Vésicules extracellulaires : actrices de la propagation de la pathologie tau dans les tauopathies - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2021

Extracellular vesicles as shuttle for spreading of tau pathology in various tauopathies

Vésicules extracellulaires : actrices de la propagation de la pathologie tau dans les tauopathies

Abstract

Tauopathies are a group of heterogeneous neurodegenerative diseases characterized by an intracellular accumulation of tau proteins. Six isoforms of tau are found expressed in neurons, but their contribution to tau lesion is heterogeneous among tauopathies. In many of these diseases, such as Alzheimer's disease, tau pathology first affects a specific region or subpopulation of cells before spreading to other anatomically connected regions. It has been proposed that this spreading could be due to a prion-like propagation. According to this hypothesis, conformational changes of a tau protein would allow it to recruit and convert physiological forms of tau into abnormal forms leading to the formation of aggregates. These abnormal forms, called seeds, could transfer from a diseased cell to a healthy one, recruiting and converting tau proteins in the latter. Several mechanisms allowing this hypothesized intercellular transfer have been elucidated, including transport by extracellular vesicles (EVs). The overarching goal of this PhD work was to determine whether human derived-EVs could contain tau seeds and thus participate to the propagation of tau pathology in various tauopathies.In order to achieve this aim, brain derived-EVs prepared from brains of control subjects and patients with Alzheimer's disease (AD), progressive supranuclear palsy (PSP) or Pick's disease were isolated by size exclusion chromatography. Three regions differently affected by the pathology were studied (prefrontal, occipital, cerebellum). EVs were transfected into a cell seeding assay based on fluorescence resonance energy transfer (FRET). EVs were then injected into the hippocampus of transgenic mice developing tau pathology (THY-tau30). Additionally, to identify potential new biomarkers of tau pathology, the presence of EVs containing tau seeds was evaluated in the seeding assay in cerebrospinal fluid (CSF) and plasma of control subjects and patients with AD.Brain derived-EVs from the most affected regions by tau pathology induce a significant FRET signal compared to EVs from controls. This signal is more intense in AD patients than in PSP or Pick patients where the tau pathology is weaker. EVs from the cerebellum of AD patients also induce a significant FRET signal although this region is devoid of apparent tau lesion. Once injected into the mouse hippocampus, EVs from AD patients are able to potentiate the tau pathology in THY-tau30. On the other hand, the FRET assay failed to demonstrate the presence of tau seeds in EVs from peripheral fluids.The results of this PhD work confirm, in humans, that EVs are able of transport tau seeds involved in the prion-like propagation of tau pathology in vivo, while highlighting the heterogeneity between tauopathies. Importantly, as the secretion of tau in EVs is a physiological process, new tools are needed to identify EVs subpopulations responsible of this propagation as well as the identity of tau seeds. Finally, this original approach would pave the way to new therapeutic perspectives that would stop tau pathology spreading, ultimately preventing cognitive symptoms progression.
Les tauopathies sont des maladies neurodégénératives hétérogènes caractérisées par une accumulation intracellulaire de protéines tau anormales. Six isoformes de la protéine tau sont exprimées dans les neurones du système nerveux central. Selon la tauopathie, les isoformes qui s’accumulent et les lésions formées diffèrent. Dans plusieurs tauopathies, comme la maladie d’Alzheimer, la pathologie tau affecte d'abord une région bien spécifique avant de s’étendre progressivement vers d’autres régions anatomiquement connectées. Il a été proposé que cette progression soit liée à une propagation de type prion de la pathologie tau. Selon cette hypothèse, une modification conformationnelle de la protéine tau lui permettrait de recruter et de convertir des formes normales de la protéine en formes anormales, conduisant à la formation d’agrégats intracellulaires. Ces formes anormales, dites pro-nucléantes, pourraient passer d’une cellule malade à une cellule saine afin d’initier à nouveau le processus d’agrégation. Plusieurs mécanismes permettant leur transfert intercellulaire ont été mis en évidence parmi lesquels le transport par des vésicules extracellulaires (VEs). L’objet de ces travaux de thèse est de déterminer si les VEs issues de différents fluides de patients atteints de tauopathies peuvent contenir des espèces pro-nucléantes et ainsi participer à la propagation de la pathologie tau.Des VEs de fluide cérébral préparées à partir de cerveaux de sujets contrôles et de patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA), de la paralysie supranucléaire progressive (PSP) ou de la maladie de Pick, ont été isolées par chromatographie par exclusion de taille. Trois régions différemment affectées par la pathologie ont été étudiées (cortex préfrontal, cortex occipital, cervelet). Les VEs ont été transfectées dans un modèle cellulaire de nucléation basé sur le principe de transfert d’énergie entre molécules fluorescentes (FRET) afin d’évaluer leur potentiel de recrutement. Les VEs ont ensuite été injectées dans l’hippocampe de souris transgéniques développant une pathologie tau (THY-tau30). De plus, afin d’identifier de nouveaux biomarqueurs précoces de la pathologie tau, la présence de VEs contenant des espèces pro-nucléantes de protéines tau dans le liquide cérébrospinal (LCS) et le plasma de sujets contrôles et de patients atteints de MA a été évaluée dans le même modèle cellulaire.Les VEs cérébrales issues des régions les plus touchées par la pathologie tau induisent un signal FRET significatif par rapport aux VEs issues des sujets contrôles. Ce signal est plus intense chez les patients MA que les patients PSP ou Pick où la pathologie tau est plus faible. Les VEs issues du cervelet des patients MA induisent également un signal FRET significatif bien que cette région soit dépourvue de lésion apparente. Une fois injectées dans l’hippocampe de souris, les VEs issues des patients MA sont capables de potentialiser la pathologie tau dans le modèle THY-tau30. En revanche, le modèle FRET utilisé n’a pas permis de mettre en évidence la présence d’espèces pro-nucléantes dans les VEs des fluides périphériques.Les résultats de ce projet confirment, chez l’Homme, que les VEs sont capables de transporter des espèces pro-nucléantes de tau impliquées dans la propagation de la pathologie in vivo, tout en soulignant l’hétérogénéité entre les tauopathies. La sécrétion vésiculaire de la protéine tau étant un processus physiologique, il est essentiel d’identifier les VEs responsables de cette propagation ainsi que la nature des espèces pro-nucléantes. Cela permettra de développer des outils thérapeutiques bloquant la propagation de la pathologie, limitant ainsi l’apparition ou l’aggravation des symptômes cognitifs.
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tel-03635276 , version 1 (08-04-2022)

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  • HAL Id : tel-03635276 , version 1

Cite

Elodie Leroux. Vésicules extracellulaires : actrices de la propagation de la pathologie tau dans les tauopathies. Médecine humaine et pathologie. Université de Lille, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LILUS033⟩. ⟨tel-03635276⟩
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