Le rôle du microbiote intestinal dans les maladies neurodégénératives

Beaucoup de maladies qui touchent le cerveau, appelées maladies neurodégénératives, présentent un problème commun : elles ont des amas de protéines mal repliées. Ces amas incluent souvent une protéine appelée amyloïde, qui a une structure spéciale. Certaines de ces protéines peuvent agir comme des prions, ce qui signifie qu'elles peuvent se propager d'une cellule à une autre. Cette propagation se voit particulièrement dans les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Dans ces cas, les protéines liées à l'amyloïde peuvent se déplacer à travers le cerveau et même entre différentes espèces.

Pendant longtemps, les chercheurs se sont surtout intéressés aux facteurs génétiques et environnementaux comme raisons de ces maladies. Cependant, ces dernières années, il y a eu un intérêt croissant pour une nouvelle idée : le Microbiote intestinal. Ça fait référence à la multitude de micro-organismes qui vivent dans nos intestins et qui travaillent en étroite collaboration avec notre corps. Les chercheurs commencent à penser que ces microbes intestinaux pourraient être importants dans la cause et l'avancement des maladies neurodégénératives.

On pense que la connexion entre l'intestin et le cerveau se fait par trois façons principales : des signaux envoyés par des hormones, des réponses du système immunitaire, et une communication directe entre les cellules nerveuses. Un chemin important est le nerf vague, qui transporte des signaux entre l'intestin et le cerveau. Certaines études suggèrent que des protéines et d'autres substances provenant de l'intestin pourraient voyager le long de ce nerf pour affecter la santé du cerveau et le développement de maladies neurodégénératives. Récemment, il a été montré que des bactéries intestinales peuvent aussi voyager à travers le nerf vague, surtout quand il y a une perturbation de la santé intestinale ou au cours de maladies neurologiques.

Des recherches au cours de la dernière décennie ont lié des changements dans le microbiote intestinal avec des maladies comme Alzheimer et Parkinson. Les changements de microbiote intestinal peuvent être déclenchés par l'alimentation, les antibiotiques, et le stress, et ces changements peuvent mener à des problèmes de santé, y compris des soucis au niveau de l'intestin, du métabolisme, et du cerveau. Récemment, le microbiome intestinal a attiré l'attention en tant qu'indicateur possible de maladie et facteur qui pourrait influencer les maladies neurodégénératives.

Certaines études sur des animaux ont montré que traiter avec des antibiotiques ou changer les bactéries intestinales peut influencer le développement de la maladie. Les chercheurs suggèrent même que des protéines du microbiote intestinal pourraient encourager l'amas de protéines de l'hôte. Par exemple, une protéine d'E. coli peut accélérer l'amas d'une protéine liée à la maladie de Parkinson chez des souris.

Pour savoir s'il existe d'autres protéines bactériennes qui peuvent affecter l'amas de protéines chez les humains, les chercheurs ont effectué une analyse informatique. Ils ont découvert qu'un grand pourcentage des espèces dans le microbiome intestinal a des séquences qui ressemblent à des structures de type prion. Les tests en laboratoire ont confirmé que ces protéines peuvent former des amas et causer des problèmes de mémoire dans un modèle de ver. Globalement, leurs résultats éclairent le lien complexe entre le microbiote intestinal et les maladies neurodégénératives, ajoutant à la connaissance nécessaire pour de futurs traitements et stratégies de prévention.

#Dépistage des séquences de type prion dans le microbiome intestinal

Des études précédentes ont suggéré que seule une infime fraction des protéines des bactéries a des séquences de type prion. Pour aller plus loin, les chercheurs ont voulu examiner leur présence dans le microbiome intestinal. Ils ont examiné le matériel génétique d'un grand projet de microbiome humain en utilisant trois méthodes axées sur l'identification de séquences ayant un potentiel de type prion.

En utilisant ces méthodes, ils ont identifié un nombre significatif de séquences pouvant se comporter comme des prions. Parmi un grand nombre d'entrées uniques, ils ont trouvé plusieurs centaines de séquences qui répondaient à leurs critères pour être considérées comme de type prion. Cela suggère qu'une partie importante du microbiote intestinal peut produire des protéines avec des caractéristiques similaires à celles des prions.

Ces découvertes sont importantes parce qu'elles montrent que le microbiote intestinal pourrait servir de source pour des protéines de type prion capables de se transmettre d'un organisme à un autre. Les chercheurs ont également noté que beaucoup des séquences identifiées proviennent de protéines inconnues, indiquant qu'il pourrait y avoir beaucoup de rôles non découverts pour ces protéines dans l'intestin.

De plus, ils ont catégorisé les séquences de type prion identifiées en fonction de leurs fonctions. Beaucoup de ces protéines étaient liées à des structures membranaires et à des processus de transport qui aident les bactéries à interagir avec leur environnement. Cela signifie que les protéines de type prion pourraient jouer un rôle dans la façon dont les bactéries et les cellules hôtes se connectent. Certaines de ces protéines pourraient également contribuer à la façon dont les protéines dans le corps humain s'agrègent, ce qui pourrait être important dans le développement des maladies.

#Espèces microbiennes intestinales codant pour des séquences de type prion

Les chercheurs ont examiné de près les bactéries intestinales spécifiques qui contiennent ces séquences de type prion. Ils ont découvert que la plupart de ces séquences proviennent de bactéries liées à des conditions comme la maladie d'Alzheimer. Plus précisément, un groupe de bactéries appelé Campylobacter était particulièrement abondant dans les séquences identifiées. Certaines de ces bactéries, comme Helicobacter pylori, sont connues pour causer des problèmes d'estomac dans une grande partie de la population humaine. Fait intéressant, de nombreuses personnes atteintes d'Alzheimer ont également eu des infections causées par cette bactérie, laissant supposer une connexion possible.

Un autre groupe, Bacillota, a aussi été identifié comme ayant un nombre notable de séquences de type prion. Ce groupe comprend plusieurs bactéries bien connues qui ont été étudiées en relation avec la santé intestinale. De plus, une part significative de ces séquences appartenait au groupe Bacteroidetes, qui est couramment présent dans l'intestin humain. Certaines études suggèrent que des changements dans ces bactéries peuvent être liés à la maladie d'Alzheimer.

L'analyse a révélé que toutes les bactéries intestinales n'ont pas ces séquences de type prion. Notamment, un groupe commun de bactéries associé à un bon fonctionnement intestinal n'avait pas de séquences de type prion identifiées, ce qui pourrait être significatif pour comprendre les différences de santé intestinale parmi les individus.

#Exploration des candidats de type prion au sein du microbiote intestinal

Après avoir identifié des protéines potentielles de type prion dans le microbiome intestinal, les chercheurs ont sélectionné un groupe de 10 candidats pour des tests supplémentaires. Ils se sont concentrés sur des protéines montrant une forte probabilité de former des agrégats, qui sont des clusters de protéines pouvant mener à des maladies.

Les chercheurs ont utilisé diverses techniques pour confirmer que ces protéines sélectionnées pouvaient s'agréger. Ils ont également examiné comment ces protéines interagissent avec les protéines humaines, en se concentrant spécifiquement sur leur influence sur l'Agrégation de l'amyloïde-bêta, une protéine liée à la maladie d'Alzheimer. Ils ont constaté que la plupart des peptides accéléraient le processus d'agrégation, tandis qu'un peptide le ralentissait. Cela suggère que la présence de ces protéines de type prion dans l'intestin pourrait influencer le développement des maladies neurodégénératives.

De plus, ils ont examiné si ces peptides pouvaient affecter des cellules dérivées de neurones. Ils ont constaté que certains des peptides pouvaient réduire la viabilité cellulaire et induire du stress oxydatif dans ces cellules, qui sont des facteurs connus dans les maladies neurodégénératives. Cela suggère que le microbiome intestinal pourrait contribuer à des dommages neuronaux à travers ces protéines de type prion.

Pour confirmer leurs hypothèses, les chercheurs ont testé si les protéines formant des amyloïdes pouvaient se propager dans des organismes vivants. Ils ont utilisé de la levure, un modèle commun, pour observer comment les protéines affectaient le comportement d'agrégation. La levure exprimant ces protéines montrait des propriétés similaires à celles des protéines prion, indiquant qu'elles pourraient reproduire ces effets dans un système vivant.

#Agrégation dans des systèmes basés sur des bactéries

Les chercheurs ont également testé la capacité des protéines identifiées à former des agrégats dans un contexte bactérien. Ils ont utilisé une souche spécifique d'E. coli conçue pour étudier l'agrégation des protéines. Cette approche leur a permis de voir comment l'environnement bactérien influence le comportement de ces protéines.

Ils ont découvert que la plupart des bactéries exprimant les protéines formaient effectivement des agrégats, confirmant que ces protéines peuvent se comporter de manière similaire aux protéines prion dans un système bactérien. La formation de ces agrégats était visuellement apparente sur des milieux de culture spécifiques conçus pour mettre en évidence cette propriété.

#Effets cognitifs sur C. Elegans

Pour déterminer si ces agrégats bactériens pouvaient influencer les fonctions cognitives, les chercheurs ont nourri des souches de C. elegans, un petit ver utilisé comme organisme modèle, avec des E. coli contenant les protéines. Ils ont effectué des tests d'apprentissage et de mémoire pour voir si la présence des agrégats affectait les capacités d'apprentissage et de mémoire des vers.

Les résultats ont montré que les vers nourris avec des E. coli contenant les protéines présentaient des impairments de mémoire notables par rapport à ceux nourris avec des bactéries ne produisant pas d'agrégats. Cela suggère que les agrégats formés par ces protéines peuvent effectivement impacter les fonctions cognitives.

Les vers ont montré une corrélation entre leurs capacités de mémoire et le nombre de granules intestinaux observés. Un plus grand nombre de granules intestinaux indiquait plus de stress et pourrait suggérer une relation entre la façon dont ces agrégats interfèrent avec les fonctions cognitives des vers.

#Conclusion

Cette recherche met en lumière le rôle potentiel du microbiote intestinal dans les maladies neurodégénératives. Elle suggère que certaines protéines produites par les bactéries intestinales peuvent se comporter comme des prions, affectant la façon dont les protéines dans le corps humain s'agrègent et conduisant à des dommages cellulaires. L'utilisation de C. elegans comme modèle a montré que l'ingestion de ces protéines peut impacter le fonctionnement cognitif.

Ces découvertes ouvrent de nouvelles voies pour comprendre comment la santé intestinale pourrait influencer la santé cérébrale, mettant en évidence les interactions complexes entre le microbiome intestinal et la santé humaine. D'autres recherches pourraient mener à de nouvelles stratégies pour prévenir ou traiter les maladies neurodégénératives en ciblant ces protéines dérivées de l'intestin et leurs effets sur le cerveau.