Introduction

Table des matières

La maladie d’Alzheimer est une maladie neurodégénérative qui affecte approximativement 15 millions d’individus à travers le monde (Puglielli, Ellis et al. 2003). Elle a été décrite pour la première fois en 1906 par le Dr. Alois Alzheimer qui identifia 2 lésions cérébrales caractéristiques de la maladie dans les régions spécifiques du cerveau, l’hippocampe et du cortex cérébral. Ces deux caractéristiques se manifestent sous forme de plaques séniles extracellulaires qui se composent majoritairement d’un fragment de 42 acides aminés, β-amyloïde, et d’enchevêtrements neurofibrillaires intracellulaires causés par l’hyperphosphorylation de la protéine tau (Price, Tanzi et al. 1998). L’ensemble de ces effets sur le cerveau causent une mort neuronale et synaptique massive (Smale, Nichols et al. 1995) entraînant l’apparition progressive chez le patient de symptômes touchant la mémoire, le comportement, la parole, les mouvements etc.

La maladie d’Alzheimer existe sous la forme héréditaire et la forme sporadique. Les causes du développement de la pathologie diffèrent dans les deux cas malgré l’apparition commune des deux types de lésions caractéristiques de la maladie et des symptômes qui s’en suivent.

La majorité des cas diagnostiqués pour la maladie d’Alzheimer, soit environ 90%, sont sous la forme sporadique. Le facteur de risque majeur est l’âge (Morris 1999). En effet, la prédominance de la pathologie double à chaque 5 ans après l’âge de 65 ans et approche 50% à l’âge de 85 ans (Puglielli, Ellis et al. 2003).

Pour ces personnes atteintes, un nombre inconnu de facteurs génétiques et environnementaux agissent indépendamment ou en concert pour le développement de la maladie dite multifactorielle (Finckh 2003). Cependant en 1993, le gène codant pour l’apolipoprotéine E a été associé à la maladie d’Alzheimer sous forme sporadique (Strittmatter, Saunders et al. 1993).

Ces apolipoprotéines, dont il existe 3 variations alléliques du gène (ε2, ε3 et ε4), ont un rôle majeur dans le métabolisme des lipides (Smith 2002). La présence de l’apoE4 ne cause pas nécessairement la maladie d’Alzheimer, mais il est présent chez 40-60% des patients caucasiens atteints (Slooter, Cruts et al. 1998; Tol, Roks et al. 1999). L’apparition des plaques séniles et des enchevêtrements neurofibrillaires causant la perte progressive de la mémoire et des fonctions cognitives, se manifestent plus tôt chez une population homozygote pour l’allèle ε4 (Poirier, Davignon et al. 1993; Roses 1997; Saunders 2000). Contrairement à l’allèle ε4, la présence de l’allèle ε2 et ε3 favorisent la longévité et la diminution de l’incidence des maladies cardiovasculaires et de l’Alzheimer. Ainsi, la maladie d’Alzheimer sous forme sporadique est causée par une multitude de facteurs comparativement à la forme héréditaire qui implique des mutations sur des gènes.

Les patients atteints de la maladie d’Alzheimer sous forme héréditaire (MAH) possèdent des gènes connus et inconnus contenant une mutation spécifique. Des mutations majoritairement faux-sens ont été répertoriées sur le gène de la préséniline 1 (PS1) situé sur le chromosome 14 (Sherrington, Rogaev et al. 1995), le gène de la préséniline 2 sur le chromosome 1 (Rogaev, Sherrington et al. 1995) et le gène de la protéine précurseur de l’amyloïde (APP) situé sur le chromosome 21 (Kang, Lemaire et al. 1987). Ces gènes mutés causent la pathologie avec un patron autosomal dominant, donc un allèle muté est suffisant au développement de la maladie (Levy-Lahad, Wasco et al. 1995; Sherrington, Rogaev et al. 1995). Contrairement à la maladie d’Alzheimer sous la forme sporadique, la forme héréditaire est caractérisée par l’âge hâtif où le début des symptômes apparaissent, soit entre l’âge de 30 et 65 ans.

Il y a une augmentation de la vulnérabilité neuronale lorsqu’il y a présence de mutations sur les gènes PS1, PS2 ou APP (Nakajima, Miura et al. 2001). Par contre, l’effet majeur des mutations sur les trois gènes est l’augmentation de la production du fragment β-amyloïde 1-42, le principal constituant des plaques séniles (Scheuner, Eckman et al. 1996; Selkoe 1996; Yankner 1996; Borchelt, Ratovitski et al. 1997).

Malgré les différences retrouvées chez les deux formes de la maladie d’Alzheimer, les plaques séniles et les enchevêtrements neurofibrillaires sont présents et mèneront à une démence chez le patient. Étant donné qu’il n’y a aucun remède pour enrayer la maladie, le nombre d’études s’intensifie pour connaître le rôle des gènes impliqués dans la maladie d’Alzheimer sous forme héréditaire. Ainsi, en étudiant les présénilines, nous espérons expliquer les causes des dérèglements cellulaires entraînant la formation des plaques séniles et des enchevêtrements neurofibrillaires.

Chez l’humain, on dénote deux présénilines connues sous les abréviations de PS1 et PS2. Ces protéines serpentines possèdent 6 à 8 domaines transmembranaires situés à des membranes biologiques cibles. La préséniline 2 partage une homologie de 67% avec la séquence en acides aminés de PS1 et s’exprime principalement dans le muscle cardiaque, squelettique et le pancréas (Rogaev, Sherrington et al. 1995). Il existe au moins 2 mutations du gène de la préséniline 2 impliquées dans la maladie d’Alzheimer, ce qui amena les chercheurs à consacrer davantage leurs recherches sur la préséniline 1 où plus de 100 mutations ont été répertoriées jusqu’à ce jour (voir site internet : www.alzfoum.org).

Le gène de la préséniline 1 a été hautement conservé au cours de l’évolution, surtout au niveau des domaines transmembranaires. La protéine est présente chez C. elegans sous le nom de sel-12 (Levitan and Greenwald 1995) ainsi que chez la drosophile D. melanogaster sous le nom préséniline (Boulianne, Livne-Bar et al. 1997). PS1 (figure 1) est localisée à l’intérieur des membranes du réticulum endoplasmique, de l’appareil de Golgi, de l’enveloppe périnucléaire, quelques vésicules intracytoplasmiques non caractérisées (Walter, Capell et al. 1996) et à la surface cellulaire (Ray, Yao et al. 1999). Cette protéine est exprimée dans tous les tissus, mais principalement dans le système nerveux central et périphérique (Sherrington, Rogaev et al. 1995). Dans les neurones, elle se retrouve dans le corps cellulaire et les dendrites (Cook, Sung et al. 1996; Annaert, Levesque et al. 1999).

Figure 1 Structure putative de PS1. Plusieurs mutations faux-sens sont indiquées en rouge. L’endroit ou la préséniline 1 est clivée par une présénilinase au niveau de la boucle est montré par la couleur bleue. Les parties N-terminal, C-terminal et la boucle de PS1 sont du côté cytoplasmique. La protéine précurseur de l’amyloïde (APP) est représentée comme un substrat de la γ-sécrétase dépendante de PS1.

La structure putative de PS1 possède 8 domaines transmembranaires dont les domaines N-terminal, C-terminal et la boucle se situent du côté cytoplasmique. La boucle hydrophile se retrouve entre les domaines transmembranaires 6 et 7. Une partie hydrophobe de la boucle est présente entre la thréonine à la position 291 et l’alanine à la position 299 (Capell, Grunberg et al. 1998). Cette partie hydrophobe est nécessaire au clivage endoprotéolytique de la préséniline, plus spécifiquement au site de régulation du clivage à la méthionine à la position 292 (Podlisny, Citron et al. 1997; Steiner, Romig et al. 1999) tandis que la portion hydrophile n’est pas essentielle à ce clivage (Saura, Tomita et al. 2000).

Ce clivage est effectué par une présénilinase inconnue pour former deux fragments biologiquement actifs (Capell, Grunberg et al. 1998). La présénilinase ressemblerait à une protéine membranaire principalement présente et active dans les vésicules enrichies du réticulum endoplasmique où il y a le plus de présénilines pleine longueur (entre 45 et 50kDa) et moins abondante dans les vésicules du golgi/réseau trans-golgien (Campbell, Iskandar et al. 2002). La coupure endoprotéolytique par la présénilinase résulte en un fragment N-terminal (FNT) dont le poids moléculaire se situe approximativement entre 30 et 35kDa et un fragment C-terminal (FCT) entre 16 et 20kDa approximativement. Ces deux fragments sont stables et biologiquement actifs. La concentration cellulaire de ces deux fragments est constante, car la surexpression de PS1 mène à une augmentation de l’holoprotéine sans qu’il y ait de changement dans la quantité totale de FNT et FCT (Thinakaran, Borchelt et al. 1996). Ceci suggère fortement que le FNT et le FCT de PS1 soient étroitement régulés par la compétition de facteurs cellulaires limitants (Wolfe, Xia et al. 1999). Ces fragments participent aux différents rôles biologiques de la préséniline 1.

La préséniline 1 est impliquée dans divers processus biologiques. Plusieurs de ces fonctions ont été suggérées suite à l’observation de phénotypes obtenus chez les souris nulles pour l’allèle de la préséniline 1. La protéine intervient dans la maturation des récepteurs tyrosine kinase. Sans PS1, le récepteur neutrophine tyrosine kinase n’est pas totalement glycosylé ou transporté à la membrane plasmique (Naruse, Thinakaran et al. 1998). Il en est de même pour la nicastrine, une protéine connue pour interagir avec PS1 sous la forme d’un complexe (Yu, Nishimura et al. 2000; Chen, Yu et al. 2001). En effet, PS1 est nécessaire à la glycosylation et la sialylation (ajout de résidus d’acide sialique sur un polypeptide lors de sa maturation dans l’appareil de Golgi) de la nicastrine et semble être importante pour son transport à la membrane plasmique (Leem, Vijayan et al. 2002). Ceci vient du fait que la nicastrine mature sialylée est retrouvée sous forme de complexe avec le fragment N-terminal et C-terminal de PS1 au niveau du réseau trans-golgi et à la membrane plasmique (Kaether, Lammich et al. 2002; Siman and Velji 2003).

En plus de jouer un rôle dans la maturation et le transport de certaines protéines, PS1 aurait également une fonction anti-apoptotique en diminuant la susceptibilité des neurones à l’apoptose suite à divers stimuli tel un stress oxydatif (Bursztajn, DeSouza et al. 1998; Nakajima, Miura et al. 2001). L’effet inverse se produit lors de la surexpression de PS1 mutée en culture cellulaire ou chez des souris. En effet, une augmentation de la vulnérabilité des cellules qui surexpriment PS1 mutée à l’apoptose, est observée par l’induction de stress oxidatifs ou l’exposition aux fragments β-amyloïde 1-42 insoluble (Guo, Furukawa et al. 1996; Guo, Sopher et al. 1997; Guo, Fu et al. 1999).

Dans les neurones, PS1 aurait un rôle important dans le maintient de l’homéostasie du calcium (Mattson, Guo et al. 1998; Mattson, Chan et al. 2001) ainsi que dans la voie de signalisation UPR (unfolded protein response) (Katayama, Imaizumi et al. 1999). Ces deux éléments sont étroitement liés aux mécanismes de l’apoptose cellulaire. En effet, l’augmentation du niveau intracellulaire du calcium, régulé au réticulum endoplasmique, joue un rôle important dans l’interruption synaptique et la mort cellulaire lors du développement de la maladie d’Alzheimer (Mattson 1997). Il en est de même lorsqu’il y a altération de la voie de signalisation UPR (Katayama, Imaizumi et al. 1999). Cette voie est activée lorsque plusieurs protéines mal repliées s’accumulent dans le réticulum endoplasmique (Sidrauski, Chapman et al. 1998). Ire 1 est une protéine kinase transmembranaire située au RE qui intervient comme médiateur de l’UPR lorsqu’il y a des perturbations dans l’environnement du réticulum endoplasmique (Tirasophon, Welihinda et al. 1998). Les mutations de PS1 impliquées dans la maladie d’Alzheimer altèrent la voie de signalisation UPR en perturbant la fonction d’Ire 1. Ainsi, lors d’un stress au réticulum endoplasmique, il y a augmentation de la vulnérabilité neuronales favorisant ainsi la mort cellulaire (Katayama, Imaizumi et al. 1999).

La préséniline 1 lie la β-caténine (Levesque, Yu et al. 1999) et régule négativement la stabilité et l’activité transcriptionnelle de cette protéine (Killick, Pollard et al. 2001; Soriano, Kang et al. 2001). En absence de PS1, la concentration cytoplasmique de la β-caténine est significativement augmentée et son interaction au noyau avec le facteur de transcription T-cell factor(TCF)/lymphoid enhancer factor (LEF) active les gènes cibles tels la cycline D1 et c-myc qui ont un impact important sur la prolifération cellulaire (He, Sparks et al. 1998; Tetsu and McCormick 1999; Xia, Qian et al. 2001).

La préséniline 1 est également impliquée dans d’autres processus biologiques par l’interaction avec diverses protéines telle la filamine (Zhang, Han et al. 1998; Schwarzman, Singh et al. 1999) et la protéine tau (Takashima, Murayama et al. 1998). Des composantes des microtubules et des microfilaments sont également associées à PS1 (Pigino, Pelsman et al. 2001). En plus, dans la maladie d’Alzheimer, PS1 a été détectée associer avec les enchevêtrements neurofibrillaires et les neurites dystrophiées (Busciglio, Hartmann et al. 1997; Giannakopoulos, Bouras et al. 1997; Tomidokoro, Ishiguro et al. 1999).

En plus d’avoir de multiples rôles, mentionnés ci-haut, la préséniline 1 est essentielle pour la protéolyse de plusieurs protéines transmembranaires.

Plusieurs protéines transmembranaires sont régulées par un processus protéolytique impliquant diverses enzymes dont la γ-sécrétase. C’est le cas du récepteur Notch qui a un rôle primordial dans le développement embryonnaire ainsi que APP qui est impliquée dans la formation des fragments β-amyloïde responsable de la formation des plaques séniles dans la maladie d’Alzheimer. La coupure protéolytique de ces deux protéines transmembranaires par la γ-sécrétase nécessite la présence de la préséniline 1.

En ce qui concerne Notch, l’étude de sel-12 chez C.elegans , fut la première évidence que PS1 intervient dans la voie de signalisation de Notch (Levitan and Greenwald 1995). En 1999, cette même évidence fut observée chez la drosophile (Struhl and Greenwald 1999; Ye, Lukinova et al. 1999). Chez les mammifères, des similarités ont été observées entre le phénotype des souris nulles pour PS1 (PS1-/-) et des souris nulles pour l’allèle de Notch (Shen, Bronson et al. 1997; Wong, Zheng et al. 1997). En plus, l’étude de cerveaux de souris PS1-/- montre que l’absence de PS1 mène à la réduction de la signalisation de Notch par la diminution de la formation du domaine intracellulaire de Notch (NICD) suite à l’inhibition du complexe de la γ-sécrétase (Handler, Yang et al. 2000). Tous ces éléments indiquent que la préséniline 1 intervient dans le processus protéolytique de Notch en permettant le clivage par la γ-sécrétase. NICD est ainsi libéré et peut transloquer au noyau afin d’interagir sur des gènes cibles.

Les mêmes conclusions ont été émises avec APP dont la formation des fragments β-amyloïde 1-42 par la γ-sécrétase est diminuée chez les souris nulles pour l’allèle de PS1 (De Strooper, Saftig et al. 1998) et totalement abolie chez les souris sans PS1 et PS2. Ceci indique que PS2 pourrait compenser partiellement la perte de PS1 (Herreman, Serneels et al. 2000; Zhang, Nadeau et al. 2000). En plus, l’activité de la γ-sécrétase dépendante de PS1 permet au domaine intracellulaire d’APP (AICD) d’être libéré et de transloquer au noyau afin d’agir sur des gènes cibles. (Pinnix, Musunuru et al. 2001; Sastre, Steiner et al. 2001)

L’activité de la γ-sécrétase dépendante de PS1 intervient sur le processus protéolytique d’APP et de Notch, qui seront vus plus en détails à la section 1.10 et 1.11, mais également sur d’autres protéines transmembranaires; le récepteur tyrosine kinase ErbB4 (Ni, Murphy et al. 2001), LPR (May, Reddy et al. 2002), N et E-cadhérine impliquées dans les contacts cellulaires (Marambaud, Shioi et al. 2002), CD44 impliquée dans l’adhésion cellulaire (Lammich, Okochi et al. 2002; Murakami, Okamoto et al. 2003) et une protéine impliquée dans l’adhésion synaptique, la nectine-1α (Kim, Ingano et al. 2002).

Les évidences que PS1 est nécessaire à l’activité de la γ-sécrétase ne cessent de s’accumuler en plus du fait que PS1 interagit avec d’autres protéines pour former un complexe actif permettant l’activité de la γ-sécrétase.

Les fragments N et C-terminal de PS1 sont rapidement dégradés lorsqu’ils ne sont pas incorporés dans un complexe protéique de haut poids moléculaire (Steiner, Capell et al. 1998; Tomita, Watabiki et al. 2001) ou en absence de la nicastrine normalement exprimée fortement dans le cerveau (Edbauer, Winkler et al. 2002; Hu, Ye et al. 2002; Yang, Tandon et al. 2002). Le poids moléculaire de ce complexe se situe dans les environs de 500 à 600kDa (Edbauer, Winkler et al. 2002) En plus de la nicastrine et des FNT et FCT de PS1, le complexe comprend également les protéines aph-1 et pen-2.

En effet, aph-1 et pen-2 ont été récemment identifiés chez C.elegans par un criblage génétique. Il existe un homologue de pen-2 et deux homologues de aph-1 (aph-1a et aph-1b) chez les mammifères. Des mutations sur le gène aph-1 ou pen-2 affectent la signalisation de Notch chez C.elegans et aboli l’activité de la γ-sécrétase chez la drosophile. (Francis, McGrath et al. 2002; Goutte, Tsunozaki et al. 2002; Lee, Shah et al. 2002; Steiner, Winkler et al. 2002)

Aph-1 est cruciale pour la stabilisation de l’holoprotéine PS1 dans le complexe et coordonne avec la fonction de pen-2, l’endoprotéolyse de la préséniline 1 pour la formation des fragments FNT et FCT ainsi que l’activité γ-sécrétase (Luo, Wang et al. 2003; Takasugi, Tomita et al. 2003). Jusqu’à maintenant, le complexe de haut poids moléculaire impliqué dans l’activité de la γ-sécrétase comprend les fragments N et C-terminal de PS1, aph-1, pen-2, la nicastrine et autres protéines non identifiées jusqu’à ce jour.

Il est clair que la préséniline 1 est essentielle à l’activité de la γ-sécrétase, mais une question demeure. Est-ce que la préséniline 1 contient le site catalytique permettant le clivage des protéines telles APP et Notch? Certaines évidences semblent suggérées que PS1 puisse être la γ-sécrétase tandis que d’autres semblent indiquer un rôle indirect mais essentiel pour la protéine.

Il y a des évidences que la γ-sécrétase dépendante de PS1 est active sous la forme d’un complexe. PS1 pourrait être la γ-sécrétase, soit contenir le site catalytique responsable du clivage du récepteur Notch, d’APP et de d’autres protéines. Cette hypothèse est principalement déduite suite à l’étude des mutants de PS1 où 2 résidus aspartates, situés aux domaines transmembranaires 6 et 7, sont changés pour des résidus d’alanine (D257A et D385A). Ces 2 résidus aspartates sont critiques pour le clivage par la γ-sécrétase de Notch et APP. Ces mutants de PS1 diminuent significativement l’activité de la γ-sécrétase, menant à une baisse de la production du fragment β-amyloïde (βA) et l’abolition de la génération et de la translocation nucléaire de NICD. (Wolfe, Xia et al. 1999; Kimberly, Xia et al. 2000; Mattson, Chan et al. 2001) Ainsi l’hypothèse que PS1 est une nouvelle protéase di-aspartyl est émise (Wolfe, De Los Angeles et al. 1999; Wolfe, Xia et al. 1999).

Cette hypothèse est appuyée par le fait que PS1 partage des séquences d’acides aminés homologues avec une protéase aspartyle bactérienne (Steiner, Kostka et al. 2000). En plus, la nature des inhibiteurs de γ-sécrétase dont certains peuvent se lier avec PS1, suggère que la γ-sécrétase est une protéase aspartyle (Wolfe, Xia et al. 1999).

PS1 pourrait être une nouvelle protéase aspartyle car ses deux aspartates sont indispensables au clivage par la γ-sécrétase de Notch et APP, elle possède des séquences homologues à une protéase aspartyle bactérienne et en plus, la nature des inhibiteurs suggèrent que la γ-sécrétase serait une protéase aspartyle. Cependant, d’autres évidences majeures viennent donner un rôle indirect à la préséniline 1 lors du clivage d’APP et de Notch «voir ci-dessous».

Au lieu d’agir comme une protéase, PS1 agirait comme un co-facteur permettant l’association de d’autres protéines au complexe; telle la nicastrine. Elle pourrait également être impliquée dans le repliement ou le transport cellulaire de la γ-sécrétase ou de ses substrats (Kim, Leem et al. 2001). En effet, il existe une distinction entre les mécanismes impliquant la γ-sécrétase dans le processus protéolytique d’APP et de Notch, ce qui appuie l’hypothèse d’un rôle indirect pour la préséniline 1 car elle est indispensable au processus protéolytique de ces deux protéines.

La première distinction est que l’endocytose et le recyclage de APP est la voie majeure pour la génération du fragment βA ce qui est contraire pour la production de NICD qui ne requiert pas le transport endocytique de la molécule Notch préalablement clivée au site S2 (Koo and Squazzo 1994; Struhl and Adachi 2000).

Le clivage du récepteur Notch par la γ-sécrétase s’effectue à un endroit spécifique dans le domaine transmembranaire, contrairement au clivage d’APP qui est largement non-sélectif dépendent plus d’une région d’hydrophobicité que d’une séquence spécifique d’acides aminés (Lichtenthaler, Wang et al. 1999; Murphy, Hickman et al. 1999; Yu, Kim et al. 2001). En plus, la substitution de l’aspartate 257 pour un résidu d’alanine chez PS1 résulte en la production des fragments βA suite au processus protéolytique d’APP tout en inhibant la génération de NICD (Song, Nadeau et al. 1999; Capell, Steiner et al. 2000; Kim, Leem et al. 2001)

Lors du clivage d’APP ou de Notch par la y-sécrétase, les protéines membranaires identifiées comme interagissant avec PS1, incluant la nicastrine, aph-1 et pen-2 pourraient moduler différemment la production de NICD, du fragment βA et d’AICD (Yu, Nishimura et al. 2000; Chen, Yu et al. 2001; Francis, McGrath et al. 2002; Goutte, Tsunozaki et al. 2002).

Notch et APP sont affectés différemment par des inhibiteurs de γ-sécrétase (Petit, Bihel et al. 2001) ou certaines mutations de PS1 impliquées dans la maladie d’Alzheimer qui mènent à la surproduction du fragment βA sans affecter la génération NICD (Song, Nadeau et al. 1999; Capell, Steiner et al. 2000; Kim, Leem et al. 2001; Chen, Gu et al. 2002; Moehlmann, Winkler et al. 2002).

Les évidences sont nombreuses en ce qui concerne le rôle indirect des présénilines dans l’activité de la γ-sécrétase pouvant agir comme co-facteur, dans le transport ou activer une protéase inconnue jusqu’à maintenant à travers l’activité des aspartyls des présénilines (Taniguchi, Karlstrom et al. 2002). L’activité directe ou indirecte de PS1 sur l’activité de la γ-sécrétase demeure hypothétique mais cette protéine est indispensable au processus protéolytique de Notch et APP.

Notch est un récepteur transmembranaire de type 1 situé à la membrane plasmique et exprimé dans la majorité des types cellulaires. Il doit se lier à un ligand spécifique pour être actif. Sa voie de signalisation, conservée au cours de l’évolution, est présente autant chez les invertébrés que chez les vertébrés. Elle implique un nombre important de protéines (tableau1) chez les trois organismes suivants; C. elegans , la drosophile et les mammifères. Ainsi, plusieurs tissus chez un même organisme expriment une multitude de ligands et de récepteurs tandis que dans d’autres tissus, seulement une paire de ligand-récepteur est exprimée (Guidos 2002).

Notch a un rôle crucial dans la différenciation cellulaire, car une souris nulle pour l’allèle Notch n’est pas viable et présente des malformations sévères du squelette axial et des hémorragies cérébrales (Shen, Bronson et al. 1997; Wong, Zheng et al. 1997). Notch est fortement exprimé lors de l’embryogenèse et son expression diminue avec l’âge (Berezovska, Xia et al. 1997). Chez les mammifères, au niveau de l’embryogenèse, Notch est impliqué dans l’hématopoïèse (Ellisen, Bird et al. 1991; Schroeder and Just 2000; Stier, Cheng et al. 2002), dans la neurogénèse (Hitoshi, Alexson et al. 2002), dans la myogénèse (Nye, Kopan et al. 1994), dans le développement vasculaire (Iso, Chung et al. 2002), le destin cellulaire des lymphocytes T et B (Doerfler, Shearman et al. 2001; Kawamata, Du et al. 2002) et des cellules pancréatiques (Apelqvist, Li et al. 1999).

Dans le cerveau adulte, Notch est important pour la plasticité neuronale, pour la maintenance des neurites et de leur croissance ainsi que la différenciation des cellules gliales qui soutiennent le système nerveux (Berezovska, Xia et al. 1998; Wang, Sdrulla et al. 1998; Sestan, Artavanis-Tsakonas et al. 1999; Redmond, Oh et al. 2000). En plus, Notch a un rôle anti-apoptotique en inhibant la protéine Nur77 impliquée dans la mort cellulaire (Jehn, Bielke et al. 1999).

Le processus protéolytique de Notch comprend 3 clivages successifs (figure 2), qui résulte à la libération du domaine intracellulaire de Notch situé du côté C-terminal du récepteur. NICD peut ainsi transloquer au noyau et s’associer avec des facteurs de transcription et interagir sur des gènes cibles. Avant d’être transporté à la membrane plasmique, Notch est clivé par une furine au golgi au site 1 (S1) pour former un hétérodimère stable (Blaumueller, Qi et al. 1997; Logeat, Bessia et al. 1998; Guidos 2002). À la membrane plasmique, Notch peut se lier à son ligand grâce à des répétitions EGF (epidermal growth factor) retrouvés chez les deux protéines. Ceci permet le clivage au site 2 (S2) situé à l’ectodomaine près du domaine transmembranaire par TACE, une enzyme de type métalloprotéinase membre de la famille ADAM (Okochi, Steiner et al. 2002). Le dernier clivage au site 3 (S3) par une γ-sécrétase dépendante de PS1, permet la formation de NICD qui transloque au noyau grâce à la présence de signaux de localisation nucléaire pour se lier à des protéines spécifiques et interagir sur des gènes cibles, comme HES1, qui code pour des protéines bHLH (basic helix-loop-helix) importantes dans la neurogénèse et l’hématopoïèse (Nakamura, Sakakibara et al. 2000; Kawamata, Du et al. 2002). Il semble que la γ-sécrétase dépendante de PS1 soit également responsable d’un clivage à un site 4 (S4) situé à 12 acides aminés en amont de S3 où le peptide de Notch (Nβ) ressemblant à P3 ou βA (figure 3) produit lors du processus protéolytique de APP, serait libéré dans l’espace extracellulaire (Okochi, Steiner et al. 2002).

En résumé, le processus protéolytique de Notch nécessite 3 clivages et peut-être même 4 par différentes enzymes dont la préséniline est nécessaire pour le clivage par la γ-sécrétase. Le processus protéolytique de APP est sensiblement identique à celui de Notch.

La protéine précurseur de l’amyloïde est une protéine transmembranaire qui traverse seulement une fois la membrane. Très peu de choses sont connus sur le rôle d’APP dans la cellule. Par contre, des évidences in vitro et in vivo montrent que APP est impliquée dans le transport axonal des vésicules (Goldstein 2001).

Le processus protéolytique de APP (figure 3), montre qu’il y a deux voies possibles pour la formation du domaine intracellulaire d’APP (AICD). En premier lieu, la protéine précurseur de l’amyloïde peut-être clivée par une α-sécrétase de la famille ADAM, soit ADAM 10 ou ADAM 17 également appelé TACE (tumor necrosis factor-α converting enzyme) (Buxbaum, Liu et al. 1998; Lammich, Kojro et al. 1999). Ce clivage prévient la formation du fragment amyloïde 1-40 et 1-42 (Esch, Keim et al. 1990) pour donner APPα et la partie C83 qui est rattachée à la membrane.

Figure 3 Processus protéolytique de la protéine précurseur de l’amyloïde

En ce qui concerne la deuxième voie, le clivage s’effectue par une β-sécrétase, BACE 1 (B-APP cleaving enzyme) (Vassar, Bennett et al. 1999) pour donner APPβ et l’autre partie C99 qui est rattachée à la membrane. C83 et C99 sont des substrats pour la γ-sécrétase dépendante de PS1. Le clivage par la γ-sécrétase de C99 donne le fragment amyloïde 1-42 insoluble impliqué dans la maladie d’Alzheimer ou le fragment β-amyloïde 1-40 qui est soluble (Steiner and Haass 2000). L’autre fragment généré est AICD et peut être obtenu par le clivage de C83 ou C99. Le rôle d’AICD est nébuleux, par contre, il pourrait participer avec Fe65 et un complexe acétylase d’histone Tip60 à la transactivation hétérologue de gènes nucléaires (Cao and Sudhof 2001).

Le processus protéolytique menant à la formation du fragment β-amyloïde 1-42 fut très étudié pour bien comprendre le rôle de la préséniline 1 normale et expliquer les causes des changements cellulaires qui mènent principalement à la surproduction du fragment βA lorsque PS1 est mutée. Le but ultime serait de trouver une façon de diminuer la formation du fragment βA chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer.

Plusieurs rôles sont attribués à la préséniline 1 dont sa nécessité dans l’activité de la γ-sécrétase du processus protéolytique de Notch et d’APP. Toutes ces données doivent être prises en considération pour le développement d’une drogue qui bloque le processus d’APP sans affecter les autres processus cellulaires, ce qui pourrait s’avérer fatal pour la cellule. Dans la maladie d’Alzheimer, un gain de fonction est observé pour PS1 lorsque les mutations impliquent l’augmentation de la formation des fragments βA. Cependant, il y a également une perte partielle de la fonction de Notch (Moehlmann, Winkler et al. 2002). Ainsi, un inhibiteur de la γ-sécrétase dépendante de PS1 qui bloque seulement le clivage de APP en épargnant Notch pourrait s’avérer intéressant dans le but d’éviter la toxicité reliée au blocage de la signalisation de Notch (Berechid, Kitzmann et al. 2002).

Une autre alternative intéressante serait des inhibiteurs spécifiques pour BACE qui pourrait efficacement diminuer le niveau du fragment βA sans effets secondaires. Chez la souris, l’absence de BACE ne démontre aucune pathologie en plus d’une inhibition de la production du fragment βA (Golde and Younkin 2001).

Pour l’instant, le développement des stratégies de vaccination, des anti-inflammatoires, des agents diminuant le cholestérol, des anti-oxydants et les thérapies hormonales sont des nouvelles approches pour traiter ou diminuer la progression de la maladie d’Alzheimer (Lahiri, Farlow et al. 2003)

Les études sur les présénilines et leurs rôles multiples dans la cellule nous permettent de comprendre davantage le processus du développement de la maladie et ainsi pouvoir développer des traitements efficaces. Parmi les multiples rôles de PS1, nous nous sommes intéressés particulièrement à celui impliquant les voies de signalisation. Prenant en considération que la préséniline 1 se lie à plusieurs protéines pour former un complexe actif dans la signalisation cellulaire, les objectifs de notre projet sont :

1) Identifier de nouvelles protéines interagissant avec PS1 dans la voie de signalisation de Notch. 2) Identifier des partenaires protéiques au domaine AICD.

Pour réaliser ces objectifs, nous avons voulu produire des cellules neuronales qui surexpriment Notch pour ensuite effectuer une banque d’ADNc à partir de ces cellules. Pour ce faire, nous voulions utiliser le système de Lentivirus pour infecter des neurones primaires, en plus de réaliser une lignée stable dans des neurones de souris. Ensuite, en utilisant le système double hybride en levures, une librairie d’ADNc de cerveau embryonnaire humain fut criblée.