Moteur pompe piscine : lequel choisir – promo – choix – La phosphorylation de la préséniline 1 entraîne-t-elle la migration microgliale, la clairance Aβ?

21 août 2020

Mieux connue pour son rôle dans la production de peptides Aβ en tant que sous-unité catalytique de la γ-sécrétase, la préséniline-1 peut également favoriser la digestion de ces peptides Aβ dans la microglie. C’est le résultat d’une étude publiée le 13 août dans Molecular Psychiatry. Dirigée par feu Paul Greengard de l’Université Rockefeller à New York, l’étude a révélé que chez les souris exprimant une forme de PS1 qui ne peut pas être phosphorylée sur la sérine-367, la microglie était surchargée de vacuoles autophagiques et de lysosomes qui ne s’acidifiaient pas. Ces microglies ont migré lentement en réponse à une lésion cérébrale. Dans un modèle murin d’amylose, le mutant PS1-S367A déficient en phosphorylation a empêché la digestion microgliale de Aβ et a exacerbé son accumulation. Avec les résultats précédents du laboratoire, l’étude tente de construire un cas selon lequel la préséniline-1 influence l’amylose via de multiples mécanismes et au sein de différents types de cellules.

«Cette étude nous rappelle que la PS1 comporte de multiples fonctions autres que la protéolyse», a écrit Taisuke Tomita de l’Université de Tokyo. «Une analyse plus approfondie de ce mécanisme de régulation fournirait une nouvelle compréhension de la biologie de la PS1.» Tomita a ajouté qu’il reste difficile de savoir si cette fonction microgliale de PS1 est pertinente pour la pathogenèse de la MA. Il s’est demandé comment les mutations familiales de la maladie d’Alzheimer dans PS1 pourraient affecter ses fonctions spécifiques à la microglie.

Auparavant, une paire d’études du laboratoire de Greengard présentait la PS1 comme un moteur de l’autophagie dans les neurones (actualités de juin 2017). Les chercheurs ont rapporté que lorsqu’il était phosphorylé à la sérine-367, PS1 faisait équipe avec l’annexine 2 et d’autres protéines vésiculaires pour faciliter la fusion des autophagosomes aux lysosomes. Cela a favorisé la digestion autophagique des fragments APP β-C-terminaux (CTF), maintenant ainsi la production de Aβ sous contrôle. Lorsque les chercheurs ont remplacé la PS1 endogène de souris par le mutant S367A, l’amylose a explosé chez les souris J20. Le fait de contrecarrer la phosphorylation de PS1 au niveau de ce résidu ne semble pas affecter le traitement de l’APP par la y-sécrétase, ce qui suggère que la modification n’est pas essentielle pour la protéolyse.

Dans la nouvelle étude, le premier auteur Jose Ledo et ses collègues ont élargi leur enquête à la microglie, car ces cellules utilisent la digestion autophagique pour éliminer les débris extracellulaires, y compris Aβ. Les chercheurs ont commencé par évaluer les caractéristiques fondamentales de la microglie – migration et ramification – chez les souris knock-in PS1-S367A. À l’aide de fenêtres crâniennes pour observer les cellules en action, les chercheurs ont découvert qu’elles migraient plus lentement vers le site d’une lésion induite par le laser que la microglie chez les souris de type sauvage. La microglie dans les knock-ins a également étendu moins de processus, avec des schémas de ramification moins élaborés que ceux exprimant la PS1 normale. La PS1 phospho-déficiente ne semble pas modifier le nombre de microglies présentes.

Comment a-t-il altéré la fonction microgliale? Les chercheurs ont glané quelques idées d’analyses d’expression génique, qui ont révélé 121 gènes différentiellement exprimés par rapport à la microglie de souris de type sauvage. Les gènes impliqués dans la maturation des phagosomes et l’autophagie étaient parmi les plus touchés. L’expression microgliale d’ATP6v0a1, une vacuolaire-ATPase qui acidifie le lysosome, a été réduite de moitié dans les knock-ins.

Indigestion microgliale. La microscopie électronique indique une surabondance de vacuoles autophagiques (flèches) dans la microglie triée à partir de souris PS1-S367A phospho-déficientes (à droite) par rapport aux souris de type sauvage (à gauche). Les vacuoles sont quantifiées à droite. [Courtesy of Ledo et al., Molecular Psychiatry, 2020.]

Conformément aux données d’expression génique, la microglie isolée de souris PS1-S367A présentait une surabondance de vacuoles autophagiques remplies de matériel non digéré. Leurs lysosomes avaient un pH plus élevé, ce qui suggère que l’acidification ne fonctionnait pas correctement. En accord avec le défaut, les microglies primaires des souris knock-in internalisaient normalement les oligomères Aß, mais ne les digéraient pas. Les chercheurs pourraient corriger les anomalies lysosomales en surexprimant le TFEB, un régulateur transcriptionnel maître de l’autophagie. L’augmentation du TFEB dans la microglie primaire a non seulement rétabli les niveaux d’ATP6v0a1, mais normalisé le pH lysosomal.

Ralph Nixon, Nathan Kline Institute, New York, n’est pas convaincu que les réductions de l’ATPase vacuolaire expliquent les déficits lysosomaux. Il a précédemment rapporté que les CTF APP augmentent le pH lysosomal. «Il est surprenant de savoir pourquoi cette action démontrée de l’APP-CTF sur le pH lysosomal, étant donné le rapport précédent du groupe sur les élévations de l’APP-βCTF dans vraisemblablement le même compartiment lysosomal, n’a pas été considérée comme un mécanisme possible pour le mutant phospho-déficient, mais plutôt comme un Une alternative hautement spéculative a été privilégiée », a-t-il écrit (voir commentaire ci-dessous).

Cette indigestion microgliale influence-t-elle l’amylose? Pour enquêter, les chercheurs ont croisé les souris PS1 phospho-déficientes avec des souris 5xFAD. La microscopie confocale de coupes cérébrales provenant d’une progéniture de 3 mois a révélé une microglie bourrée d’Aβ. La coloration au rouge Congo suivie par iDISCO, une technique qui rend le tissu cérébral transparent, a révélé des plaques Aβ dans tout le cerveau. Par rapport aux souris 5xFAD, celles exprimant la PS1 phospho-déficiente avaient une charge de plaque plus élevée dans 35 des 180 régions du cerveau analysées.

UNEb Disco de la plaque. La compensation tissulaire révèle beaucoup plus de plaques Aß (rouge Congo, or) dans les hémisphères cérébraux de souris PS1-S367A. [Courtesy of Ledo et al., Molecular Psychiatry, 2020.]

En mélangeant APP avec des extraits microgliales, les chercheurs ont de nouveau découvert que le traitement de la γ-sécrétase de ses fragments C-terminaux n’était pas affecté par la mutation S367A dans PS1. Cependant, il n’en était pas de même pour un autre substrat de la y-sécrétase, Notch. Son traitement a été amélioré dans les extraits microgliales des souris knock-in par rapport à ceux des souris de type sauvage. Cela suggère que la phosphorylation de PS1 S367 affecte l’activité de la y-sécrétase envers certains substrats et pas d’autres.

Hui Zheng du Baylor College of Medicine à Houston a noté qu’il est difficile de comprendre comment la phosphorylation de S367A induirait des effets distincts sur APP et Notch, et le phénomène nécessite une étude plus approfondie. « De plus, étant donné que la mutation S367A n’est pas trouvée dans les cohortes PSEN1 FAD, la pertinence des phénotypes microgliales observés chez les souris KI pour la MA n’est pas évidente », a ajouté Zheng.

Ledo a déclaré à Alzforum qu’il voyait cette étude comme un début pour enquêter sur la fonction de la PS1 dans la microglie. La plupart des études se sont concentrées sur le rôle de la protéine dans les neurones. Des études antérieures du laboratoire de Greengard ont suggéré que dans les neurones, la PS1 entraîne l’autophagie en favorisant la fusion des autophagosomes en lysosomes. Cependant, dans la microglie, la phosphorylation de la protéine semble influencer l’acidification des lysosomes. Il est possible que la fonction PS1 soit régulée différemment selon le type de cellule, a-t-il déclaré. L’investigation de la fonction PS1 dans la microglie est un objectif permanent en laboratoire, a-t-il déclaré, y compris la génération de souris knock-in conditionnelles qui expriment PS1 phospho-déficient, ou PS1 avec des mutations familiales AD, uniquement dans la microglie.

Il reste à voir si ces fonctions lysosomales de la PS1 sont pertinentes pour le cerveau humain. Ledo a déclaré qu’il avait détecté la phosphorylation de S367 dans les fibroblastes humains, et la phosphorylation du résidu a été documentée pour de nombreux autres types de cellules humaines (voir PhosphoSitePlus). Les changements rapides de la phosphorylation compliquent les analyses post-mortem de la phosphorylation de PS1 dans le cerveau humain, bien que Ledo envisage de travailler avec des banques de cerveaux pour minimiser ce problème. Les chercheurs étudient également la fonction de la PS1 dans les neurones et la microglie humaine dérivés de l’iPSC. Un indice que la phosphorylation de PS1 pourrait être affectée dans le cerveau de la MA provient d’une étude de méthylation, qui a révélé que le gène codant pour CK1g2 – la kinase qui phosphoryle la sérine-367 ​​- est hyperméthylé dans le cerveau des personnes atteintes de MA sporadique et mal exprimé (Semick et al., 2019). Une expression réduite de cette kinase entraînerait théoriquement moins de phosphorylation de PS1 et une plus grande accumulation d’Aβ, a noté Ledo. – Jessica Shugart