Maladie d'Alzheimer
De l'APP au peptide bêta amyloïde
Les enzymes responsables de la coupure de l'APP en peptide amyloïde beta (ou Aß) ont été découvertes en 1999 comme étant des sécrétases, qui agissent sur la partie transmembranaire de l'APP. L’APP peut donc être clivée par trois complexes protéolytiques appelés α-, ß- et γ-sécrétases. Il existe deux voies différentes qui sont caractérisées par des clivages de types différents.
La voie non amyloïdogénique est initiée par le clivage d’une α-sécrétase dans le domaine cytosolique de l’APP et conduit à la libération d’un fragment correspondant au domaine extracellulaire de l’APP (APPsα). Le fragment C-ter (APP-CTFα ou C83) est enchâssé dans la membrane plasmique. Il peut à son tour être clivé par la γ-sécrétase, aboutissant à la formation d’un fragment AICD (APP IntraCellular Domain), et du peptide p3.
La voie amyloïdogénique, quant à elle, est initiée par la ß-sécrétase qui clive elle aussi la partie cytosolique de l’APP, libérant ainsi un fragment soluble APPsß, et laissant le fragment APP-CTFß (ou C99) dans la membrane. Par la suite, le clivage du fragment APP-CTFß par la γ-sécrétase libère les peptides Aß et les fragments AICD.
Dans les conditions saines physiologiques, la voie non amyloïdogénique représente 90% de la protéolyse de l’APP. Le passage de cette voie à celle amyloïdogénique est due à l'augmentation de la synthèse d'APP (il n'y a plus assez de α-sécrétases pour assurer le clivage de l'APP) ou bien à une diminution de sa synthèse.
Chez certaines personnes, cette voie amyloïdogénique peut induire la formation de plaques ß-amyloïdes, à l'origine de la maladie d'Alzheimer.
Schématisation des clivages protéolytiques de l’APP et production des peptides Aß
VIGNAUD.Étude de la toxicité du peptide amyloidebeta Aβ42 dans la levure SACCHAROMYCES CEREVISIAE. Science, Technologie, Santé. Université Victor Segalen Bordeaux 2, 2013, 75.
α-sécrétase et APPsα
Le site de clivage de l’α-sécrétase se trouve entre les résidus lysine 687 et leucine 688. Le fragment soluble APPsα relargué dans le milieu extracellulaire présente des propriétés neurotrophiques et neuroprotectives, cependant les mécanismes impliqués demeurent incompris.
Sites de clivage des α- et ß-sécrétases.
En rouge, la séquence correspondant au peptide Aß de 42 acides aminés ; en bleu, le reste de la séquence d’APP.
VIGNAUD.Étude de la toxicité du peptide amyloidebeta Aβ42 dans la levure SACCHAROMYCES CEREVISIAE. Science, Technologie, Santé. Université Victor Segalen Bordeaux 2, 2013, 75.
ß-sécrétase et APPsß
La ß-sécrétase impliquée dans le clivage de l’APP entre les résidus méthionine 671 et Acide aspartique 672 est la protéase à acide aspartique BACE1 (ß-site APP-Cleaving Enzyme 1). L’activité BACE1 est présente dans la majorité des cellules et tissus, mais est particulièrement abondante dans le tissu neural, et plus précisément dans les neurones.
Le fragment soluble APPsß relargué suite au clivage par la ß-sécrétase présente des activités synaptotrophiques et neuroprotectives réduites, par rapport au fragment APPsα. Ces différences sont difficiles à comprendre car seuls 17 acides aminés diffèrent. Ceci pourrait être dû à un clivage spécifique d’APPsß, permettant sa fixation et l’activation d’un récepteur de mort. BACE1 est crucial à la formation de peptides Aß, il rend le fragment APP-CTFß (C99) accessible à la γ-sécrétase.
γ-sécrétase et AICD
La γ-sécrétase est un complexe protéolytique composé de quatre sous-unités essentielles. L’activité catalytique est portée par la sous-unité PS (Presenilin). Il existe deux homologues humains : PS1 et PS2. Elles comportent 9 domaines transmembranaires (TMD). La boucle cytoplasmique située entre les TMD6 et TMD7 peut subir un clivage qui stabiliserait la conformation des sites actifs situés dans ces TMD.
Trois autres protéines membranaires composent la γ-sécrétase: NCT, APH-1 (Anterior PHarynx-defective-1), et PEN-2 (Presenilin ENhancer-2). NCT effectue la reconnaissance des substrats : ceci nécessite l’élimination de la plus grande partie du domaine extracellulaire de celui-ci. PEN-2 est requis pour la stabilisation des deux fragments des PS au sein du complexe. La fonction d’APH-1 est floue. Il existe deux homologues humains : APH-1a et APH-1b. APH-1a existe sous deux isoformes issues d’un épissage alternatif. Six complexes coexistent donc chez l’Homme. Les spécificités de ces complexes ne sont pas connues. Il semble que le clivage par la γ-sécrétase se produise séquentiellement. APP-CTFß subit un premier clivage aux sites ε proches de la membrane plasmique. Le long fragment Aß enchâssé dans la membrane subit alors une série de clivage pouvant aboutir à des peptides Aß de différentes tailles comprises entre 37 et 49 acides aminés. Les peptides majoritaires au sein des plaques sont Aß40 et Aß42. Le clivage par la γ-sécrétase aboutit à la formation des peptides Aß, mais aussi à celle du fragment AICD.
Synthèse
Schéma de synthèse représentant le processus de clivage de l'APP par les différentes sécrétases
Pour les curieux : Origine et sites de production des peptides Aß
Les acteurs impliqués dans la production de peptides Aß (APP et sécrétases) sont des protéines membranaires. Elles font l’objet d’un trafic intracellulaire important. Elles sont adressées au réticulum endoplasmique (RE) sous forme de précurseurs, qui subissent des modifications post-traductionnelles au cours de leur passage dans le RE et l’appareil de Golgi.
La majeure partie des APP est localisée dans le Golgi, plus particulièrement le trans-Golgi. Une petite partie d’APP est située à la membrane plasmique. On retrouve aussi l’APP dans le RE, les endosomes, les lysosomes et les membranes mitochondriales. La ß-sécrétase (BACE1) est plutôt retrouvée dans le trans-Golgi et les endosomes. Par ailleurs, son activité est maximale à pH acide, ce qui est le cas dans ces compartiments. L’activité γ-sécrétase est, quant à elle, détectée dans différents compartiments : le RE, le Golgi, les endosomes et la membrane plasmique.
Les peptides Aß sont produits à la membrane plasmique, mais aussi tout au long de la voie de sécrétion. L’internalisation de l’APP par endocytose est également une source importante de production de peptides. Les peptides Aß sont donc retrouvés à la fois dans le milieu extérieur mais aussi au niveau intracellulaire.