ALZHEIMER J-N Octave 2012

MALADIE D’ALZHEIMER
Namur, 19 avril 2012
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6
The early Alzheimer
Gallery
Alois Alzheimer,
A Tübingen
characteristic 1906
disease of the cerebral
cortex…
Frau August D.
- strong feeling of jealousy towards
her husband…
- increasing memory impairments
- hallucinations
- complete apathetic end stage
Dégénérescence neurofibrillaire
Plaque sénile
TEST DIAGNOSTIQUE : MARQUEURS BIOLOGIQUES
SPECIFICITE
VRAIS NEGATIFS
x 100 %
VRAIS NEGATIFS + FAUX POSITIFS
SENSIBILITE
VRAIS POSITIFS
x 100%
VRAIS POSITIFS + FAUX NEGATIFS
TROUBLES DE LA MÉMOIRE
TROUBLES DE LA MÉMOIRE
TROUBLES APHASIQUES
TROUBLES APHASIQUES
TROUBLES PRAXIQUES
TROUBLES PRAXIQUES
TROUBLES PRAXIQUES
L’IMAGERIE CEREBRALE
7 ) 2 )
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Dégénérescence neurofibrillaire
Plaque sénile
CSF Aβ
β 42 amyloid in AD patients
700
Statistics
ANOVA + post hoc comparisons
(p values)
600
500
400
300
YC / AC :
ns
AC / AD :
< 0.0001
AC / NAD :
< 0.0001
1200
AD / NAD :
0.008
1000
AD / NDD :
< 0.0001
200
100
0
B-amyloïd
800
YC = young controls;
AC = aged controls;
Aged Controls
AD = Alzheimers; NAD
AD
= non AD dementias;
Non AD dementias
NDD = non demential
Non demential disorders disorders
Young Controls
600
400
200
0
B-amyloïd
ALZHEIMER’S DISEASE : ATROPHY OF THE BRAIN
Non demented
Moderate
Severe
Number of neurones in the cerebral cortex
(109)
Meynert 1868
Donaldson 1895
Thompson 1899
Berger 1921
von Economo 1926
Agduhr 1941
Shariff 1953
Haug & Rebhan 1956
Pakkenberg 1966
Haug 1985
Braendgaard et al. 1990
Regeur et al. 1994
Pakkenberg & Gundersen, 1997
0.6
1.2
9.3
5.5
14.0
5.0
6.9
16.5
2.6
13.8
13.7
18.1
F : 19
M : 23
Non compté
Pôle
inférieur de
la cellule
Di-secteur pour ‘deux sections ’
Compté
Hommes
Perte de 10 % au cours de la vie= 85 000 neurones /j
Femmes
Variance due au sexe = 21.0 % du total
Variance due à l’âge = 2.4 % du total
Pakkenberg & Gundersen, J Comp Neurol 1997; 384:312-320
ALZHEIMER’S DISEASE : NEURONAL LOSS
50 % in the associative cortex
(Gomez-Isla et al. Ann Neurol 1997, 41:17-24)
70 % in the CA1 region of the hippocampus
(West et al. Lancet 1994, 344 : 769-772)
Cerveau humain : coupe transversale
Cerveau humain : hippocampe
Cerveau humain : hippocampe et cortex entorhinal
1. Région CA1 de l’hippocampe
1
2
2. Cortex entorhinal
Cerveau humain : Noyau basal de Meynert
L’Acetylcholine.
L’acétylcholine est synthétisée à
partir de choline et d’acetyl CoA.
La réaction est catalysée par la
choline acetyltransferase. L’enzyme
de dégradation de l’acétylcholine
est l’acetylcholinesterase.
Les inhibiteurs d’acétylcholinestérase
7 ) 2 )
78 9 2
2 : 4 72 ; <
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Dégénérescence neurofibrillaire
Plaque sénile
Dégénérescence neurofibrillaire
Paires hélicoïdales de
Filaments
Composition des paires hélicoïdales de filaments
Protéine tau
N
C
441
Marquage des
dégénérescences
neurofibrillaires par
un anticorps antitau
Tau: a microtubule associated protein (MAP)
Microtubule network
Without protein
tau
With protein tau
Tau : UNE PROTEINE ASSOCIEE AUX MICROTUBULES
Les protéines tau : un gène et plusieurs isoformes
Le gène tau
(chr 17)
Protéines tau
Protéines PHF-tau
Les protéines tau des PHF sont
hyperphosphorylées
PH
Fta
u
α-tau
phosphorylé
ta
u
u
PH
Fta
ta
u
α-tau
α-tau phosphorylé
(Thr212)
Sites de phosphorylation
Altération des microtubules dans la maladie d ’Alzheimer
PLAQUES SÉNILES
Plaque sénile
PLAQUES SÉNILES
Aβ
β
Les plaques séniles contiennent un noyau de substance
amyloïde constitué de peptide Aβ
β
THE AMYLOID PRECURSOR PROTEIN : APP
Plasma membrane
APP 695
EXTRACELLULAR
INTRACELLULAR
NH2
COOH
DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVV
10
20
30
Amyloid peptide (Aβ)
40
IA
EXPRESSION OF APP IN CHO TRANSFECTED CELLS
Plasma membrane
APP 695
EXTRACELLULAR
NH2
COOH
@3H5
Western
Blot
c: cells
m: culture medium
INTRACELLULAR
control
@Jonas
APP-transfected CHO
@3H5
@3H5@Jonas
α−SECRETASE
CLEAVAGE OF APP
α−
Plasma membrane
EXTRACELLULAR
INTRACELLULAR
NH2
COOH
DAEFRHDSGYEVHHQ
10
LVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVV
20
30
40
THE NON AMYLOIDOGENIC CATABOLIC PATHWAY OF APP
Plasma membrane
APP 695
EXTRACELLULAR
NH2
INTRACELLULAR
COOH
α-SECRETASE
Aβ
ADAM 10,17
EXPRESSION OF APP IN CHO TRANSFECTED CELLS
Plasma membrane
APP 695
EXTRACELLULAR
NH2
INTRACELLULAR
COOH
A
B
kDa
98
sαAPP
52
6
3
Aβ
APP
@WO2
- + - +
A: Western Blot (@WO2)
CHO culture medium
B: Aβ
β Immunoprecipitation
CHO culture medium
LA VOIE CATABOLIQUE AMYLOÏDOGÈNE DE L’APP
APP 695
Membrane
NH2
COOH
β-SECRETASE
sβ
βAPP
βCTF
γ-SECRETASE
Aβ
β
AICD
LA VOIE CATABOLIQUE NON AMYLOÏDOGÈNE DE L’APP
APP 695
Membrane
NH2
COOH
α-SECRETASE
ADAM 10,17
sα
αAPP
αCTF
γ-SECRETASE
P3
AICD
!
α
γ
β
β
α
γ
!
!
β
!
5000
4000
80
3000
98 %
β
=)
2%
60
1
t /2 ≅ 12 h
2000
40
sαAPP
Aβ
1000
0
=)
100
t1/2 ≅ 16 h
0
12
24
36
Time (hours)
48
20
0
60
Aβ (arbitrary units)
α
=9 <
APPs (arbitrary units)
-
The expression of APP does not modify the survival of CHO cells
Expression of APP
Ct
Survival test
APP
sα
αAPP
Production of Aβ
β
ELISA (pg/ml)
extracellular
Aβ
β 40 4711 ± 703
Aβ
β 42
427 ± 47
intracellular
non detect.
Aβ
β 42 non detect.
Aβ
β 40
150
% control
Western Blot
100
50
0
ct
APP
Inherited Alzheimer’s diseases
genes
chr.
APP (39)
21
mutations
*
PS1 (184)
14
mutations
*
*
PS2 (23)
1
Aβ
β Production
Aβ
β42/40 Ratio
EXPRESSION OF HUMAN APP IN RAT NEURONS
Expression of human APP in rat neurons is toxic
Cells
kDa
APP
Western Blot 9852-
Culture medium
sα
αAPP
Western Blot 9852-
IP
9852-
sα
αAPP
100
**
50
0
1963-
Days
% control
150
Aβ
β
01 2 3 4
Ct
β-gal
APP
Survival test
Extracellular APP/Aβ
β are not neurotoxic
* Culture medium of neurons
* Culture medium of CHO
APP products from neurons
Ct
β-gal
APP products from CHO cells
Ct
APP
Western Blot
sαAPP
ELISA
(pg/ml)
Aβ 40
153 ± 32
Aβ 42
non detect
Aβ 40 4711 ± 703
ELISA
(pg/ml)
Aβ 42
Survival
test
50
ct
β-gal
APP
% control
% control
sαAPP
427 ± 47
150
100
0
APP
Western Blot
150
Survival
test
Survival test
Treatment of control neurons
100
50
0
ct
APP
Neurotoxicity is induced by intraneuronal Aβ
β 42
Expression of
APP
3 DAYS
5 DAYS
NI
NI
APP
APP
121
APP
74
6
Aβ
β
3
Intraneuronal Aβ
Aβ1-42
(pg/mg)
NI
APP
-
-
NI
-
(% control)
(% control)
50
0
-
115±24 184±29
100
100
Cell survival
APP
**
**
**
50
0
β-gal
-
+
-
β-gal
-
+
-
-
APP
-
-
+
APP
-
-
+
-
+
+
INHIBITION DE LA PRODUCTION D ’Aβ
β
APP 695
Membrane plasmique
EXTRACELLULAIRE
NH2
INTRACELLULAIRE
COOH
β-secretase (BACE)
γ-secretase
Inhibiteur de la γ-secretase
DAPT
Aβ
The inhibition of γ-secretase decreases the
production of intraneuronal Aβ
β and increases
neuronal survival
Intraneuronal APP
NI
Extracellular APP
NI
APP
APP
DAPT
APP
DAPT
121
APP
121
sαAPP
74
Intraneuronal Aβ
NI
74
Aβ
β1-42
pg/mg
NI
-
APP
61±2
APP
DAPT
-
-
APP
APP
DAPT
115 ±23 49 ±34
- 57 %
Aβ
β1-42int
Cell survival
(% control)
Extracellular Aβ
Aβ
β1-40
(pg/ml)
APP
**
100
**
***
50
0
Ct
APP APP
DAPT
+ 52 %
survival
INTRANEURONAL AGGREGATION OF Aβ
β 1−42
DAYS
5
Aβ
β1-42
pg/mg
115 ±23
7
Intraneuronal Aβ
-
17
11
6
3
OLIGOMERIZATION
ACCUMULATION INTRANEURONALE D’OLIGOMERES D’Aβ
β
Les plaques séniles: le dépôt d’amyloïde Aß
Anti- amyloïde Aß
Filaments
d’amyloïde Aß
MODÈLES ANIMAUX : SOURIS TRANSGÉNIQUES
Gène
APP
Protéine APP
Dépôts d’amyloïde Aβ
β
Lesions in transgenic mice
Alzheimer
Transgenic mice
Formation de dépôts d’Aß dans des souris transgéniques
H&E
Anti-Aß
Aß Intracellulaire
Aß Extracellulaire
2 mois
2.5 mois
4 mois
12 mois
18 mois
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β
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MALADIE D’ALZHEIMER : NOUVELLES APPROCHES THÉRAPEUTIQUES
APP695
Aβ agrégé
Aβ fibrillaire
Aβ
β/γ
Inhibiteurs des
sécrétases
Vaccination
ADDLs
Inhibiteurs de l’agrégation
VACCINATION DES SOURIS TRANSGENIQUES
Contrôles
Vaccinées
Schenk et al. (1999), Nature 400, 173
TESTS D’APPRENTISSAGE CHEZ LA SOURIS
Arendash et al. (2001), DNA Cell Biol 20, 737
VACCIN POUR LA MALADIE D’ALZHEIMER
Essai clinique du vaccin AN-1792 (2000)
360 patients.
Essai clinique interrompu en janvier 2002 :
Encéphalopahie méningée chez 15 patients.
Examen neuropathologique post-mortem.
Nicoll et al. (2003) Nature Medecine 9,448
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GG-OH
1.3
1.2
340 / 380
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0
50
100
150
200
Time (s)
250
300
350
400
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