Le diagnostic de la maladie d’Alzheimer (MA) est tardif et présente un manque de fiabilité en regard de l’examen neuropathologique postmortem permettant de confirmer ce diagnostic. En effet, les présentations cliniques de la MA peuvent être multiples et parfois atypiques. Des anomalies dans les concentrations des protéines tau, tau phosphorylées et amyloïdes bêta, au sein du liquide céphalorachidien (LCR), ont permis d’améliorer le diagnostic du vivant du patient. Nous avons évalué la performance de ces marqueurs, dans le LCR, utilisés pour le diagnostic de la MA dans les formes syndromiques atypiques. L’utilisation de ces marqueurs augmente la précision du diagnostic lors de ces différentes présentations cliniques. De plus, nous avons mis au point un test diagnostic biochimique postmortem des différentes tauopathies permettant de mieux les caractériser en complément de l’examen neuropathologique. Enfin, nous avons conçu et caractérisé des anticorps spécifiquement dirigés contre la protéine tau phosphorylée en position 231. Cet outil nous a permis de développer un test ELISA dans le LCR. Des résultats préliminaires suggéreraient une interaction in vivo entre les protéines tau et Prion. Ces résultats, décrits pour la première fois, sont corrélés à nos observations histologiques / Diagnosis of Alzheimer’s disease (AD) is late with a lack of reliability with regard to postmortem neuropathological examination that permits to confirm this diagnosis. Indeed, many clinical presentations of AD can occur and sometimes atypical. Anomalies in cerebrospinal fluid (CSF) levels of tau, phosphorylated tau and amyloid beta proteins permitted to improve antemortem diagnosis. We evaluated biomarkers performance, into CSF, used for AD diagnosis in syndromal atypical forms. The use of these biomarkers increases the accuracy of diagnosis during these different clinical presentations. Moreover, we adjusted a biochemical postmortem diagnosis test of tauopathies giving the interest to better characterize them in addition to neuropathological examination. Finally, we developed and characterized antibodies specifically directed against phosphorylated tau protein on 231 epitope. This tool permitted to make an ELISA test in CSF. Preliminary results may suggest an in vivo interation between tau and Prion proteins. These results, described for the first time, correlated with our histological observations

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Tau protein, a microtubule-associated protein localized in axonal projections of neurons, is a key molecule in the pathology of Alzheimer's disease (AD), the most common cause of dementia in the elderly population. Tau belongs to the group of natively unfolded proteins without globular structure and is prone to numerous posttranslational modifications (PTMs). Under pathological conditions, abnormal PTMs and misfolding of tau protein occurs and leads to oligomerization and aggregation into paired helical filaments forming neurofibrillary tangles, the histopathological hallmark of AD. Currently available drugs applied in AD treatment can only slow the disease progression and those, which halt the AD-specific neurodegenerative processes, are still missing. Very promising and evolving therapeutic approach is immunotherapy, and even immunomodulation by administration of intravenous immunoglobulin (IVIG) products, a reservoir of natural antibodies from the plasma of healthy donors, has been already tested. The discovery of naturally occurring antibodies directed to tau (nTau-Abs) in body fluids of both AD and healthy subjects and their presence in IVIG begin the investigation of their therapeutic potential. Considering a wide range of possible modifications of tau and of various tau species (oligomers,...

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In der Alzheimer-Forschung (engl.: Alzheimer Disease, AD) wird immenser Aufwand zur Entwicklung von den Krankheitsverlauf verändernden Medikamenten betrieben. Studien zeigten, dass die abnormale Aggregation des Tau-Proteins offenbar zum Zusammenbruch der Zellkommunikation führt. Niedermolekulare Substanzen, die die Tau-Protein-Aggregation inhibieren und sogar bereits gebildete Aggregate wieder auflösen können wurden entwickelt, sind jedoch oft aufgrund von schlechten Wasserlöslichkeiten nur unter Zusatz von Dimethylsulfoxid (DMSO) in Biotests einsetzbar. Durch das Design maßgeschneiderter Peptid-Polyethylenglykol (PEG)-Konjugate war die spezifische Bindung und anschließende Freisetzung ausgewählter potentieller anti-AD-Wirkstoffe in DMSO-freien Biotests möglich. Für den Entwurf der Wirkstoff-Transporter wurden Peptidbibliotheken mit Raman- und Fluoreszenz-Mikroskopie-basierten Methoden hinsichtlich der Anreicherung der Wirkstoffe an Peptiden mit hoher Wirkstoff-Bindekapazität getestet. Mithilfe von Matrix-unterstützter Laser-Desorption/Ionisation (MALDI)-Massenspektrometrie (MS/MS)-Fragmentierung konnten die Peptidsequenzen der positiven Treffer identifiziert werden. Die zugehörigen Konjugate wurden synthetisiert, mit den Wirkstoffen beladen und die entstehenden sehr gut wasserlöslichen Wirkstoff-Konjugat-Komplexe analysiert. Für biomedizinische Anwendungen sind kompakte und definierte Systeme von Vorteil. Zur Strukturaufklärung der Wirkstoff-Konjugat-Komplexe konnten zahlreiche Untersuchungen erfolgreich durchgeführt werden. Viele Komplexe wurden zudem in DMSO-freien Biotests der Tau-Protein-Aggregation eingesetzt. Die Bioverfügbarkeit der schwerlöslichen anti-AD-Wirkstoffe konnte durch die Solubilisierung mit maßgeschneiderten Peptid-PEG-Konjugaten enorm verbessert werden. Die auf Raman-aktive Substanzen erweiterte Screeningprozedur kann wahrscheinlich auf eine Großzahl von Wirkstoffen mit ungünstigen pharmakologischen Eigenschaften angewendet werden. / Considerable efforts are devoted in Alzheimer Disease (AD) research to develop disease modifying drugs. Various studies have demonstrated that abnormal aggregation of Tau protein probably interrupts communication between cells. Tau protein aggregation can be inhibited and even preformed aggregates can be redissolved by small-molecule compounds. Unfortunately, these molecules often can only be applied in limited biotests using dimethyl sulfoxide (DMSO) as co-solvent due to their poor water solubility and bioavailability. The solubilization of selected potential anti-AD drugs by tailored peptide-poly(ethylene glycol) (PEG) conjugates enabled the specific binding und subsequent release of these drugs in DMSO-free biotests. For the design of the drug conjugate carriers, large peptide libraries have been screened using Raman or fluorescence microscopy-based methods to follow drug enrichment on certain peptide library beads which exhibit high drug affinity. Identification of peptide sequences of positive hits was performed by Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI)-mass spectrometry (MS/MS) fragmentation. The corresponding conjugates were synthesized; loaded with the potential drugs and the resulting highly water-soluble drug transporter complexes were analyzed. Compact and defined complexes are desirable with regard to biomedical applications. Various studies on drug-peptide interactions, specifity of drug binding and influence of the different parts of the conjugates for drug capacities were performed successfully. Generated drug transporter complexes were finally tested in DMSO free bioassays. Depending on drug and peptide structures, the complexes could reach effects comparable to the drugs solubilized by DMSO. The bioavailability of poor water-soluble anti-AD compounds was largely improved. Presumably, the new developed Raman-screening procedure can be expanded to a great extent of compounds suffering from unfavorable pharmacological characteristics.

Récemment, le concept monofonctionnel de la protéine Tau en tant que protéine stabilisatrice des microtubules a été remis en cause. Ces nouvelles fonctions sont liées à de nouvelles localisations comme le noyau, la membrane, la synapse ou encore les vésicules. La localisation extracellulaire est particulièrement intéressante car elle pourrait intervenir dans la sécrétion de Tau et expliquer l’évolution hiérarchisée de certaines tauopathies sporadiques dont fait partie la maladie d’Alzheimer. La pathologie Tau peut être induite chez l’animal par injection intracrânienne d’espèces pathologiques et semble se transmettre d’un neurone à un autre et d’une région à une autre. Ce phénomène suit des voies neuroanatomiques et suggère une propagation active des assemblages toxiques des protéines Tau. Des études in vitro ont mis en évidence que les protéines Tau sont capables de se déplacer d’une cellule à une autre propageant ainsi la pathologie par un mécanisme de recrutement des espèces saines. L’existence d’une progression hiérarchisée de la pathologie Tau combinée à sa localisation extracellulaire permet de formuler une nouvelle hypothèse. La protéine Tau serait une protéine de type prion et se comporterait comme telle pour propager la pathologie.Cette caractéristique implique l’existence de mécanismes cellulaires de transports actifs pour transférer les protéines pathologiques. Plusieurs travaux ont montré que la protéine Tau est libérée dans le milieu extracellulaire ou enfermée dans des vésicules extracellulaires lors de son transport entre les cellules. Parallèlement aux mécanismes de sécrétion/capture, des ponts membranaires établissant un contact direct entre deux cellules pourraient être impliquer dans la propagation de Tau. Les TNTs constituent une piste sérieuse de part leur rôle déjà établi dans le transfert de pathogènes et de protéines mal repliées impliqués dans différentes maladies neurodégénératives. Notre objectif a donc été d’étudier l’implication de ces structures dans le transfert interneuronal des assemblages de protéines Tau.Dans ce travail de thèse, nous démontrons que les espèces pathologiques de Tau empruntent les TNTs pour leur transfert interneuronal. Nous apportons les preuves, par vidéo-microscopie, de l’existence d’un transfert de protéines Tau pathologiques d’un neurone primaire à un neurone secondaire et donc d’une implication potentielle des TNTs dans la propagation de la pathologie Tau et la transmission de la maladie. Fait remarquable, la présence des fibres Tau au niveau extracellulaire active la formation des TNTs et facilite leur transfert. Ce résultat place les TNTs au coeur du processus pathologique de la propagation et de son cycle infernal (transfert de Tau dans les cellules naïves par les TNTs – seeding - mort neuronal - libération de Tau dans le milieu extracellulaire - augmentation du nombre des TNTs…). Nous avons aussi apporté une caractérisation des TNTs dans les neurones primaires. Ce résultat est d’autant plus important qu’il est difficile d’identifier des TNTs dans les neurones et c’est dans ce contexte que nous avons réalisé une découverte étonnante, la protéine Tau endogène est présente de manière physiologique dans les TNTs de neurones primaires. Ces résultats révèlent, et pour la première fois, que la protéine Tau, comme l’actine, peut être considérée comme une composante constitutive des TNTs dans les neurones. Elle pourrait ainsi être utilisée comme un marqueur des TNTs. Ces résultats mettent également en lumière une nouvelle fonction de Tau appuyant une fois de plus le caractère multifonctionnel de cette protéine [...] / Over the past few years, the monofunctional concept of Tau protein as a microtubule-associated stabilizing protein has been challenged. These new functions are linked to new localizations: nucleus, membrane, synapse or vesicles. The extracellular localization is particularly interesting as it could play a role in the secretion of Tau and explain the hierarchical evolution of some sporadic tauopathies such as Alzheimer's disease. The Tau pathology can be induced in animals by intracranial injection of pathological species and seems to be transferred from one neuron to another and from one region to another. This phenomenon follows neuroanatomic pathways and suggests an active propagation of the toxic assemblies of Tau proteins. In vitro studies have shown that proteins are able to move from one cell to another and induce the same abnormal conformation of endogenous Tau proteins initiating a self-amplifying cascade. The existence of a hierarchical progression of the Tau pathology combined with its extracellular localization enables to express a new hypothesis. The Tau protein would be a prion-like protein and would behave like that to propagate the pathology.This characteristic implies the existence of cellular active transport mechanisms to transfer pathological proteins. Several studies have shown that the Tau protein, during transport between cells, is released in the extracellular medium or enclosed in extracellular vesicles. Simultaneously with secretion / capture mechanisms, membrane bridges, establishing direct contact between two cells, could be involved in Tau propagation. TNTs are a serious candidate with their already established role in the transfer of pathogens and misfolding proteins involved in various neurodegenerative diseases. Thus, our objective was to study the involvement of these structures in the interneuronal transfer of Tau protein assemblies.In this thesis, we demonstrate that Tau pathological species use TNTs for their interneuronal transfer. We bring evidences, by videomicroscopy, that pathological Tau proteins are transferred from a primary to a secondary neuron and that TNTs could be involved in the spreading of Tau pathology and the disease transmission. Furthermore, the presence of extracellular Tau fibers can activate the formation of TNTs and facilitate their transfer. This result places TNTs in a central place for propagation pathological process and its vicious cycle (transfer of Tau in naive cells by TNTs - seeding - neuronal death – release of Tau in the extracellular environment - increase in the number of TNTs…). We also made a characterization of the TNTs in primary neurons. This result is really important as it is really complex to identify TNTs in neurons. And in this context, we made a surprising discovery: the endogenous Tau protein is physiologically present in TNTs in primary neurons. These results reveal, for the first time, that the Tau protein, like actin, can be considered as a constitutive component of TNTs in neurons. Thus, it could be used as a marker for TNTs. All these results also highlight a new Tau function and reinforce the multifunctional characteristic of this protein.To confirm the importance of this new pathway in the pathological process, further studies should be considered by analyzing if the transfer of pathological Tau species induces a pathological phenotype in the recipient cell and by looking for the cellular mechanisms involved in the transfer of toxic Tau assemblies by TNTs. In vivo studies on integrated systems such as Caenorhabditis elegans would confirm the involvement of these dynamic structures in the pathological process and identify a new therapeutic target.

La maladie d'Alzheimer (MA) est caractérisée par un déclin progressif des fonctions cognitives avec une détérioration de la mémoire, une atrophie cérébrale et deux lésions histologiques caractéristiques retrouvées lors d'examens post-mortem : les plaques extracellulaires de peptide β-amyloïde et les enchevêtrements intracellulaires de la protéine Tau anormalement phosphorylée. De nombreux modèles animaux de la MA ont été développés afin de comprendre et de tester différents traitements dirigés contre cette pathologie. Cependant, aucun modèle de rongeur non transgénique, développant à la fois les plaques amyloïdes et la pathologie neurofibrillaire, n'est disponible à ce jour. L'objectif de cette étude est de développer le premier modèle non transgénique, développant les deux lésions histologiques caractéristiques de la MA chez le rat. Le principe consiste à réaliser une injection concomitante et intrahippocampale d'un AAV (virus associé aux adénovirus) recombinant contenant le gène humain de la protéine Tau présentant la mutation P301L, et du peptide Aβ1-42 qui est le principal composant des plaques amyloïdes. Après plusieurs expériences, nous avons obtenu un modèle animal représentatif des stades précoces de la MA, c'est-à-dire avec des lésions focalisées dans l'une des premières structures du cerveau affectée par la MA : l'hippocampe. La présence des deux lésions histopathologiques caractéristiques de la maladie, accompagnée d'une astrocytose, a été observée par immunohistofluorescence. Une détérioration de la mémoire concernant plus particulièrement la mémoire de travail, ainsi que des anormalités de l'activité électrique cérébrale et notamment durant les phases de sommeil paradoxal, enregistrées par électroencéphalographie, ont également été mises en évidence. / Alzheimer's disease (AD) is characterized by a progressive decline in cognitive function with a memory impairment, a brain atrophy, and two histological hallmarks observed from post-mortem examination: extracellular β-amyloid plaques and intracellular tangles of the Tau protein abnormally phosphorylated. Numerous animal models of AD have been developed to understand and to test drugs against this pathology. However, any non-transgenic model of rodent developing amyloid plaques and the neurofibrilary pathology is currently available. The aim of this study is to develop the first non-transgenic model producing the two histopathological features of AD in the rat. The principle is to perform a concomitant intrahippocampal injection of a recombinant AAV (Adeno-Associated Virus) containing the human transgene tau with the P301L mutation, and of Aβ1-42 peptide, the main component of the amyloid plaques. After several experiments, we have obtained an animal model representative of the early steps of AD, i.e. with lesions focalized in one of the first affected brain structures in the AD: the hippocampus. The presence of the two histopathological hallmarks has been observed by immunohistofluorescence and associated with an astrogliosis. A memory impairment concerning more particulary the working memory, and abnormalities of the electrical activity of the brain and of the rapid eye movement sleep recorded by electroencephalography, are also characterized.

Synuclein, Parkinson's disease, network activity, neuron, tau protein, neurodegeneration, connectivity, cAMP,

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