La matrice extracellulaire est composée d’environ 300 protéines et protéoglycanes qui constituent le matrisome et de 800 protéines associées (Naba et al., 2012a) et glycosaminoglycanes. C’est un protéome sous-exploré qui est modifié dans de nombreuses pathologies. Les fragments bioactifs issus de la matrice extracellulaire (matricryptines) sont capables de réguler des processus physiopathologiques et notamment l’angiogenèse et les pathologies cérébrales (Ricard-Blum and Salza, 2014). Environ 90 % des patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA) ont une angiopathie amyloïde cérébrale. L’angiogenèse contribue au déroulement de la MA. Nous nous sommes intéressés à l’endostatine (ES), une matricryptine du collagène XVIII qui possède des activités anti-angiogéniques, anti-tumorales et est également présente dans les plaques amyloïdes chez les patients atteints de la MA. Elle est libérée par les neurones et est capable de former des fibrilles amyloïdes in vitro (Kranenburg et al., 2003). Elle pourrait donc avoir une implication dans la MA. Nous avons montré que l'ES est présente dans le liquide céphalorachidien et que le rapport de sa concentration à celle des marqueurs classiques de la MA permet d’améliorer le diagnostic des patients atteint de démence fronto-temporale (DFT) et de discriminer les patients atteints de MA de ceux atteint de DFT et de pathologie nonMA/nonDFT. Nous avons établi les répertoires d’interactions extracellulaire du peptide -amyloïde (1-42) sous formes monomérique, oligomérique, fibrillaire ou agrégée et montré que l’oligomérisation et la fibrillogenèse augmentent la capacité d’interaction du peptide -amyloïde. Nous avons établi le réseau d’interaction global de l’endostatine par résonance plasmonique de surface en mode imagerie et identifiés 21 nouveaux partenaires de cette matricryptine. Nous avons plus particulièrement caractérisé son interaction avec la Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, une protéine dont nous avons montré qu’elle donne naissance à une matricryptine anti-angiogénique. Nous avons enfin construit les réseaux d’interactions extracellulaires spécifiques de l’angiogenèse et de la maladie d’Alzheimer et des processus amyloïdes pour identifier les protéines connectant ces deux processus qui sont des cibles thérapeutiques potentielles. Ces réseaux d’interactions ont été créés à l’aide de 239 interactions que nous avons identifiées expérimentalement et des interactions décrites dans la littérature. Ces données seront à terme disponibles dans la base de données spécifique des interactions extracellulaires créée au laboratoire, MatrixDB, dans la nouvelle version à laquelle nous avons contribué. / The extracellular matrix include approximately 300 proteins and proteoglycans which constitute the matrisome and 800 associated proteins (Naba et al., 2012a) and glycosaminoglycans. It is an under-explored proteome which is modified in many diseases. Extracellular matrix bioactives fragments (matricryptins) are able to regulate physiopathological process like angiogenesis and cerebral disorders (Ricard-Blum and Salza, 2014). About 90 % of patients with Alzheimer's disease (AD) have cerebral amyloid angiopathy. Angiogenesis contributes to the development of AD. We are studying endostatin (ES), a matricryptin of collagen XVIII which has anti-angiogenic and anti-tumoral activities and is also present in amyloid plaques in AD patients. ES is released by neurons and is able to form amyloid fibrils in vitro (Kranenburg et al., 2003). This anti-angiogenic matricryptin could therefore be involved in AD. We have shown that ES is present in the cerebrospinal fluid of AD patients and the ratio of its concentrations to conventional markers of AD improves the diagnosis of patients with frontotemporal dementia (FTD) and discriminate AD patients from those suffering from FTD and pathology noAD/noDFT. We have established the extracellular interactions repertoires of the -amyloid peptide (1-42) in monomeric, oligomeric, fibrillar or aggregated forms and showed that the oligomerization and fibrillogenesis increase the interaction capacity of the -amyloid peptide. We have established the global interaction network of endostatin by surface plasmon resonance imaging and identified 21 new partners of this matricryptin. Specifically, we characterized its interaction with the Procollagen C-Proteinase Enhancer-1, a protein which gives rise to an anti-angiogenic matricryptin. We finally built networks of specific extracellular interactions of angiogenesis and of Alzheimer's disease and amyloid process to identify proteins connecting these two processes that are potential therapeutic targets. These interaction networks have been built using 239 interactions including those we have identified experimentally and those described in the literature. This data will be available in the database specific of extracellular interactions created in the laboratory, MatrixDB, in the new version of which we contributed.

Orientadora: Profa. Dra. Giselle Cerchiaro / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, Santo André, 2018. / Em doencas neurodegenerativas amiloidais o estresse oxidativo tem um papel importante juntamente com a proteina ¿À-amiloide (A¿À), associada a formacao de placas senis na Doenca de Alzheimer. Tais condicoes demonstraram desbalanco de metais, como cobre e zinco, tanto na concentracao celular e quanto nos processos antioxidantes. A Cu,Zn-Superoxido Dismutase (SOD1), em condicoes neurodegenerativas, pode demonstrar alteracoes estruturais e funcionais, tendo menor afinidade pelo cobre e pelo zinco. Diante destas condicoes, o objetivo principal desta tese foi em condicoes oxidativa (H2O2) e neurodegenerativa (A¿À1-42) avaliar os danos a biomoleculas, concentracao metais e a influencia da enzima SOD1 em linhagens de celulas neuronais (NSC-34 e mHippoE2). Diferentes respostas quanto a sensibilidade das linhagens neuronais foi observada durante as condicoes oxidativas e neurodegenerativa. Quanto os danos ao DNA a linhagem NSC-34 demonstrou maior sensibilidade a condicao oxidativa, com aumento de danos ao DNA, lesoes oxidativas em bases nitrogenadas que indicaram a presenca de lesoes tipo 8-oxo-G, corroborando com anormalidades nucleares e inibicao do processo de divisao celular. Nesta mesma linhagem quantidades aumentadas de Cu foram observadas, juntamente com a presenca da enzima SOD1 a nivel citoplasmatico e nuclear na condicao oxidativa (H2O2), alem de resultados significantes para danos permanentes ao DNA (anormalidades nucleares e quebras cromossomicas). A linhagem mHippoE2 apresentou aumentos significativos mediante a condicao oxidativa e neurodegenerativa, como oxidacao de proteinas e lipidios, demonstrando tambem alteracoes morfologicas citoplasmaticas. O tratamento com A¿À1-42 demonstrou aumento de danos ao DNA, lesoes oxidativas 8-oxo-G e tambem em bases purinicas. Podemos observar nesta mesma linhagem a forte influencia do Zn na condicao neurodegenerativa, atividade da SOD1 em ambas condicoes e tambem danos permanentes ao DNA mediante condicao neurodegenerativa. Dentre os resultados obtidos salientamos a relevancia dos achados na condicao neurodegenerativa ocasionada pelo peptideo A¿À1-42 nos ensaios para avaliacao genotoxica e mutagenica. Tal condicao demonstrou a presenca de danos importantes a bases nitrogenadas, tanto purinicas quando pirimidinicas, apontando tambem para possiveis efeitos mutagenicos detectados pelos eventos de quebras cromossomicas associados as anormalidades nucleares, bem como a presenca da enzima SOD1 no nucleo das celulas. / In neurodegenerative diseases, oxidative stress plays an important role associated with â-amyloid protein (Aâ), associated with the formation of amyloid plaques in Alzheimer's Disease (AD). In AD condition it has been demonstrated an imbalance of essential metals, such as copper and zinc, their cellular concentration and antioxidant processes alterations. The antioxidant enzyme Cu, Zn-Superoxide Dismutase (SOD1), under neurodegenerative conditions has structural and functional changes, such as lower affinity for copper and zinc. According to these conditions, the main objective of this thesis was to investigate how the oxidative (H2O2) and neurodegenerative (Aâ1-42) conditions cause biomolecules damage, metal alteration and SOD1 location in neuronal cell lines (NSC-34 and mHippoE2). Different responses in neuronal cell lines were observed during the conditions evaluated. For DNA damage, the NSC-34 cells demonstrated greater sensitivity to the oxidative condition, with increased DNA damage, oxidative lesions on nitrogenized bases indicating the presence of 8-oxo-G type lesions. In this same cell line we observed an increase of Cu amount, together with the presence of the SOD1 enzyme at the cytoplasmic and nuclear level in the oxidative condition (H2O2). The mHippoE2 cell line presented increased protein oxidation through the oxidative and neurodegenerative condition. Treatment with Aâ1-42 demonstrated increased DNA damage in this cell, 8-oxo-G oxidative lesions and also purine bases. We observed, in this same cell line, the strong influence of Zn on the neurodegenerative condition, SOD1 activity in both conditions and it was observed permanent damages to DNA in the neurodegenerative condition. Among the results, we highlight the relevance of the findings in the neurodegenerative condition caused by the Aâ1-42 peptide in the genotoxic and mutagenic evaluation trials. This condition demonstrated the presence of important damages to nitrogenated bases, both purine and pyrimidine, also pointing to possible mutagenic effects detected by the events of chromosomal breaks associated with nuclear abnormalities, as well as the translocation of the SOD1 enzyme to nuclei.

Une des caractéristiques histopathologiques de la maladie d'Alzheimer (AD) est la présence de plaques amyloïdes formées par les peptides amyloïdes β (Aβ) de 40 et 42 résidus, qui sont les produits de clivage par des protéases de l'APP. Afin de comprendre le rôle des variations structurelles du TM dans le traitement de l'APP, les peptides APP_TM4K ont été étudiés dans la bicouche lipidique en utilisant l’ATR-FTIR et ssNMR. Tandis que la structure secondaire globale du peptide APP_TM4K est hélicoidale, hétérogénéité de conformation et d'orientation a été observée pour le site de clivage γ et , que peuvent avoir des implications dans le mécanisme de clivage et donc dans la production d’Aβ. Les peptides Aβ s'agrègent pour produire des fibrilles et aussi de manière transitoire d'oligomères neurotoxiques. Nous avons constaté qu'en présence de Ca2+, l’Aβ (1-40) forme de préférence des oligomères, tandis qu'en absence de Ca2+ l'Aβ (1-40) s’agrège sous forme de fibrilles. Dans les échantillons sans Ca2+, l’ATR-FTIR révèle la conversion des oligomères en feuillets β antiparallèles en la conformation caractéristique des fibrilles en feuillets β parallèles. Ces résultats nous ont amené à conclure que les Ca2+ stimulent la formation d'oligomères d'Aβ (1-40), qui sont impliqués dans l’AD. Les positions et une orientation précise de deux nouveaux médicaments puissants modulateurs de la γ-sécrétase - le benzyl-carprofen et le sulfonyl-carprofen  dans la bicouche lipidique, ont été obtenus à partir des expériences des ssNMR. Ces résultats indiquent que le mécanisme probable de modulation du clivage par la y-sécrétase est une interaction directe avec le domaine TM de l’APP. / A histopathological characteristic of Alzheimer’s disease (AD) is the presence of amyloid plaques formed by amyloid β(A) peptides of 40 and 42 residues-long, which are the cleavage products of APP by proteases. To understand the role of structural changes in the TM domain of APP, APP_TM4K peptides were studied in the lipid bilayer using ATR-FTIR and ssNMR. While the overall secondary structure of the APP_TM4K peptide is helical, conformational and orientational heterogeneity was observed for the y- and for the -cleavage sites, which may have implications for the cleavage mechanism and therefore the production of Aβ. Starting from its monomeric form, Aβ peptides aggregate into fibrils and / or oligomers, the latter being the most neurotoxic. We found that in the presence of Ca2 +, Aβ (1-40) preferably forms oligomers, whereas in the absence of a2 + Aβ (1-40) aggregates into fibrils. In samples without Ca2 +, ATR-FTIR shows conversion from antiparallel β sheet conformation of oligomers into parallel β sheets, characteristic of fibrils. These results led us to conclude that Ca2 +stimulates the formation of oligomers of Aβ (1-40), that have been implicated in the pathogenesis of AD. Position and precise orientation of two new drugs  powerful modulators of γ-secretase  benzyl-carprofen and carprofen sulfonyl  in the lipid bilayer were obtained from neutron scattering and ssNMR experiments. These results indicate that carprofen-derivatives can directly interact with APP. Such interaction would interfere with proper APP-dimer formation, which is necessary for the sequential cleavage by β -secretase, diminishing or greatly reducing Aβ42 production.

Aquesta tesi demostra que el peroxinitrit produït com a conseqüència del pèptid beta-amiloide (A) contribueix l'augment de la relació A42/A40 que ocorre a la malaltia d'Alzheimer. L'A42 contribueix a l'aparició de la malaltia degut a la seva major toxicitat (quan es compara amb l'A40) que resulta d'una gran estabilitat i capacitat agregativa. A més el peroxinitrit incrementa la toxicitat d'aquest degut a què potencia la seva agregació en forma d'oligomers altament tòxics. De fet els oligomers formats de nitro-A42 presenten una major toxicitat que aquells formats de A42 . En conjunt aquest resultats senyalen l'important paper que l'A42 té en la malaltia d'Alzheimer. Per altra banda, des de la identificació dels agregats d'A i la subseqüent formació dels cabdells neurofibrilars (NFT) com a els dos trets distintius de la malaltia, un gran esforç s'ha dedicat a establir els mecanismes moleculars que uneixen ambdós processos. Aquesta tesi demostra que el peroxinitrit format a partir de l'agregació de d'Ai la conseqüent nitrotirosinació de proteïnes, potencia l'agregació de la proteïna tau en forma de fibres. D'aquesta forma, la nitrotirosinació de la proteïna triosafosfat isomerasa (TPI) podria ser el vincle entre la toxicitat derivada del agregats d'Ai la patologia derivada de la proteïna tau. Per tant, la nitrotirosinació de la TPI podria explicar la progressió temporal que ocorre als cervells de pacients amb la malaltia d'Alzheimer des de la toxicitat induïda per l'Ai l'aparició dels NFT. Els resultats presentats en aquesta tesi podrien obrir nous aspectes en la recerca de la malaltia d'Alzheimer així com en altres malalties que cursin amb estrès oxidatiu i plegament erroni de proteïnes. / This thesis demonstrates that amyloid ß-peptide (Aß)-induced peroxynitrite contributes to the switch of the Aβ42/Aβ40 ratio that occurs in Alzheimer's disease (AD). Since Aβ42 is more toxic due to its higher aggregation and stability, it contributes to the trigger of the disease. In addition the aggregation of Aβ42 in form of the highly toxic oligomers is incremented by the presence of peroxynitrite. Moreover, these nitro-Aß42 oligomers are more toxic than those non-nitrated. All these results support the important role of peroxynitrite in AD etiology. Furthermore, since the identification of Aß accumulation and the subsequent formation of neurofibrillary tangles (NFT) as the two defining pathological hallmarks of AD, a fair amount of research on AD has been driven by the need to find the molecular mechanism linking Aß and NFT. This thesis shows the Aß-induced peroxynitrite, and the consequent nitrotyrosination of proteins, promotes tau fibrillization. Thus triosephosphate isomerase (TPI) nitrotyrosination could be the link between Aß-induced toxicity and tau pathology. Therefore, TPI nitrotyrosination may explain the temporal progression from Aß toxicity to NFT formation in AD brain. The work presented in this thesis could open a novel angle in the research of the pathophysiology of AD and could also have an impact to the research in other neurodegenerative diseases involving oxidative stress and protein misfolding.