout de décrire les documents. Pour cela, nous avons proposé deux méthodes de classification de documents issus d’un large corpus, l’une basée sur l’algorithme des k plus proches voisins et l’autre sur l’analyse sémantique explicite. Ces méthodes ont été évaluées sur de larges collections de documents biomédicaux fournies lors d’un challenge international. / This work aims at providing efficient access to relevant information among the increasing volume of digital data. Towards this end, we studied the benefit from using ontology to support an information retrieval (IR) system.We first described a methodology for constructing ontologies. Thus, we proposed a mixed method which combines natural language processing techniques for extracting knowledge from text and the reuse of existing semantic resources for the conceptualization step. We have also developed a method for aligning terms in English and French in order to enrich terminologically the resulting ontology. The application of our methodology resulted in a bilingual ontology dedicated to Alzheimer’s disease.We then proposed algorithms for supporting ontology-based semantic IR. Thus, we used concepts from ontology for describing documents automatically and for query reformulation. We were particularly interested in: 1) the extraction of concepts from texts, 2) the disambiguation of terms, 3) the vectorial weighting schema adapted to concepts and 4) query expansion. These algorithms have been used to implement a semantic portal about Alzheimer’s disease. Further, because the content of documents are not always fully available, we exploited incomplete information for identifying the concepts, which are relevant for indexing the whole content of documents. Toward this end, we have proposed two classification methods: the first is based on the k nearest neighbors’ algorithm and the second on the explicit semantic analysis. The two methods have been evaluated on large standard collections of biomedical documents within an international challenge.

Quantitative magnetic resonance imaging (MRI) was used to assess global and regional cerebral volumes in patients with a clinical diagnosis of subcortical vascular dementia (VD) and Alzheimer’s disease (AD). Whole brain volume, cerebrospinal fluid volume, volumes of the temporal, frontal and parietal lobes, the cerebellum and the amygdala-hippocampus complex were determined using a personal computer-based software. Seventeen patients with VD, 22 patients with AD and 13 healthy controls were included. Analysis of covariance using age as covariate demonstrated significant mean differences between controls and dementia groups with respect to all morphological parameters. However, apart from the volume of the cerebellum no significant volumetric differences were found between VD and AD. These results indicate that MRI-based volumetry allows differentiation between AD or VD from normal controls and that measurement of cerebellar volume may be of use to separate vascular and degenerative dementia. However, since the distribution of cerebral atrophy in both dementia groups is very similar, it is suggested that the atrophic changes are not specific to the underlying cause but rather reflect the selective vulnerability of neuronal structures. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Alzheimer’s Disease, also called AD, is a horrible, degenerative brain disease that more than 35 million people over the world have. Today, there is no cure for this disease, only treatments that are temporarily relieving the symptoms. The two proteins that is thought to be the main cause of AD is amyloid β (Aβ) and tau. Previously, people have tried studying Aβ in vivo using green fluorescent protein fusion together with Aβ. However, this is difficult since the aggregation of Aβ will lead to loss of fluorescence. This study aimed to crystallize the fusion protein mNG-A β1-42 and to investigate its properties as a molecular fluorescent Aβ-amyloid specific probe. Dynamic light scattering (DLS) was used to confirm that the majority of the protein was not in the form of soluble aggregates. The DLS experiments were followed by several rounds of crystallization trials. Initial screening and the subsequent narrowing down of potential conditions where mNG-Aβ1-42 could form crystals. Several staining experiments were conducted as well, including staining brain tissue from mouse with both Swedish and Arctic mutation, from human patients with sporadic AD and from human patients with AD with the Arctic mutation. The DLS experiments showed that the protein used in the crystallization experiments mostly consisted of molecular particles of the same radius. However, there was clear evidence of some larger species present that could have been a potential problem for crystallization. Crystallization experiments suggested that PEG 8000 was the most promising precipitant amongst other conditions identified for crystallization of mNG-Aβ1-42. However, the study was ultimately unsuccessful in developing crystals of sufficient high quality for diffraction studies to commence. The staining experiments demonstrated that mNG-Aβ1-42 could bind both by itself and with another amyloid probe, Congo red, and with antibodies in brain tissue from mouse with both Swedish and Arctic mutation, from human patients with sporadic AD and from human patients with AD with the Arctic mutation. In conclusion, several characteristics of mNG-Aβ1-42 were revealed in this study.

Yaku’amide A (YA) is a linear anticancer peptide that is rich in bulky dehydroamino acids (ΔAAs) and β-hydroxyamino acids (β-OHAAs). In our recent total synthesis of YA, we featured a one-pot anti dehydration–azide reduction–O→N acyl transfer process for the stereospecific construction of Z- and E- ∆Ile residues. Despite previous total syntheses and our efforts, the synthesis of YA remains lengthy. Via computational studies, we identified two analogue peptides that closely resemble the conformation of YA. The use of simpler and symmetrical bulky ΔAAs such as dehydrovaline (ΔVal) and dehydroethylnorvaline (ΔEnv) as surrogates of ∆Ile, along with azlactone chemistry for their incorporation, significantly decreased the overall number of synthetic steps. Biological studies revealed that our analogues exhibited very similar activity to that of the natural product YA, demonstrating their suitability as mimics and consistency with our computational model. Despite its utility in the construction of YA analogues, azlactone chemistry is sluggish and moderate to low yielding. For this reason, we have explored strategies to streamline the synthesis of peptides containing Z-dehydroaminobutyric acid (∆Abu), ∆Val, and Z-dehydrophenylalanine (∆Phe). The key process is to form the alkene moiety via elimination of a β-sulfonium or β-OHAA embedded within a peptide, avoiding the need to form the alkene moiety via azlactone-dipeptide dehydration and bypassing sluggish amidation/ring opening steps. β-sheet disruption of Tau-model hexapeptides is a key type of inhibition for modulating Alzheimer’s disease progression. Previous studies replaced key residues with proline, due to its rigidity and lack of amide proton, to inhibit β-sheet formation. Similar to proline, ∆AAs are also known for their rigidity and ability to favor other conformations (e.g. β-hairpin, 310-helix) along with increasing peptide half-life. We have incorporated ∆Abu, ∆Val and dehydrocyclohexylglycine (∆Chg) in a highly aggregative hexapeptide sequence, using previously studied methods, to assess their capabilities as putative β-sheet breakers and to stabilize against proteolysis. Studies are continuing.