Cours n°1 : Biomarqueurs dans les maladies du système nerveux

UE2 Histologie
Pr Hugon
Le 05/12/2012 à 10h30
Ronéotypeur : Amine Latreche
Ronéolecteur : Fabrice Labbe
Cours n°1 : Biomarqueurs dans les maladies du système nerveux
Ronéo n°11
SOMMAIRE
I/ La maladie d’Alzheimer
II/Biopathologies
1)
2)
3)
4)
Les plaques séniles
La dégénérescence neurofibrilla ire
L’angiopathie amyloïde
La perte neuronale
III/ Biologie de la maladie d’Alzheimer
IV/Biomarqueurs
1) Les plaques séniles
2) L’Apolipoprotéine E
3) Biomarqueurs du liquide Céphalo-Rachidien
V/ Conclusion
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Tout d’abord, petite introduction du prof qui nous parle de l’interêt des biomarqueurs
dans le diagnostic de plusieurs pathologies tels que la trisomie 21, l’infarctus du
myocarde, les maladies du muscle,etc…
De notre côté, nous allons étudier la maladie d’Alzheimer et les biomarqueurs qui
ont révolutionné les manières dont on fait les diagnostics et les traitements de cette
maladie.
I/ La maladie d’Alzheimer
En Europe, il y a à peu près un quart de la population actuelle qui est âgée de plus
de 60 ans. On a pu projeter que d’ici 2050, 20 % de la population mondiale (à part
l’Afrique) aura plus de 60 ans, ce qui aura pour conséquence une forte augmentation
des maladies liées au vieillissement (Alzheimer, Parkinson, diabète, cancer,…)
On remarque que l’impact des troubles cognitifs (ici la démence) évolue de manière
croissante en fonction de l’âge, en effet il est quasi nul (5%) avant 60 ans mais un
sujet sur 5 est touché à partir de 85 ans.
Cette prévalence est importante du point de vue de la santé publique, car certaines
maladies liées à l’âge n’ont pas encore de traitement efficace.
Cependant, les anomalies liées à la démence (Alzheimer par exemple) peuvent être
détectées à partir de 50 ans, avant même que la maladie ne se déclare (aucun signe
clinique observé) grâce aux biomarqueurs (qui détectent les anomalies moléculaires
asymptomatiques).
En termes d’épidémiologie, en 2000 l'estimation pour 2005 était de 300 000 cas, en
janvier 2006 il y avait en réalité 850 000 cas de patients déments avec 165 000
nouveaux diagnostics par an.
Les dernières estimations montrent qu’un million de personnes sont touchées par
des maladies de démence avérée en France. Aujourd’hui 15% des déments ont
moins de 65 ans, la maladie d’Alzheimer représentant 70% de ces démences. L’âge
de début tourne autour de 68 ans, et diminue de plus en plus car les diagnostics se
font de plus en plus précocément.
La démence de type maladie d’Alzheimer est un trouble cognitif établi sur un examen
clinique et confirmé par des tests neuropsychologiques ( mémoire, intelligence,
langage,…) où l’on teste les fonctions de notre cerveau. Si deux de ces fonctions ne
sont pas dans les normes, on peut parler de syndrome démentiel. Il faut également
que ces perturbations entraînent des modifications sur les activités de la vie
quotidienne (courses, ménage, répondre au téléphone…).
On remarque une atrophie cérébrale progressive au cours des examens.
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Les Américains ont décrit au début des années 2000 un tableau concernant les MCI
(Mind Cognitive Imperment) : ce sont des personnes chez qui l’on note la présence
d’un seul déficit d’une fonction cognitive, et même si cela ne se répercute presque
pas sur leur vie quotidienne, elles peuvent représenter une forme débutante de
maladie d’Alzheimer. Les biomarqueurs ont un rôle important chez ces patients.
On peut classer cette maladie en deux grandes catégories : la forme familiale et la
forme sporadique.
Forme familiale : transmission parents-enfant par mutation hétérozygote d’un gène
codant pour l’APP, PS1 et PS2. Cela concerne 1 à 3% des cas d’Alzheimer avec un
début précoce (vers 30-40 ans). C’est pour cela que lorsque que l’on suspecte un
cas d’Alzheimer précoce, il y a une enquête génétique qui est faite.
Forme sporadique : représente à peu près 97% des cas. Le risque d’avoir la maladie
est lié à l’âge (fréquence augmente avec l’âge), au polymorphisme de l’APO E
(Apolipoprotéine E) et à une douzaine d’autres gènes qui peuvent favoriser les
maladies mais d’une manière certes moindre. Il y a enfin des facteurs liés à
l’environnement avec des facteurs de vulnérabilité (exemple : traumatismes crâniens
chez boxeurs et footballeurs qui font beaucoup de têtes (ZIZOOUUU ‼))
II / Biopathologies
En neuropathologie, on retrouve quatre types de liaisons dans le cerveau :
- Les plaques séniles
- La dégénérescence neurofibrillaire
- L’angiopathie amyloïde
- Les pertes neuronales
Quelque soit la forme de la maladie (sporadique ou familiale), on retrouve la même
histopathologie chez les patients.
1) Les plaques séniles
En coloration argentique, on peut observer la présence d’une couronne et d’une
partie noire. Cette plaque sénile est faite de l’accumulation d’un peptide amyloïde (β)
qui provient de la coupure de l’APP ; c’est une lésion extracellulaire.
2) La dégénérescence neurofibrillaire
Elle est liée à l’accumulation intracellulaire de la protéine tau impliquée dans le
transport avec les microtubules ; la protéine tau est ici hyperphosphorylée.
Ces deux caractéristiques pathologiques sont spécifiques de la maladie d’Alzheimer.
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3) L’angiopathie amyloïde
En coloration immunohistochimique, quand on prend un anticorps anti-amyloïde, le
cœur est fait d’une plaque très dense et l’amylose se diffuse tout autour. Il s'agit donc
de l'accumulation de plaques de peptide β dans les vaisseaux. Quand on prend un
anticorps anti-protéine tau, on observe qu’en plus de s’accumuler dans les neurones,
elle vient se loger toute autour de la plaque sénile voire à l’intérieur de la couronne
amyloïde.
4) La perte neuronale
Elle est précédée d’une perte synaptique. La densité synaptique est progressivement
réduite autour des plaques séniles et aussi de façon diffuse. On a alors une
accumulation de dendrites suite à la dégénération de ces derniers. La cause de cette
perte synaptique n’est pas connue (toxicité de la β ?)
La mort neuronale est plus marquée chez les patients, quand on observe au scan un
cerveau on s’aperçoit que 50 à 90% des neurones peuvent avoir disparus. On a une
dégénération de neurones dans l’hippocampe, le noyau de Meynert, le cortex
cérébral,… Seuls les neurones du cervelet restent intacts.
Nous n’avons que peu de connaissance sur le mécanisme et la cause précise de la
mort neuronale.
Les premiers neurones cibles sont les neurones cholinergiques (précocement
atteints), puis les sérotoninergiques, noradrénergiques, somatostatinergiques et
autres.
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III/ Biologie de la maladie d’Alzheimer
L’explication actuelle c’est que la protéine tau et APP sont des marqueurs de cette
maladie et en même temps sont responsables de cette maladie.
Comment ?
Normalement APP est clivé par une alphasécrétase qui coupe en I-42, ce qui donne
des résidus solubles sAPP, non toxiques.
Mais, si c’est les bêta et gamma sécrétase (protéases) qui coupent on obtient un
peptide amyloïde qui est toxique et s’accumule dans le cerveau des patients, en
formant les plaques séniles. Ce phénomène est alors responsable de la mort des
neurones.
Que ce soit la forme sporadique ou familiale, la conséquence de cette cascade est
l'accumulation du peptide amyloïde qui vont détruire les synapses puis former des
plaques et activer les astrocytes et les cellules microgliales. Cela entraînera des
modifications du stress oxydant, conduira à l’apparition des plaques neurofibrillaires,
détruira les neurones et le sujet atteindra un état de démence.
Voilà ce qui est à l’heure actuelle la cause de la maladie d’Alzheimer sans qu’on ait
de certitude absolue… et on ne sait pas pourquoi le peptide s’accumule.
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IV/ Biomarqueurs
1) Les plaques séniles
Depuis 3-4 ans, on a la possibilité de voir les plaques amyloïdes grâce à un
marqueur que l’on injecte dans le sang du patient. Tout ce qui ressort ensuite au
PET scan en rouge et jaune est l’accumulation des plaques amyloïdes dans le
cerveau. Mais la présence de plaques ne suffit cependant pas à affirmer la maladie,
elle ne permet donc pas de faire le diagnostic. Elle ne met pas en évidence la
proteine Tau, ni la mort neuronale.
Pour la protéine Tau, elle commence dans les régions très profondes de
l’hippocampe, puis s’étend vers la partie inférieure du lobe frontal et du lobe temporal
en envahissant l’hippocampe et le recessus des voies olfactives et puis on la
retrouve partout ; ceci est corrélé au déclin des fonctions cognitives et cérébrales des
patients.
2) Apolipoprotéine E
Il existe un polymorphisme des protéines APO E et c’est un facteur de risque de
la survenue de la maladie d’Alzheimer. C’est une protéine de transport du
cholestérol et qui possède 3 allèles (APO 2, 3 ou 4).
Il a été démontré que la présence de l’allèle APO 4 entraîne une augmentation du
risque d’avoir la maladie d’Alzheimer. Il existe une relation gène-dose c’est-à-dire
que si on a une copie de E4 on a à peu près 15% d’augmentation de risque.
Si on a 2 copies de E4 on peut avoir jusqu’à 45% d’augmentation de risque.
En fonction de la présence des allèles, les gens qui sont E4/E4 (ce qui représente
2% de la population) peuvent avoir un risque majoré de 50 à 90% de développer une
maladie d’Alzheimer à 85 ans, cependant on ne sait pas pourquoi…
Il faut bien retenir que l’allèle E4 est seulement un facteur de risque et non la cause
de la maladie.
E2 est au contraire un facteur de protection ; on a moins de risque d’attraper la
maladie.
E3 peut être un facteur de risque de la précocité de la maladie.
Les biomarqueurs de l’APO E sont donc utiles pour analyser les facteurs de risque
de la maladie.
3) Biomarqueurs du Liquide Céphalo-Rachidien
On fait une ponction lombaire au patient et on va analyser l’amyloïde et la tau
phosphorylée dans le LCR, parce que ce dernier est un reflet du métabolisme du
cerveau.
Les deux formes de protéines Tau s’accumulent (phosphorylée et non
phosphorylée) à l’intérieur des neurones et la protéine β s’accumule à l’extérieur
des neurones.
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Quand les neurones meurent, ils libérent des protéines dans le LCR, filtré par les
astrocytes (LCR = « poubelle du cerveau »). Donc le peptide amyloïde est diminué et
la tau est augmentée.
En effet, chez un sujet normal, la β est éliminé dans le LCR donc pas
d’accumulation .Mais chez un sujet atteint de la maladie d’Alzheimer la β vient
s’agréger sur les plaques et donc on a une chute de la concentration de β dans le
LCR.
La protéine Tau est quant à elle contenue dans le noyau et va être relarguée lors de
la mort neuronale et ainsi passer en plus grande quantité dans le LCR et son taux
sera augmenté par rapport à un sujet sain (sachant que chez ce dernier il n y a pas
de mort neuronale).
La Tau et Tau phosphorylée reflétent la mort neuronale dans le LCR.
On peut donc diagnostiquer par une simple ponction lombaire la maladie d’Alzheimer.
Tau totale
Tau phosphorylée
Protéine β
Sensibilité
81.00%
80.00%
86.00%
Spécificité
90.00%
92.00%
90.00%
Cette analyse se fait par les techniques ELISA a l'aide d'anticorps.
Des études ont mesuré la sensibilité et la spécificité des tests dans le tableau suivant.
Les mesures ont été effectuées chez 3400 patients et 1400 contrôles.
Un bon biomarqueur doit avoir au moins 80% de sensibilité et specificité, ce qui est le
cas pour le peptide β et Tau totale/phosphorylee, ainsi ils seraient a eux seuls
suffisants, mais on fait la combinaison de ces 3 facteurs ce qui est encore plus
efficace pour diagnostiquer la maladie.
Dans certaines autres maladies il y a des variations de tau et de β, cependant elles
n’atteignent jamais ces seuils ; on peut donc vraiment dire que tau et β sont des
biomarqueurs spécifiques de la maladie d’Alzheimer.
Une étude a été réalisée il y a 5-6 ans chez les patients « MCI » où l’on a mesuré les
marqueurs sur une durée de 60 mois. Les personnes qui ont des biomarqueurs
normaux n’ont pas la maladie d’Alzheimer et 90% de ceux qui ont des biomarqueurs
anormaux ont développé par la suite une maladie d’Alzheimer.
En plus d’être des marqueurs « diagnostic », ces biomarqueurs sont devenus des
biomarqueurs « pronostic », à long terme. On peut donc diagnostiquer très tôt cette
maladie. Une seconde étude a été ensuite réalisée chez les gens normaux, et ceux
chez qui l’on a mesuré des marqueurs anormaux vont devenir « MCI ».
Les anomalies des biomarqueurs commencent au moins 10 ans avant le stade
précoce du MCI (à partir de 50 ans voire 45 ans), avant l’apparition des signes
cliniques.
Les résultats peuvent être rendus en lisant un diagramme où l’on fait un rapport entre
la protéine β et la Tau ; les maladies d’Alzheimer ont très souvent un ratio β/Tau
inférieur à 1 et une quantité de protéine Tau phosphorylée supérieure à 60
picomètre par mL.
Il existe une bonne corrélation entre la chute de la protéine β et l’augmentation du
nombre de plaques séniles dans le cerveau. Corrélation également entre
l’augmentation de la protéine Tau et Tau phosphorylée et le nombre de
dégénérescence neurofibrillaire ; le fait de faire une ponction lombaire donne donc
exactement le reflet de ce qui se passe à l’intérieur du cerveau
V/Conclusion
On utilise donc ces biomarqueurs du LCR pour orienter le diagnostic, pour le
traitement précoce et pour suivre l’évolution de la maladie. En fonction du taux de
biomarqueurs à l’intérieur du LCR, les gens auront une évolution plus ou moins grave
de la maladie d’Alzheimer.
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