La préséniline1 (PS1) lorsqu'elle est mutée, cause la maladie d'Alzheimer sous forme héréditaire. Cette protéine est impliquée dans diverses voies de signalisation, particulièrement la voie de Notch et de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP). L'objectif de ce travail était d'étudier la relation entre ces deux voies. Pour ce faire, nous voulions créer une banque d'ADNc à partir de cellules qui surexpriment une portion du gène Notch pour ensuite la cribler par la méthode du double hybride de levure. Malheureusement, nous n'avons pu créer la banque d'ADNc. Cependant nous avons criblé une banque commerciale d'ADNc de cerveau embryonnaire humain en utilisant les sondes constituées par le domaine N-terminal de PS1 (1-132) ainsi que le domaine intracellulaire d'APP (AICD). Différents partenaires ont été identifiés avec les 2 sondes. Parmi ceux-çi, un clone ayant le potentiel de relier les voies de Notch et APP a été identifié avec la sonde AICD.

Les plaques amyloïdes sont l’une des principales caractéristiques pathologiques de la maladie d’Alzheimer (MA). Elles sont composées de peptides amyloïdes-β (Aβ) 1-40 et 1-42 fibrillaires et ont été décrites comme responsable de la réponse inflammatoire et de la neurodégénérescence. L’Herpès simplex virus 1 (HSV-1) a été impliqué comme facteur de risque de la MA et retrouvé à l’intérieur des plaques amyloïdes. Des données récentes suggèrent que les peptides Aβ possèdent une activité antimicrobienne et antivirale in vitro. La première partie des travaux décrits dans cette thèse concerne l’étude du rôle antiviral des peptides Aβ contre les virus HSV-1. Pour cela, des cellules fibroblastiques, épithéliales et neuronales ont été exposées aux peptides Aβ40 et Aβ42 et infectées avec le virus HSV-1. L’analyse quantitative par PCR a montré que les peptides Aβ40 et Aβ42 inhibent la réplication des virus HSV-1, qui possèdent une enveloppe mais n’inhibent pas l’infection par les adénovirus-5 qui n’en possèdent pas. Nos résultats ont aussi montré que les peptides interagissent directement avec les virus HSV-1 dans un modèle acellulaire et inhibent leur entrée dans les cellules. Dans une deuxième partie de l’étude, nous avons utilisé un modèle de cocultures de lignées cellulaires de neuroblastomes (H4) et microgliales (U118-MG) en tant que modèle minimal in vitro afin de déterminer si les cellules H4 produisent des peptides Aβ et si cette production induit une protection antivirale contre le virus HSV-1. Les résultats ont montré que les cellules H4 sécrètent Aβ42 en réponse à une infection par les virus HSV-1 et que les cellules U118-MG internalisent le peptide Aβ42. De plus, le peptide Aβ42 exogène induit une forte production de cytokines pro-inflammatoires mais l’infection des cellules par les virus HSV-1 n’augmente pas significativement cette production. Par ailleurs, la protection antivirale du peptide Aβ42 a été confirmée lors d’expériences de transferts impliquant des milieux de cultures conditionnés provenant de cellules H4 infectées par le virus HSV-1. Ces milieux confèrent une protection Aβ-dépendante, contre les infections par les virus HSV-1 dans des essais de nouvelles cultures de cellules H4. Dans le but de mettre en évidence le mécanisme responsable de l’effet antiviral des peptides Aβ, nous avons proposé que l’homologie de séquence entre les peptides Aβ et la région proximale transmembranaire de la glycoprotéine de fusion B (gB) du virus HSV-1 pourrait être responsable de l’interférence des peptides Aβ avec la réplication des virus HSV-1 en s’insérant dans l’enveloppe externe des virus. Cette explication a été appuyée par des expériences de FRET. Les résultats ont montré que l’interaction peptide Aβ42 et gB-GFP implique une distance de 10 nm ou moins, suggérant que le peptide Aβ42 peut s’insérer dans l’enveloppe virale. L’ensemble de nos données suggère qu’une production de peptides Aβ par les neurones pourrait les protéger lors d’une infection par les virus HSV-1 latents et, contre d’autres pathogènes. Par contre, une surproduction pourrait contribuer à la formation des plaques amyloïdes, expliquant ainsi pourquoi les infections ont un rôle dans la pathogénicité de la forme sporadique de la MA.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'objectif de ce projet est d'élaborer des composés capables d'interagir avec des processus biologiques impliquant des associations protéines-protéines, soit pour les inhiber, soit pour les marquer. Deux cibles protéiques impliquées dans la maladie d'Alzheimer et formant des fibres amylogènes sont envisagées : la protéine tau et le peptide Aβ40. Notre conception des inhibiteurs consiste à présenter de façon multimérique des composés biologiquement actifs (peptides et molécules organiques) sur un châssis moléculaire, la dicétopiperazine. L'activité biologique de nos composés est évaluée par des tests in vitro et in vivo. Un autre aspect du projet est la conception, la synthèse et la caractérisation d'un peptidomimétique des fibres de la protéine tau. / The aim of our project is to synthesize compounds able to interact with biological processes involved in protein-protein interactions. Two amyloidogenic proteins involved in Alzheimer's disease have been chosen: tau protein and Aβ40 peptide. Our approach is based on the multimeric presentation of biological compounds (peptides and organic compounds) and our inhibitors are designed from a diketopiperazine scaffold. The biological activity of our compounds is evaluated in vivo and in vitro. Other part of the project is the design, synthesis and characterization of compounds able to mimic Tau fibers.

L’étude des interactions moléculaires au niveau des membranes biologiques est un enjeu capital pour le développement et le screening de nouvelles molécules médicamenteuses. La MA est la forme de démence sénile la plus répandue dans le monde et représente le principal problème socioéconomique en matière de soins de santé. L'apparition et la progression de cette maladie neurodégénérative sont associées à l'agrégation du peptide Aβ.Une stratégie thérapeutique contre la MA consiste à développer des molécules capables d'interférer à des étapes spécifiques de l’agrégation du peptide. Pour les identifier, des méthodes expérimentales sont nécessaires pour suivre et caractériser le peptide Aβ au cours de son processus de fibrillation. Ces méthodes doivent être suffisamment simples pour rester compatibles avec une démarche de drug discovery. Dans le présent travail de thèse, nous avons proposé de combiner des méthodes expérimentales pour permettre une caractérisation multiparamétrique de modulateurs potentiels de la fibrillation du peptide Aβ1-42, en y intégrant des liposomes de composition définie, comme membranes neuronales biomimétiques. Il est en effet établi que les lipides neuronaux sont un facteur important dans la formation des fibres amyloïdes et leur toxicité. Les liposomes ont été formulés par la méthode de réhydratation de film lipidique, et leurs propriétés physico-chimiques caractérisées par RMN, DLS, potentiel ζ.La détermination expérimentale du coefficient de partage de composés d’intérêt a pu être réalisée par spectrophotométrie, y compris de façon originale, par fluorescence, en utilisant ces liposomes, dans des tests miniaturisés. Des études cinétiques de l’agrégation du peptide Aβ1-42 ont été effectuées en présence de liposomes. La fluorescence de la ThT a été mesurée pour suivre la voie de la fibrillation du peptide Aβ, utilisé dans sa forme sauvage ou celle d’un mutant oligomérique, l’oG37C. Une analyse de fuite d’un fluorophore à partir des liposomes, appuyée par des mesures en DLS, a été réalisée afin d'évaluer l'impact des interactions entre le peptide et les membranes pour prévoir tout effet de déstabilisation. Les fibres toxiques formées par Aβ étant principalement organisées en feuillets β, les données ont été corrélées à l'analyse de la structure secondaire du peptide par spectroscopie ATR-FTIR. Après avoir mis en œuvre cette approche sur différentes molécules modèles et un hit d’intérêt potentiel dans le traitement de la MA, l’ensemble de ce travail a abouti à un test multiparamétrique permettant la caractérisation de l’interactome molécules/Aβ/membranes et la discrimination de modulateurs de l'agrégation du peptide Aβ1-42. Cette approche pourra être avantageusement transposée à d'autres maladies amyloïdes. / The study of molecular interactions at the level of biological membranes is a key issue for the screening and the development of new drugs. Alzheimer's disease (AD) is the most common form of senile dementia in the world and is the leading socio-economic problem in health care. The appearance and progression of this neurodegenerative disease are associated with the aggregation of the amyloid-β peptide (Aβ). A therapeutic strategy against AD consists in the development of molecules able to interfere with specific steps of Aβ aggregation. To identify such compounds, experimental methods are required to monitor and characterize the Aβ peptide during its fibrillation process. These methods must be simple enough to remain compatible with drug discovery. In this PhD project, we have proposed to combine experimental methods to allow a multiparametric characterization of potential Aβ1-42 fibrillation modulators, by integrating liposomes of defined composition as biomimetic neuronal membranes. It is indeed established that neuronal lipids are an important factor in the formation of amyloid fibers and their toxicity. The liposomes were formulated by the lipid film rehydration method, and their physicochemical properties characterized by NMR, DLS, ζ potential. The experimental determination of the compounds partition coefficient could be carried out by spectrophotometry, including in an original way, by fluorescence, these liposomes, in miniaturized tests. Kinetic studies of Aβ1-42 peptide aggregation were performed in the presence of liposomes.The ThT fluorescence was monitored to follow the Aβ peptide fibrillation pathway, used in its wild form or with an oligomeric mutant, oG37C. A fluorophore leakage analysis from liposomes, supported by DLS measurements, was performed to evaluate the impact of peptide/membranes interactions to predict any destabilization effects. The toxic fibers formed by Aβ being mainly organized in β-sheets, the data were correlated with the analysis of the peptide secondary structure by ATR-FTIR spectroscopy. After the implementation of this approach on different model molecules and a hit of potential interest in the AD treatment, all of this work has resulted in a multiparametric test allowing the molecules/Aβ/membranes interactome characterization and the discrimination of Aβ1-42 peptide aggregation modulators. This approach may be advantageously transposed to other amyloid diseases.

La maladie d'Alzheimer (MA) est la forme de démence la plus commune. Cette maladie neurodegenerative reliée à l'âge est caractérisée par des pertes de mémoire ainsi qu'une diminution des facultés de planification et de pensée. À ce jour, aucun traitement efficace n'est disponible pour ralentir ou arrêter l'évolution de la maladie. Selon la théorie de la cascade amyloïde, cette maladie, d'apparition héréditaire ou spontanée, serait causée par une accumulation de protéines bêta-amyloïde (Aβ) dans le cerveau des patients. La présence d'oligomères Aβ solubles serait hautement associée à l'accumulation d'enchevêtrements neurofîbrillaires ainsi qu'à une réaction inflammatoire importante. Les microglies sont reconnues comme les cellules immunitaires du cerveau. Pendant la MA, ces cellules sont reconnues pour produire des cytokines pro-inflammatoires et des molécules nocives pour les neurones. Ces cellules seraient cependant très importantes pour l'élimination de l'Aβ par phagocytose et pourrait alors être bénéfiques en empêchant l'évolution de la MA. Une meilleure compréhension des molécules impliquées dans l'activation des cellules microgliales contre les protéines Ap pourrait permettre le développement de nouveaux traitements contre la MA. Nous avons donc démontré que les cellules microgliales exprimaient le Toll-like receptor 2 (TLR2) en réponse à l'Aβ. De plus, plusieurs évidences démontrent aussi que ces récepteurs seraient très importants pour l'élimination de l'Aβ. Nous avons ici utilisé un modèle murin de MA pour démontrer l'importance du récepteur TLR2 ainsi que de la voie de signalisation intracellulaire dépendante de la protéine adaptatrice MyD88 dans l'évolution de la MA. L'importance de l'expression de ces protéines dans les cellules microgliales infiltrant le cerveau chez l'adulte a aussi été démontrée par la production de souris chimériques et par les techniques de thérapie génique, c'est-à-dire par la transduction de cellules de la moelle osseuse par un vecteur lentiviral. Ces résultats ont été obtenus dans le but de connaître davantage l'activation microgliale et l'élimination de l'Aβ du cerveau. Dans un avenir rapproché, ces connaissances nous permettront de moduler le système immunitaire des patients atteints de cette maladie dans le but d'arrêter ou du moins de ralentir sa progression.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / L’unité neurovasculaire (NVU) est centrale dans l’élimination de la β-amyloïde dont l’accumulation promeut le développement de la maladie d’Alzheimer (AD). Suivant une perturbation vasculaire, le bris ou l’altération de la barrière hématoencéphalique induit le remodelage de la NVU. Par exemple, les cellules endothéliales sécrètent l’activateur tissulaire du plasminogène (t-PA), ce qui module les cellules composant la NVU. C’est pourquoi, nous nous sommes intéressés à ce remodelage dans la AD en étudiant l’effet de l’hypoperfusion cérébrale chronique sévère (SCCH) et de l’administration du t-PA. Suite à la SCCH, les souris développant la AD, APPswe/PS1, démontrent un déclin cognitif plus important causé par un dysfonctionnement des microglies. En contre partie, nous avons observé une amélioration des fonctions cognitives des APPswe/PS1 suite à l’injection systémique du t-PA qui induit l’activation des microglies via la protéine apparentée au récepteur des protéines de faibles densité, LRP1, et promeut l’élimination de l’Aβ. Ainsi, nos résultats démontrent que le remodelage de la NVU peut aggraver la pathogenèse, mais également fournir des pistes de traitement. / Brain remodeling by the neurovascular unit (NVU) has gain interest in disease such as Alzheimer’s disease (AD). Following vascular perturbation, NVU go through remodeling due to disruption or alteration of brain-blood barrier. One of the molecule inducing remodeling is the tissue-plasminogen activator (t-PA) released by endothelial cells. In fact, t-PA can act both as an enzyme and a cytokine. Thus, we studied the effect of vascular perturbation and t-PA system in AD. By developing a new model of a severe chronic cerebral hypoperfusion (SCCH), we demonstrate that SCCH aggravates memory loss in AD mice, APPswe/PS1, due to microglia dysfunction. Indeed, low glucose environment lowers microglia’s activity and phagocytosis capacity. On the other hand, systemic administration of t-PA improves cognition as well as decreases amyloid burden in APPswe/PS1. Acting as a cytokine, rt-PA binds LRP1 which induces microglia’s activation and promotes amyloid elimination. These data suggest that NVU remodeling occurring in AD may participate in the disease pathogenesis and provide new insight of treatment, such as rt-PA.

La maladie d'Alzheimer (MA) se caractérise pathologiquement par l'accumulation de plaques amyloïde dans le cerveau. La tomographie par émission de positrons (TEP) permet d'imager les plaques amyloïde in vivo. Le but de ce projet est d’évaluer le rôle de la TEP amyloïde dans le processus diagnostique de la MA dans des cas de démences atypiques. Le deuxième but de ce projet est de déterminer l'impact de la révélation d’un diagnostic plus certain chez les proches aidants. 28 patients sans diagnostic malgré une investigation exhaustive ont été sélectionnées et imagées avec le traceur amyloïde 18F-NAV4694 (âge 59,3 ans, é-t. 5,8; MMSE 21.4, é-t 6.0). Les neurologues référents documentaient par la suite tout changement de niveau de certitude, de diagnostic, de traitement et/ou de prise en charge. Les proches aidants consentants ont été rencontrés subséquemment, et un questionnaire avec une échelle de Likert a été utilisé afin de documenter l’impact de l’imagerie leur perception de la maladie. Notre cohorte a été également divisée entre amyloïde positifs (14/28) et négatifs (14/28). Un changement de diagnostic a lieu dans 9/28 cas (32,1% :17.8% ont changé de MA à non-MA, 14,3% de non-MA à MA). Il y avait une augmentation significative (p< 0,05) de 44% dans la certitude du neurologue suite à cet examen. Un changement de prise en charge a été obtenu dans 20/28 (71,4%) des cas. Bien que non significatifs statistiquement, un impact favorable sur les proches-aidants a été noté. Cette étude suggère que l’imagerie amyloïde a un rôle bénéfique dans les cas de démences atypiques n’ayant pu être élucidés avec les techniques d’investigations actuellement recommandées. De plus, le processus a été perçu positivement par les proches aidants, notamment en encourageant du temps de qualité avec leurs personnes chères. Ceci illustre un rôle prometteur des biomarqueurs, qui sont de plus en plus explorés. / Recent studies have supported a role for amyloid PET imaging in distinguishing Alzheimer’s disease (AD) pathology from other pathological protein accumulations leading to dementia. We investigated the clinical utility of amyloid PET in the differential diagnosis of atypical dementia cases and its impact on caregivers. Using the amyloid tracer 18F-NAV4694, we prospectively scanned 28 patients (mean age 59.3 y, s.d. 5.8; mean MMSE 21.4, s.d. 6.0) with an atypical dementia syndrome. Following a comprehensive diagnostic workup (i.e., history taking, neurological examination, blood tests, neuropsychological evaluation, MRI and FDG-PET), no certain diagnosis could be arrived at. Amyloid PET was then conducted and classified as positive or negative. Attending physicians were asked to evaluate whether this result led to a change in diagnosis or altered management. They also reported their degree of confidence in the diagnosis. Caregivers were met after disclosure of amyloid PET results and completed a questionnaire/interview to assess the impact of the scan. Our cohort was evenly divided between positive (14/28) and negative (14/28) 18F-NAV4694 cases. Amyloid PET resulted in a diagnostic change in 9/28 cases (32.1%: 17.8% changed from AD to non-AD, 14.3% from non-AD to AD). There was a 44% increase in diagnostic confidence. Altered management occurred in 71.4% (20/28) of cases. Knowledge of amyloid status improved caregivers’ outcomes in all domains (anxiety, depression, disease perception, future anticipation, and quality of life). This study suggests a useful additive role for amyloid PET in atypical cases with an unclear diagnosis beyond the extensive workup of a tertiary memory clinic. Amyloid PET increased diagnostic confidence and led to clinically significant alterations in management. The information gained from that test was well received by caregivers and encouraged spending quality time with their loved ones. This study underscores the promising role of biomarkers in the study of dementias.

La maladie d'Alzheimer (MA) est la forme la plus commune des maladies neurodegeneratives qui se caractérise par un déclin progressif et continu des fonctions cognitives et par des lésions histopathologiques caractéristiques : les plaques seniles et les dégénérescences neurofibrillaires. Avec une incidence qui augmente de façon vertigineuse, la MA représente un défi thérapeutique mais aussi un enjeu économique majeur. À ce jour, malgré les progrès réalisés dans la compréhension de la maladie au cours de 20 dernières années, aucun traitement efficace n'est disponible pour ralentir ou arrêter l'évolution de la maladie. Le peptide amyloïde (Aβ) principal constituant des plaques seniles, est issu du clivage amyloïdogénique de la protéine précurseur amyloïde (APP) suite à l'action des sécrétases bêta et gamma. L'accumulation extracellulaire de l'Aβ initie une cascade d'événements neuropathologiques, encore incomplètement comprise, connue sous le nom de la cascade amyloïde qui entraine un dysfonctionnent synaptique accompagné d'une mort neuronale intensive. Plusieurs évidences indiquent que l'APP joue un rôle déterminant dans l'étiologie de la MA. Les études génétiques menées à partir de formes familiales ont montré que toutes les mutations géniques pathogènes répertoriées à ce jour, avaient une incidence directe soit sur l'expression, soit sur le métabolisme de l'APP et, par conséquent, sur l'accumulation du peptide Aβ. La surexpression de l'ARNm cellulaire de l'APP étant étroitement et positivement corrélée à l'expression en aval de la protéine APP et le niveau de la production de l'Aβ. Ainsi, l'APP apparaît comme une cible pertinente pour le traitement de la MA. Son inhibition permettrait de bloquer l'accumulation et la toxicité liée à l'Aβ responsable de la pathogenèse observée dans la MA. Ce travail décrit le développement d'un outil d'inhibition moléculaire basé sur l'utilisation du ribozyme delta. Une nouvelle génération de ribozyme appelée SOFA-ð-Ribozyme a été spécialement construite pour cibler l'ARNm de l'APP. Nous avons démontré que ces APP-ð-Ribozymes assurent une correction efficace des niveaux de l'APP et permettent le rétablissement de la production aberrante d'Aβ dans les cellules neuronales. Cette intervention est donc considérée comme une étape importante et cruciale pour corriger les mécanismes qui animent l'augmentation des dépôts amyloïdes dans le but d'influencer les autres acteurs de cascade amyloïde. Nous nous sommes penchés ensuite sur la possibilité de trouver une approche alternative à l'inhibition des sécrétases impliquées dans la libération pleeà'A intervenant directement au niveau de leurs sites d'action sur l'APP. Pour cela un criblage d'une banque de peptides aléatoires à été réalisé grâce à l'utilisation du système double hybride chez la levure dans le but de sélectionner de nouvelles interactions in vivo peptides-APP capables interférer avec les activités sécrétases et d'empêcher la libération de l'Amyloïde. Cette approche est particulièrement pertinente, puisque ces enzymes possèdent différents substrats et leur inhibition directe peut avoir des effets secondaires indésirables voir fatals. Dans la mesure où la bêta-sécrétase (BACE) est l'enzyme limitant dans la génération de l'Aβ, la découverte d'une nouvelle génération d'inhibiteur agissant directement sur l'APP serait d'une importance majeure pour le développement d'une thérapie appropriée à la MA. n

Les microARN (miARN) sont de petits ARN endogènes de 21-23 nucléotides (nt) impliqués dans la répression traductionnelle d'ARN messagers (ARNm) spécifiques par la reconnaissance de sites de liaison (SL) dans la région 3' non-traduite (3'NT) chez la plupart des eucaryotes. Dans le cerveau de patients atteints de la maladie d'Alzheimer, l'expression de la protéine BACE est augmentée d'environ 3 fois, malgré des niveaux inchangés d'ARNm, suggérant la perte possible d'une régulation par les miARN. De fait, la région 3'NT de mBACEl régule l'expression du gène rapporteur Renilla luciférase (Rluc), auquel il est couplé, à la baisse par plus de 70 % dans les lignées cellulaires murines neuronale (N2a) et fibroblastique (NIH 3T3). Une analyse bioinformatique a révélé deux SL potentiels pour des miARN dans la région 3'NT de mBACEl, soit pour miR-298 et miR-328. Nous avons démontré que ces miARN lient de façon spécifique leur SL présumé par EMSA in vitro. Ces interactions sont déstabilisées par la perturbation de l'appariement de la région 5' du miARN. Le SL de miR-328 est capable de médier la répression de l'expression de Rluc in vivo, alors que la mutation des SL abolit cette répression, validant ainsi la fonctionnalité du SL. Finalement, une surexpression ou une neutralisation de miR-298 et miR-328 font varier les niveaux de mBACEl endogène à la baisse et à la hausse, respectivement. Nos résultats suggèrent l'implication de miR-298 et miR-328 dans la régulation de l'expression de BACE, et offrent une nouvelle perspective étiologique de la maladie d'Alzheimer.