Nouvelles découvertes sur la protéine Tau et les maladies du cerveau

TAU est une protéine présente dans le cerveau humain qui joue un rôle important pour garder la structure des cellules nerveuses en bonne santé. Mais dans certaines maladies, appelées Tauopathies, les protéines tau peuvent s'emmêler et former des structures anormales. C'est particulièrement vrai dans la maladie d'Alzheimer (MA), le type de tauopathie le plus courant. Dans la MA, les protéines tau s'agglutinent pour créer des brins torsadés appelés Filaments, qui coexistent avec d'autres protéines nuisibles, comme les plaques d'amyloïde-beta.

#Isoformes de Tau et Leurs Variantes

Dans le cerveau humain, il existe six formes différentes de tau, avec des tailles allant de 352 à 441 blocs de construction, appelés acides aminés. Ces formes proviennent d'un seul gène, appelé MAPT, par un processus connu sous le nom d'épissage alternatif. La protéine tau peut être divisée en différentes sections :

• Un domaine de projection amino-terminal,
• Une région riche en proline,
• Quatre régions qui se lient aux microtubules (R1 à R4),
• Un domaine carboxy-terminal.

Selon le nombre d'acides aminés supplémentaires inclus au début et la présence d'une région spécifique de liaison aux microtubules, les formes tau sont classées comme 0N, 1N ou 2N pour la partie amino-terminale et 3R ou 4R pour les répétitions de liaison. Dans des maladies comme la MA, un mélange de ces formes de tau peut être trouvé, mais d'autres maladies pourraient ne montrer que des formes spécifiques de tau.

#Cryo-EM et Filaments de Tau

Les scientifiques utilisent des techniques d'imagerie avancées, comme la microscopie électronique Cryogénique (cryo-EM), pour étudier comment les protéines tau forment ces filaments. Les recherches ont montré que les différentes maladies ont des filaments tau distincts. La structure de ces filaments est marquée par des séquences spécifiques au sein de la protéine tau, caractérisées par des segments répétitifs. De plus, certains acides aminés permettent à tau de prendre des formes définies, tandis que d'autres restent lâches et indéfinis autour du noyau du filament.

Dans la MA et l'encéphalopathie traumatique chronique (ETC), la structure tau implique des régions spécifiques de la protéine. Fait intéressant, malgré les variations dans la structure tau à travers les maladies, la forme réelle du filament tau reste constante parmi les différents patients atteints de la même maladie. Cette observation soutient une théorie selon laquelle le tau anormal peut propager sa structure à d'autres protéines tau, conduisant à des filaments similaires formant dans les cellules cérébrales malades.

#Défis de Recherche et Développements Nouveaux

Reproduire ces structures tau dans des environnements de laboratoire a été un défi. Les protéines tau normales nécessitent certaines conditions et des molécules supplémentaires pour former des filaments ressemblant à ceux trouvés dans les cerveaux humains. Les essais pour reproduire ces filaments en utilisant des protéines tau normales ou modifiées ont souvent abouti à des structures différentes, soulignant la complexité de tau et son comportement dans une cellule.

Dans des études précédentes, les chercheurs ont découvert qu'un morceau particulier de tau (tau297-391) pouvait former le filament tau classique, connu sous le nom de filaments hélicoïdaux appariés (PHFs), sous des conditions de secouage spécifiques. L'introduction de sel a également changé la façon dont tau s'assemblait en filaments, conduisant à des formes typiques de l'ETC. Cependant, les filaments formés dans ces expériences de laboratoire ne reproduisaient pas la couche extérieure floue qui est caractéristique des filaments tau trouvés dans les cerveaux humains.

#Hyperphosphorylation de Tau

Un facteur critique qui affecte la capacité de tau à s'assembler en filaments est l'hyperphosphorylation, où des groupes phosphate supplémentaires s'attachent à la molécule tau. Cette déconnexion des microtubules et ces modifications pourraient jouer un rôle dans la façon dont tau forme des agrégats. Les recherches ont identifié plusieurs sites clés sur tau qui deviennent hyperphosphorylés, avec des études utilisant la spectrométrie de masse pour cartographier ces changements.

Les scientifiques ont travaillé à recréer des filaments tau qui ressemblent de près à ceux dans la MA en introduisant des mutations qui imitent l'hyperphosphorylation dans tau. Cette approche a conduit au développement d'un nouveau construct appelé PAD12, qui possède douze mutations spécifiques. Ces mutations semblent favoriser l'assemblage de tau en filaments similaires à ceux trouvés dans la MA.

#Assemblage de Tau PAD12 en Filaments

Les expériences impliquant les constructs tau PAD12 ont montré des résultats prometteurs. Les chercheurs ont pu produire deux types de tau PAD12, connus sous le nom de 0N3R et 0N4R. Après avoir exprimé et purifié ces formes tau, ils les ont soumises à des conditions d'assemblage spécifiques. Notamment, ils ont trouvé que le tau PAD12 0N3R formait principalement des PHFs tandis que le tau 0N4R créait une structure de filament différente.

Lorsque le 0N3R et le 0N4R étaient mélangés, les filaments résultants étaient principalement des PHFs, identiques à ceux trouvés dans les cerveaux de patients atteints de MA. Cette confirmation démontre qu'il est possible de reproduire la structure de ces filaments in vitro, ouvrant la voie à de nouvelles recherches sur les maladies liées à tau.

#L'Importance des Conditions de Secouage

En produisant ces filaments, les chercheurs ont découvert que les conditions dans lesquelles ils étaient mélangés et secoués affectaient considérablement les types de filaments formés. Même des changements subtils, comme la variation de la vitesse de secouage, influençaient le résultat. Bien que des recherches antérieures aient indiqué que des constructs tau plus courts étaient plus sensibles aux changements environnementaux, le PAD12 tau de pleine longueur affichait des caractéristiques d'assemblage plus robustes capables de résister à différentes conditions.

De plus, tandis que certaines formes de tau avaient tendance à s'agglomérer, les filaments PAD12 tau restaient dispersés. Cette stabilité en solution signifie qu'ils peuvent être utilisés dans d'autres expériences sans craindre qu'ils ne s'agrègent, ce qui est bénéfique pour étudier leurs propriétés.

#Différences dans les Structures de Filaments

La recherche visait également à identifier l'impact de mutations spécifiques sur l'assemblage des filaments tau. En créant des variantes du PAD12 tau avec des mutations différentes, les scientifiques ont noté que toutes les formes ne produisaient pas des PHFs. Certains constructs ont abouti à des filaments qui ne se tordaient pas, indiquant que l'arrangement de certains acides aminés est crucial.

La capacité de marquer les filaments tau avec des étiquettes fluorescentes ouvre de nouvelles voies pour comprendre comment tau se comporte dans les cellules. En utilisant des réactions chimiques spécifiques, les chercheurs ont réussi à ajouter des marqueurs fluorescents aux filaments tau pré-assemblés. Ce développement pourrait aider à visualiser comment tau se propage ou interagit avec d'autres composants cellulaires au sein d'organismes vivants.

#Assemblage Semé et Tests Cellulaires

L'étude a également examiné si des filaments tau provenant de cerveaux de MA pouvaient initier l'assemblage de tau PAD12. Lorsque des filaments tau dérivés du cerveau ont été introduits dans une solution de tau PAD12, des résultats remarquables ont été observés. Le processus d'assemblage semé a conduit à la formation de PHFs qui correspondaient étroitement à ceux des cerveaux de la MA.

Fait notable, d'autres tours de semis ont réussi, les filaments maintenant leur structure. Cela suggère que le tau PAD12 pourrait être un outil précieux pour étudier la propagation de tau dans les cellules.

#Cellules de Biosenseur et Efficacité du Semis

Pour évaluer la capacité du tau PAD12 à favoriser le semis, les chercheurs ont utilisé un type spécial de lignée cellulaire conçu pour exprimer tau. Lorsque ces cellules ont été exposées à des graines de filaments de tau PAD12, un semis efficace a été observé, notamment à de faibles concentrations. Cette efficacité différait par rapport à d'autres formes de tau, indiquant que les modifications apportées au construct PAD12 amélioraient considérablement sa capacité à interagir avec l'environnement cellulaire.

Les expériences avec le tau PAD12 marqué ont également confirmé que les graines co-localisaient avec le tau surexprimé dans les cellules. La stabilité et les capacités de marquage du tau PAD12 faciliteront son utilisation dans de nouvelles études sur la dynamique de tau au sein des systèmes cellulaires.

#Comprendre le Rôle de la Couche Floue de Tau

Un aspect intrigant des filaments tau est la présence d'une couche floue, qui est une région lâchement structurée autour du noyau tau. Bien que les scientifiques aient identifié son existence, la fonction exacte de cette couche floue dans le contexte des tauopathies reste floue. Les chercheurs soupçonnent que cette couche floue pourrait influencer la façon dont tau interagit avec d'autres composants cellulaires, y compris des récepteurs potentiels et des complexes de dégradation.

#Analyse RMN de Tau PAD12

Des techniques d'analyse avancées, comme la résonance magnétique nucléaire (RMN), ont été utilisées pour examiner comment les modifications dans le tau PAD12 affectent sa structure par rapport au tau normal. Les résultats ont indiqué que certaines parties du tau PAD12 avaient des comportements différents en termes de flexibilité et de rigidité, ce qui pourrait jouer un rôle dans sa capacité à former des filaments stables.

Fait intéressant, les effets des mutations étaient plus prononcés dans le construct tau de pleine longueur par rapport aux versions tronquées. Ces résultats soulignent la complexité du comportement de tau et l'importance des modifications spécifiques pour un assemblage correct.

#Conclusion : Directions Futures dans la Recherche sur Tau

La recherche sur le tau PAD12 représente une avancée significative dans la compréhension de l'assemblage de tau dans les maladies neurodégénératives. La capacité à produire des filaments tau qui imitent étroitement ceux trouvés dans les cerveaux humains pourrait ouvrir de nouvelles voies pour étudier les tauopathies.

À l'avenir, les chercheurs visent à explorer comment différentes modifications de tau affectent l'assemblage en diverses formes et le rôle que ces formes jouent dans différentes maladies. En découvrant les mécanismes derrière le comportement de tau, il y a un espoir de développer des traitements ciblés pour des maladies comme la maladie d'Alzheimer et d'autres tauopathies.

En résumé, le travail sur le tau PAD12 illustre le potentiel d'avancer notre compréhension de tau et de son implication dans la neurodégénérescence. D'autres études éclaireront sans doute les interactions complexes en jeu, menant finalement à de meilleures options thérapeutiques pour les individus touchés.