La maladie d'Alzheimer (MA) est la première cause de démence parmi la population âgée, qui atteint plus de 700 000 Canadiens et environ 55 millions de personnes dans le monde. Il s'agit d'une maladie neurodégénérative caractérisée par un déclin progressif de la mémoire et autres fonctions cognitives. Au niveau neuropathologique, la MA se caractérise par l'accumulation et l'agrégation aberrantes de deux protéines : l'amyloïde beta (Aβ), un peptide issu du clivage amyloïdogénique de la protéine précurseur de l'amyloïde (APP), et la protéine Tau hyperphosphorylée. Jusqu'à récemment, les traitements pharmacologiques de la MA ciblaient uniquement les symptômes cognitifs et comportementaux, sans s'attaquer à la pathologie sous-jacente. Toutefois, de plus en plus d'évidences suggèrent que la phosphorylation joue un rôle crucial sur ces deux protéines, notamment sur leur accumulation, leur agrégation, et leur neurotoxicité. En effet, la phosphorylation anormale d'APP semblerait favoriser son clivage amyloïdogénique, conduisant à la production, l'accumulation et l'agrégation d'Aβ subséquentes. De même, l'hyperphosphorylation de Tau entraîne une déstabilisation des microtubules, ainsi que l'accumulation et l'agrégation de la protéine. Ainsi, les kinases responsables de la phosphorylation d'APP et de Tau pourraient constituer une cible pour le traitement de la maladie d'Alzheimer et des maladies apparentées. Dans cette thèse, nous avons cherché à étudier le rôle de la Polo-like kinase 2 (PLK2), membre d'une famille conservée de kinases à sérine/thréonine associées au cycle cellulaire, dans la pathogenèse et le traitement de la MA. Divers laboratoires, dont le nôtre, ont reporté une accumulation anormale de la PLK2 dans le cerveau de patients et de modèles animaux de la MA. De plus, des études ont suggéré une phosphorylation directe d'APP par la PLK2, ou encore un lien entre des polymorphismes de PLK2 et le risque de développer la maladie. D'autres observations ont révélé une colocalisation de PLK2 avec la protéine Tau hyperphosphorylée. Mis ensemble, ces résultats indiquent que l'accumulation et l'activité anormales de la PLK2 dans le cerveau pourraient entraîner la phosphorylation d'APP et Tau, aggravant ainsi leur accumulation et agrégation, et la dégénérescence neuronale subséquente. Nous suggérons donc que l'inhibition de l'activité kinase de la PLK2 pourrait réduire les pathologies Aβ et Tau, représentant ainsi une potentielle stratégie pour le traitement de la MA. Dans un premier temps, nous avons étudié l'impact de la surexpression et de l'inhibition de la PLK2 en culture cellulaire. Nos résultats ont confirmé que la PLK2 module les niveaux d'expression et de phosphorylation des protéines APP et Tau de manière activité-dépendante dans des cellules HEK293T transfectées. Notre objectif suivant a consisté à évaluer l'efficacité de l'inhibition pharmacologique de la PLK2, pour atténuer la progression de la maladie, dans différents modèles murins transgéniques de la MA. Dans notre première étude, nous avons examiné l'impact d'un traitement transitoire avec un inhibiteur de la PLK2 hautement sélectif et capable de pénétrer la barrière hématoencéphalique, appelé PLK2i #37, chez des souris 3xTg-AD mâles et femelles. Ce modèle murin est un modèle triple transgénique présentant à la fois les pathologies Aβ et Tau humaines. Dans notre seconde étude, nous avons examiné l'effet d'un traitement chronique avec l'inhibiteur PLK2i #37 chez des souris APP/PS1 mâles et femelles. Ce modèle murin transgénique présente, quant-à-lui, uniquement la pathologie humaine Aβ. Nos résultats ont révélé que le traitement atténuait certains déficits cognitifs dans les deux modèles de souris, et ceci dépendamment du sexe des animaux. Au niveau neuropathologique, chez les souris 3xTg-AD mâles, le traitement a réduit la pathologie Tau et a augmenté les niveaux de protéines synaptiques, sans affecter l'accumulation ou le dépôt d'Aβ dans aucun des deux modèles. Toutefois, de manière paradoxale, les femelles 3xTgAD et APP/PS1 traitées présentaient des pathologies Tau et Aβ exacerbées, respectivement. Dans l'ensemble, nos résultats démontrent que l'inhibition pharmacologique de l'activité kinase de la PLK2 réduit le déclin cognitif et module des composantes clés de la neuropathologie de la MA. Les effets controversés observés au niveau cellulaire et moléculaire suggèrent la nécessité d'étudier plus en profondeur les mécanismes exacts de son potentiel thérapeutique. En outre, nos études mettent en avant la nécessité de prendre en compte les différences liées au génotype et au sexe lors de l'évaluation de traitements de la MA. / Alzheimer's disease (AD) is the most common cause of dementia in the aged population, estimated to affect more than 700 000 Canadians and over 55 million people worldwide. This progressive neurodegenerative disorder manifests in the form of memory impairment and cognitive decline. Neuropathologically, AD is characterized by the aberrant accumulation and aggregation of two proteins: amyloid β (Aβ), a peptide derived from the amyloidogenic cleavage of the amyloid precursor protein (APP), and hyperphosphorylated Tau. Until recently, pharmacological treatments for AD mainly targeted cognitive and behavioral symptoms without addressing the underlying disease pathology. However, accumulating evidence indicates that phosphorylation plays a crucial role in the accumulation, deposition, and associated neurotoxicity of these two proteins. In fact, abnormal phosphorylation of APP seems to promote its amyloidogenic processing and the subsequent production, accumulation, and aggregation of Aβ. In parallel, Tau hyperphosphorylation results in the destabilization of microtubules and the protein accumulation and aggregation. Therefore, the natural kinases responsible for APP and Tau phosphorylation may represent a viable diseasemodifying target for the treatment of AD and related dementia. The present thesis sought to investigate the role of Polo-like kinase 2 (PLK2), a member of a conserved cell cycle-related serine/threonine kinase family, in the pathogenesis and treatment of AD. Our laboratory and others previously reported an abnormal accumulation of PLK2 in the brains of patients and animal models of AD. This finding aligns with in vitro and in vivo evidence suggesting a direct interaction and phosphorylation of APP by PLK2, in addition to reports of a direct link between PLK2 polymorphisms and AD risk. Other studies revealed co-localization of PLK2 with hyperphosphorylated Tau. Taken together, these findings suggest that the abnormal accumulation and activity of PLK2 in the brain may result in APP and Tau phosphorylation, subsequently exacerbating Aβ and Tau accumulation and deposition, and neuronal degeneration. Therefore, we hypothesized that inhibition of PLK2 kinase activity may reduce Aβ and Tau pathologies, representing a potential strategy for the treatment of AD. Initially, we investigated the impact of PLK2 overexpression and inhibition in cell-based assays. Our results confirmed that PLK2 modulates APP and Tau protein expression and phosphorylation levels in a kinase activity-dependent manner in transfected HEK-293T cells. Our subsequent objective was to evaluate the effectiveness of pharmacological inhibition of PLK2 in mitigating disease progression in different transgenic mouse models of AD. In our initial study, we investigated the impact of transient treatment with a potent, highly selective, and brain-penetrant PLK2 inhibitor, designated PLK2i #37, in male and female 3xTg-AD mice, a triple transgenic model exhibiting both human Aβ and Tau pathologies. In our second study, we examined the effect of chronic treatment with PLK2i #37 in male and female APP/PS1 mice, a transgenic model only displaying human Aβ pathology. Our findings revealed that treatment with PLK2i #37 mitigated certain cognitive deficits in both models, albeit in a sex-dependent manner. Intriguingly, at the neuropathological level, treated 3xTgAD and APP/PS1 females presented with exacerbated Tau and Aβ pathologies, respectively. Conversely, in male 3xTg-AD mice, the treatment reduced Tau burden and increased synaptic protein content, without affecting Aβ accumulation or deposition in either model. Overall, our findings demonstrated that pharmacological inhibition of PLK2 kinase activity reduces cognitive decline and modulates key components of AD neuropathology. The conflicting effects observed at the cellular and molecular level suggest the need to further investigate the exact mechanisms of its therapeutic potential. Furthermore, our studies also highlight the need to account for genotypeand sex-related differences when evaluating AD treatments.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/151885 |
| Date | 21 October 2024 |
| Creators | Martínez-Drudis, Laura |
| Contributors | Rivest, Serge |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xxiii, 227 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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