Mieux comprendre les agrégats cérébraux de Huntington

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© 2021 EPFL

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Une nouvelle étude de l’EPFL vient faire une percée dans le domaine de l’ultrastructure et de la composition biochimique des inclusions de huntingtine, protéine propre à la maladie de Huntington, et annonce de nouvelles perspectives quant aux stratégies de traitement.

La maladie de Huntington est une maladie neurologique dégénérative provoquant des mouvements incontrôlés, des problèmes psychologiques et la perte des fonctions cognitives. Sa cause en est une mutation du gène qui code la huntingtine, protéine qui joue normalement un rôle essentiel pour préserver la santé et l’activité des cellules cérébrales. Mais la mutation «donne» à la huntingtine une queue anormalement longue de glutamine, et ces acides aminés poussent la huntingtine à s’accumuler dans les neurones et finalement à les tuer.

Ces agrégats ou «inclusions» de huntingtine ont fait l’objet de nombreux efforts de recherche pour tenter de découvrir comment comprendre et traiter la maladie de Huntington. Cependant, il manquait jusqu’à présent une analyse approfondie de l’ultrastructure des inclusions, c’est-à-dire du niveau de structure qui dépasse la capacité d’observation d’un microscope traditionnel.

Plongée en profondeur

Grâce à la microscopie avancée et la protéomique, les scientifiques de l’EPFL menés par Hilal Lashuel, en collaboration avec l’établissement de microscopie bioélectronique BioEM, sont parvenus avec succès à mener la première étude qui s’interroge sur l’ultrastructure des inclusions de huntingtine et sur leur composition, dans les cellules qui modélisent la formation pathologique de la maladie de Huntington. Leurs travaux sont publiés dans Nature Communications .

Les chercheurs ont fait appel à une technique sophistiquée appelée microscopie corrélative qui allie la microscopie optique et la microscopie électronique (CLEM), capable d’identifier les inclusions dans différents compartiments cellulaires (cytoplasme ou noyau) et d’étudier leurs caractéristiques structurelles et organisationnelles à l’intérieur de neurones de culture. La méthode CLEM combine pour l’essentiel un microscope électronique et un microscope à fluorescence. Le premier fournit des informations haute résolution allant jusqu’à l’échelle nanométrique, tandis que le microscope à fluorescence peut (littéralement) mettre en lumière les régions d’intérêt.

Les chercheurs ont aussi utilisé la tomographie électronique qui leur a permis de visualiser chaque agrégat isolé au sein de ces inclusions. «Nous voulions dépasser le simple stade de la représentation détaillée de formation de ces inclusions,» explique Nathan Riguet, auteur principal de l’étude. «C’est pourquoi nous avons élargi nos études afin de comprendre comment ces inclusions se forment, comment elles modifient leur environnement subcellulaire, la fonction des organelles dans leur voisinage et, à terme, la viabilité des neurones.»

Différents mécanismes d’agrégation

L’étude a montré que l’agrégation de la huntingtine et la formation des inclusions dans le cytoplasme et le noyau des neurones découlent de différents mécanismes, entraînant des propriétés ultrastructurelles et biochimiques distinctes. Cela signifie aussi que ces deux types d’inclusions peuvent exprimer leur toxicité de différentes façons. Les traitements devront alors recourir à différentes stratégies pour cibler la formation, la maturation et la toxicité des inclusions.

L’étude suggère également que la recherche de méthodes visant à modifier la croissance des inclusions et leurs interactions avec d’autres protéines et organelles constitue une stratégie complémentaire ou alternative valide pour ralentir la progression de la maladie de Huntington, en particulier après son apparition. En effet, ce processus entraîne la séquestration de protéines fonctionnelles et perturbe le fonctionnement des organelles importantes dans la cellule, comme la mitochondrie. Les auteurs déclarent: «...[N]ous pensons que la stratégie thérapeutique qui consiste à cibler la croissance des inclusions et leur maturation est viable.»

Sondes fluorescentes

«Nos découvertes mettent aussi en garde contre l’utilisation de grandes sondes protéiques fluorescentes pour développer des modèles de maladie de Huntington et sélectionner des médicaments qui modifient l’agrégation de la huntingtine et la formation des inclusions», avertit Hilal Lashuel. «Les implications sont majeures, aussi bien pour la maladie de Huntington que pour les autres maladies neurodégénératives, dans lesquelles la fusion de protéines fluorescentes est couramment utilisée pour explorer les mécanismes d’agrégation protéique et pour la découverte de médicaments.»

«Nos travaux dévoilent de nouvelles perspectives concernant la composition et l’ultrastructure des inclusions de huntingtine», conclut-il. «Ils font progresser notre compréhension des mécanismes d’agrégation de la huntingtine et nous indiquent aussi de nouvelles directions pour les interventions thérapeutiques, que nous prévoyons de suivre.»

Liste des contributeurs

  • Établissement Biological Electron Microscopy (BioEM) de l’EPFL
  • Centre Bioinformatics Competence Centre (BICC) de l’EPFL
  • Université de médecine d’Innsbruck
References

Nathan Riguet1, Anne-Laure Mahul-Mellier, Niran Maharjan, Johannes Burtscher, Marie Croisier, Graham Knott, Janna Hastings, Alice Patin, Veronika Reiterer, Hesso Farhan, Sergey Nasarov, Hilal A. Lashuel. Nuclear and cytoplasmic huntingtin inclusions exhibit distinct biochemical composition, interactome and ultrastructural properties. Nature Communications 12 novembre 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26684-z


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