Contrôle transcriptionnel associé au domaine intracellulaire du précurseur du peptide amyloïd

Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by neurofibrillary tangles and deposition of β-amyloïd peptide (Aβ) derived from β-amyloïd precursor protein (APP). APP belongs to a gene family including APP-like proteins (APLPs), which could display overlapping functions. Although the mechanisms of Aβ production have been intensely studied, the biological functions of APP and of its proteolytic fragments are poorly understood. APP is cleaved by alpha-, beta- and gamma-secretase activities leading to the production of soluble alpha APP (sαAPP), soluble beta APP (sβAPP), Aβ and an intracellular fragment named APP intracellular domain (AICD). Biochemical and genetic interaction screens have also led to the identification of multiple intracellular binding partners including the adaptor protein Fe65. Several studies suggested that this protein is able to modulate the APP processing, signaling and Aβ production. AICD is thought to regulate gene transcription but the identity of the target genes as well as the mechanisms involved remain highly controversial.
The aim of this work was to clarify the role of Fe65 in APP processing, Aβ production and APP signaling. We also wanted to identify new genes regulated by APP.
Using a human APPGal4 fusion protein in a luciferase-based reporter assay, we showed that AICD triggers the transcription of reporter genes. Coexpression of Fe65 and human APP in CHO cells had no effect on sαAPP, sβAPP and endogenous AICD production but increased luciferase activity and decreased Aβ production, indicating that Fe65 is able to enhance transcription independently of AICD. We profiled gene expression using Gene-chip Micro array in mouse embryonic cells (MEFs) expressing or not APP and presenilins (presenilin 1 and 2), the catalytic core of the gamma-secretase. We found Aquaporin1 (AQP1) as new APP target gene and confirmed our results by qRT-PCR, Western blotting and rescue experiments using retroviral and lentiviral expression of APP and presenilins. In addition, we found, in vivo, an up-regulation of AQP1 in astrocytes located near senile plaques of AD and lower levels of AQP1 in APP knock-out mice. Our results indicate that a PS2-mediated cleavage of APP releases an AICD fragment that interacts with histone deacetylase activities and controls indirectly AQP1 expression. This interaction confers to APP a key role in histone acetylation and chromatin remodelling, a new mechanism possibly involved in the etiology of Alzheimer's disease

La maladie d'Alzheimer est une démence neurodégénérative caractérisée par la présence de dégénérescences neurofibrillaires et de plaques séniles dans le cerveau. Celles-ci sont constituées d'un noyau de peptide amyloïde (Aβ) provenant de la protéolyse d'une protéine appelée Précurseur du Peptide Amyloïde (APP). Bien que les voies métaboliques de l'APP aient largement été étudiées, la fonction physiologique de l'APP demeure, à ce jour, peu connue. L'APP est clivé par différentes sécrétases ce qui aboutit à la libération d'APP soluble alpha (APPsα), beta (APPsβ), d’Aβ et du domaine intracellulaire de l'APP ou AICD. Ce dernier fragment interagit avec de nombreuses protéines intracellulaires parmi lesquelles on compte la protéine adaptatrice Fe65. Ces dernières années, différents travaux montrent, d'une part, que Fe65 peut moduler le métabolisme de l'APP, la signalisation dépendante de l'AICD ainsi que la production d'Aβ. D'autre part, il est apparu que l'AICD pouvait contrôler la transcription de certains gènes bien que ce point fasse l'objet d'une vive controverse. L'objectif de ce travail a été, dans un premier temps, de tenter de clarifier le rôle de Fe65 dans le métabolisme de l'APP, la production d'Aβ et la signalisation dépendante de l'APP. Nous avons ensuite voulu identifier de nouveaux gènes cibles de l'APP.
Nous avons montré, à l'aide de protéines de fusion APPGal4, que l'AICD est capable d'induire la transcription de gènes rapporteurs. Par ailleurs, la co-expression de Fe65 et de l'APP n'a pas d'effet sur la production APPsα, APPsβ et d'AICD endogène. Nos résultats indiquent également que l'expression de Fe65 augmente l'activité transcriptionnelle tout en diminuant la production de peptide amyloïde, ce qui suggère un rôle propre de Fe65 sur la transcription, du moins indépendant de l'AICD. En analysant le profil d'expression génique par Micro array sur des cellules embryonnaires de souris (MEFs) exprimant ou non l'APP et les présénilines (préséniline 1 et 2), nous avons identifié un nouveau gène régulé par l'expression de l'APP : l'aquaporine 1. Nous avons confirmé les résultats obtenus par qRT-PCR et Western blotting. De plus, la réexpression de l'APP ou de la préséniline 2 dans des cellules APPKO ou PSKO restaure l'expression d'AQP1. In vivo, nous avons pu observer une augmentation de l'expression d'AQP1 dans les astrocytes localisés près des plaques séniles des patients Alzheimer ainsi qu'une diminution d'AQP1 dans des souris APP knock-out. Dans leur ensemble, nos résultats indiquent que le clivage PS2-dépendant de l'APP libère un AICD capable d'interagir avec des histones déacétylases et de contrôler indirectement l'expression de l'AQP1. Cette interaction confère à l'APP un rôle clé dans l'acétylation des histones et dans le remodelage de la chromatine, un nouveau mécanisme potentiellement impliqué dans l'étiologie de la maladie d'Alzheimer