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Interactions of amyloid peptides with the neuronal membrane interface: molecular mechanisms involved in Alzheimer’s disease

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La visualisation en temps réel d’événements pathogènes impliqués dans la maladie d’Alzheimer

La maladie d’Alzheimer (MA) est caractérisée par des agrégats de peptides toxiques qui entraînent un dysfonctionnement neuronal et la mort. Afin de faire la lumière sur ce mécanisme sous-jacent, des chercheurs européens ont examiné l’interaction de ces agrégats avec la membrane neuronale.

Santé

La MA représente un problème de santé majeur, alors que des millions de personnes dans le monde souffrent de perte de cognition et de démence liées à la MA. Il existe deux types d’agrégats de peptides: le bêta-amyloïde, que l’on trouve dans les plaques extracellulaires, et la protéine tau associée aux microtubules intracellulaires qui forme des enchevêtrements neurofibrillaires. De nouvelles données indiquent que ces agrégats interagissent et endommagent la membrane neuronale, mais ce mécanisme reste vague.

La visualisation de l’interaction des peptides amyloïdes avec la membrane neuronale

Le projet AMNEsIA, entrepris avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, entendait faire la lumière sur le mécanisme sous-jacent de la toxicité des agrégats de peptides amyloïdes. «Notre objectif consistait à visualiser à l’échelle nanoscopique l’interaction des peptides amyloïdes avec les membranes au fil du temps», explique Cécile Feuillie, boursière MSCA. En collaboration avec l’Institut de chimie et de biologie des membranes et des nano-objets (CBMN) à Bordeaux, Cécile Feuillie a recouru à la microscopie à force atomique (AFM) pour étudier l’association des agrégats de bêta-amyloïdes avec des bicouches lipidiques qui imitaient en nature la membrane neuronale. Parallèlement, l’équipe scientifique a développé une méthode pour générer des peptides amyloïdes de structure homogène et a testé leur impact sur des membranes cibles. Cette approche a relevé deux défis importants: la complexité inhérente aux membranes biologiques en termes de composition des lipides et l’état d’agrégation hétérogène des peptides amyloïdes. Les chercheurs ont évalué l’influence de la composition, de la charge et de la densité de conditionnement des lipides membranaires sur l’interaction des peptides amyloïdes avec les membranes biomimétiques. Une résolution spatiale et temporelle par l’AFM a permis aux scientifiques d’examiner les phénomènes rapides de la dégradation membranaire induite par les oligomères amyloïdes. «Nous avons observé en temps réel un effet rapide semblable à un détergent sur les membranes lors de l’interaction avec des peptides amyloïdes», souligne Cécile Feuillie. Aussi bien les peptides bêta-amyloïdes que la protéine tau ont interagi avec des lipides membranaires spécifiques, comme la ganglioside GM1 et le cholestérol dans le cas des bêta-amyloïdes, pour induire une dégradation de la membrane. Ces découvertes mettent clairement en évidence l’importance des lipides dans la toxicité des peptides amyloïdes rencontrée dans la MA. En même temps, elles ont souligné la nécessité d’examiner plus en détail dans des conditions plus pertinentes sur le plan biologique la présence d’une combinaison de lipides dans les membranes cibles.

Des perspectives pour l’avenir de l’AFM dans la recherche sur la MA

AMNEsIA est parvenu à développer une solide méthodologie basée sur l’AFM pour étudier les processus dynamiques comme les interactions peptide-membrane. En marquant les lipides et les peptides amyloïdes, il est possible de combiner l’AFM avec la microscopie par fluorescence et d’améliorer l’image de l’interaction. Collectivement, ce travail présente des ramifications importantes pour comprendre les événements pathogènes qui mènent à la neurodégénerescence liée à la MA, et il ouvre la voie à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques. Parmi les plans pour l’avenir figurent le développement d’une approche par spectroscopie à base d’AFM pour étudier le mécanisme de la formation de fibres amyloïdes au niveau chimique. En outre, des sondes AFM fonctionnalisées transportant un peptide amyloïde lié de manière covalente peuvent être utilisées afin d’étudier l’interaction avec la membrane au niveau moléculaire. «AMNEsIA a eu un impact considérable sur l’équipe de l’AFM du CBMN qui s’appelle désormais “Nanobiotechnologie et développements méthodologiques dans l’AFM”», conclut Cécile Feuillie.

Mots‑clés

AMNEsIA, AFM, MA, membrane neuronale, bêta-amyloïde, tau, maladie d’Alzheimer, microscopie à force atomique

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