La conversion de la protéine prion cellulaire (PrPC) en protéine prion scrapie (PrPSc) est à l’origine des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST). La toxicité de la PrPSc est restreinte aux neurones et implique la déviation de la (des) fonction(s) de la PrPC. Une action neurospécifique de la PrPC est le recrutement de la src kinase Fyn. Dans ce travail, nous montrons que la PrPC est capable de mobiliser une autre src kinase, Lyn, via la cavéoline (cav) dans les neurones. Une cible du couplage PrPC-cav-Lyn, restreint aux corps cellulaires, est la kinase GSK3ß. L’inactivation de GSK3ß par la PrPC intervient dans la régulation des fonctions neuronales, en limitant l’activité du récepteur sérotoninergique 1B. D’autre part, nous montrons que dans les cellules infectées par les prions, l’accumulation de PrPSc induit le recrutement constitutif de la plateforme PrPC-cav-Fyn, à l’origine d’un stress oxydant. Ce gain de fonction entraine notamment un défaut de clivage par la metalloprotéase MMP-9, dont une des conséquences est l’accumulation du peptide Aß. Un autre impact de l’infection est la suractivation de la kinase PDK1, qui génère une perte de fonction de la metalloprotéase TACE. Dans des neurones « Alzheimer », on observe également cette cascade délétère, qui dépend de la PrPC. L’inhibition de PDK1 dans des modèles d’infection par les prions ou de maladie d’Alzheimer permet de rétablir l’activité d’alpha-clivage de TACE vis-à-vis de ses substrats, la PrPC, APP et le récepteur au TNF-alpha. L’effet bénéfique observé in vivo permet de définir PDK1 comme une cible thérapeutique potentielle pour les EST et la maladie d’Alzheimer. En résumé, ce travail illustre comment une meilleure connaissance de la fonction de signalisation de la PrPC peut permettre de progresser dans la compréhension des mécanismes de neurodégénérescence associés non seulement aux maladies à prions, mais également à la maladie d’Alzheimer. / Transmissible spongiform encephalopathies (TSE) are characterized by the conversion of the cellular prion protein (PrPC) into its scrapie isoform (PrPSc). PrPSc-mediated toxicity is restricted to neurons and results from the subversion of PrPC function(s). Some neuronal specificity of PrPC signaling relates to its coupling to the Fyn src kinase. In this work, we report that PrPC has the capacity to mobilize another src kinase, Lyn, via caveolin in neurons. A downstream effector of the PrPC-cav-Lyn signaling complex, which is spatially restricted to cell bodies, is the GSK3ß kinase. The inactivation of GSK3ß by PrPC takes part to the control of neuronal functions by negatively regulating the activity of the serotonin 1B receptor. Furthermore, we show that in prion-infected cells, PrPSc constitutively activates the PrPC-cav-Fyn platform, leading to oxidative-stress conditions. This toxic gain of PrPC function induces a defect in metalloproteinase MMP-9 activity, leading to increased Aß levels. Another impact of prion infection is the overactivation of the PDK1 kinase, which results in the loss of function of the TACE metalloproteinase. PDK1 overactivation is also observed in neurons from Alzheimer’s disease model mice, and is shown to be PrPC dependent. PDK1 inhibition in models of prion infection or Alzheimer’s disease restores TACE-mediated alpha-cleavage of PrPC, APP and TNF-alphareceptor. Since positive effects of PDK1 inhibition are observed in vivo, our data posit PDK1 as a putative therapeutic target to combat TSE disorders and Alzheimer’s disease. In summary, achieving a better knowledge of PrPC signaling function may help to improve our understanding of the mechanisms sustaining neurodegeneration in prion and Alzheimer’s diseases.

Dans cette thèse nous avons étudié le stade débutant de la maladie d'Alzheimer par deux approches distinctes. D'un point de vue fondamental, nous avons étudié le rôle des oligomères d'Aß dans un modèle d'injection intracérébrale de ces espèces solubles chez la souris sauvage. Nous avons notamment montré que ces injections engendraient chez l'animal des désordres mnésiques aigus et réversibles qui s'apparentent à la maladie d'Alzheimer. Nous avons aussi mis en évidence une diminution d'expression d'une protéine post-synaptique (PSD95), une augmentation de la phosphorylation de la protéine Tau et une hyperactivation neuronale induites par ces injections, Ces modifications histo-fonctionnelles généralisées concordent avec le profil de dissémination diffus des solutions peptidiques injectées comme en atteste la mise en évidence de peptide Aß dans des régions distantes du site d'injection en immunohistochimie mais aussi en spectrométrie de masse. D'un point de vue clinique nous avons étudié la valeur du Rappel Libre/Rappel Indicé 16 items (RLRI16), un test de mémoire épisodique, au sein d'une cohorte de patients consultant pour une plainte mnésique ayant participé à un essai thérapeutique multicentrique national. Dans cette cohorte, le RLRI16 s'est avéré être le meilleur prédicteur de la survenue d'une démence d'Alzheimer probable dans les 5 ans qui ont suivi son administration. Le grand nombre de participants, la durée de l'étude et le mode de recrutement (par les généralistes) nous ont permis de proposer des valeurs seuils qui pourront aider le clinicien dans sa pratique quotidienne et permettront de définir des critères d'inclusion dans de nouveaux essais thérapeutiques. / We studied the early phase of Alzheimer’s disease with two approaches, experimental and clinical. Firstly, experimentally, we injected Aβ oligomers in the brain of wild type mice. We showed that these soluble species elicited memory impairment reminiscent of those found in AD although in our case they were both acute and reversible. We also evidenced a decrease in the expression of a postsynaptic protein (PSD95), an increase in the phosphorylation of Tau and a neuronal hyperactivity one week after these injections. These histo-functional changes were observed throughout the brain. The diffusion of the Aß injectate shown by immunohistochemistry and by mass spectrometry imaging was widespread. Clinically, we confirmed the usefulness of a memory test, the Free and Cued Selective Reminding Test (FCSRT) to predict the risk of dementia of the Alzheimer’s type (DAt) up to 5 years prior to its onset. This was made possible by the study of a cohort of patients who consulted for memory complaints and were then included in a multicentric national clinical trial conducted in France. In this cohort, the FCSRT proved to be the best predictor of the further conversion to a DAt. The large number of participants, length of the follow-up and recruitment type (mainly by the general practitioners) allowed us to derive thresholds to be used by clinicians in their daily practice or as inclusion criteria in new clinical trials.

La maladie d’Alzheimer est la maladie neurodégénérative la plus fréquente chez l’Homme et constitue un enjeu économique et de santé publique majeur. Les cerveaux de patients atteints présentent une atrophie corticale associée à deux types de lésions : les dégénérescences neurofibrillaires, constituées de protéines Tau agrégées, et les plaques amyloïdes, composées majoritairement de peptides amyloïde beta Aß agrégés. Les peptides Aß et leur agrégation seraient à l’origine de la pathogenèse. Afin d’éclaircir les mécanismes moléculaires à la base de la toxicité d’Aß, nous avons construit un modèle de toxicité d’Aß dans la levure Saccharomyces cerevisiae. Ce modèle a permis d’établir que la toxicité d’Aß dans la levure est intimement liée à sa sécrétion et au trafic vésiculaire. Ce modèle nous a également permis de réaliser une étude structure-toxicité du peptide et de mettre en évidence des éléments en cis importants pour la toxicité d’Aß. Une nouvelle voie d’agrégation des peptides toxiques en structure riche en feuillet ß anti-parallèle a pu ainsi être mise en évidence. Le modèle de toxicité d’Aß et l’existence de variants très toxiques d’Aß dans la levure nous a permis de réaliser des cribles génétiques afin de rechercher les éléments modulant la toxicité d’Aß in vivo. Le trafic vésiculaire, en particulier l’endocytose via le remodelage du cytosquelette d’actine, un complexe responsable de la formation de vésicules intraluminales appelé ESCRT, forment autant de pistes à étudier pour améliorer notre compréhension de la toxicité d’Aß. / Alzheimer’s disease is the most common neurodegenerative disease. This pathology is caused by aggregation of Aß peptides. The exact mechanism of neuronal cell dysfunction in Alzheimer’s disease is poorly understood and numerous models have been used to decipher the mechanisms leading to cellular death. In order to clarify the molecular mechanisms underlying the toxicity of Aß, we generated a new model to study Aß toxicity in yeast Saccharomyces cerevisiae. In our model, Aß toxicity is closely related to its secretion and its intracellular traffic. Indeed, when Aß is targeted to the secretory pathway, it is able to produce toxic species. Interestingly, we demonstrated also that even if Aß is addressed to the secretory pathway, it is still able to form cytoplasmic aggregates. Moreover, with this model, we generated new highly toxic mutants of Aß by random mutagenesis. In order to correlate structural conformation ‘signature’ to Aß toxicity, we performed a structure-toxicity study of these new variants. In vitro, we demonstrated that a new anti-parallel aggregation pathway is associated with highly toxic mutants of Aß. Then, using our Aß yeast model and also these harmful variants, we performed genetic screens in order to identify candidate genes able to modulate Aß toxicity in vivo. Given these different screens, we found that vesicular trafficking, endocytosis via actin cytoskeleton remodeling, and ESCRT-III (Endosomal Sorting Complex Required for Tansport) open new avenues to improve our understanding of Aß toxicity.