Identification and functional characterization of new Tau cleavage sites
Identification et caractérisation fonctionnelle de nouveaux sites de clivage de la protéine Tau
Résumé
Tau, for Tubulin Associated Unit, is a microtubule-associated protein. Tau is primarilyinvolved in the regulation of microtubule stability and dynamics. Besides its physiological role in neurons, Tau is a central player in Alzheimer’s disease (AD) and related Tauopathies,where it is found as aggregates in degenerating neurons. One of the neuropathological hall marks of AD is the neurofibrillary degeneration (NFD), characterized by aggregated Tauproteins. Studies have shown that the progression of NFD in cortical brain areas is closelycorrelated to cognitive impairment in AD, supporting a central role for Tau in AD pathology.As of now, the mechanisms leading to NFD and its progression are far from being elucidated.A deregulation of post-translational modifications (PTM) of Tau protein could be amechanism that leads to Tau aggregation and NDF formation. Among PTM, Tau truncationcould have an etiological role in Tau pathology. Indeed, the analysis of AD brains bywestern blotting and epitope mapping suggests the occurrence of cleavage sites in both theN-terminal and C-terminal parts of Tau proteins. While several N- and C-terminally truncated Tau species are observed in AD brains, only a limited number of specific Taucleavage sites have been identified so far in situ. The species generated by these cleavagesare found in neurofibrillary tangles, and their occurrence is correlated with the severity ofthe disease. However, the exact nature of the truncated fragments identified in the braintissue, as well as their role in the pathological process are not yet established.This work takes place in this context whose primary goal is to precisely identify new Tau cleavage sites, especially those at the N-terminus, which are less well characterized than thoseat the C-terminus. For this, we developed a proteomics approach by using a cellular model that displays Tau fragments and we applied this approach to identify N-terminally truncatedTau species in the human brain, from individuals with Alzheimer's disease and healthy individuals. Twenty-four amino-terminal cleavages sites have been identified with thedevelopment of this proteomic approach. As the amino-terminal ends of these fragments aredistributed throughout the Tau sequence, each cleavage could lead to different functiona lconsequences depending on the position of the site. Thus, we started functional studies bycharacterizing the properties of four fragments of Tau in cell lines. Our results interestingly show that loss of the Tau N-terminal domain allows a stronger ability to bind and stabilize microtubules, suggesting that the Tau N-terminal domain could play a direct role in the regulation of microtubule stabilization. Future studies based on our new N-terminallytruncated-Tau species should improve our knowledge of the role of truncation in Tau biologyas well as in the AD pathological process.
Tau, pour Tubulin Associated Unit, est une protéine appartenant à la famille des protéinesassociées aux microtubules. La fonction la plus connue de cette protéine est celle derégulateur de la dynamique des microtubules, structure du cytosquelette assurant lamorphologie, le fonctionnement et l’intégrité neuronale. A côté de son rôle physiologique ausein des cellules neuronales, Tau joue un rôle déterminant dans un groupe de pathologiesneurodégénératives communément appelées Tauopathies dans lesquelles Tau est retrouvéesous forme agrégée et anormalement modifiée dans les neurones en dégénérescence. Dans lamaladie d’Alzheimer (MA), la Tauopathie la plus fréquente, l’agrégation des protéines Tauanormalement modifiées constitue une lésion histologique : la dégénérescence neurofibrillaire(DNF). L’évolution spatiotemporelle de la DNF est étroitement corrélée aux signes cliniques.Actuellement, les mécanismes qui conduisent à cette agrégation des protéines Tau et à la DNFne sont pas clairement établis.Une dérégulation des modifications post-traductionnelles (MPT) de Tau est l’un desmécanismes proposés pour expliquer l’agrégation de la protéine Tau et de la formation desDNF. Parmi les MPT, la troncation de la protéine Tau jouerait un rôle central dans l’étiologiede la MA. Les analyses des tissus cérébraux de patients atteints de la MA montrent laprésence de plusieurs fragments de troncation de Tau amino- et carboxy-terminaux.L’augmentation de la quantité de certaines de ces espèces tronquées de Tau, qui sontretrouvées dans les agrégats, est étroitement corrélée à la progression de la pathologie Tau et àla sévérité des symptômes. Néanmoins, à exception de quelques sites carboxy-terminaux defragments identifiés, la nature exacte des nombreux fragments de troncation mis en évidencedans le tissu cérébral humain, de même que leur(s) rôle(s) dans le(s) processuspathologique(s) ne sont pas encore établis.C’est dans ce contexte que se place ce travail de thèse dont le premier objectif a consisté àidentifier de nouveaux sites de clivages amino-terminaux de la protéine Tau qui sont, demanière générale, moins caractérisés que les sites carboxy-terminaux. Pour cela, nous avonsmis au point une approche protéomique en utilisant un modèle cellulaire, présentant desfragments de troncation de Tau, pour ensuite appliquer cette approche sur des tissus cérébrauxprovenant d’individus atteints de la maladie d’Alzheimer et d’individus sains. Grâce audéveloppement de cette approche protéomique, nous avons précisément identifié le premieracide aminé de vingt-quatre sites de clivage de la protéine Tau. Comme les extrémités aminoterminalesde ces fragments sont distribuées sur toute la séquence de Tau, chaque clivagepourrait entraîner des conséquences fonctionnelles différentes en fonction de la position dusite. Nous avons donc débuté des analyses fonctionnelles dans des lignées cellulaires encaractérisant les propriétés de quatre fragments de Tau. Nos résultats montrent, de manièresurprenante, que la perte d'une partie du domaine amino-terminal confère une capacitésupérieure à lier et stabiliser les microtubules, en comparaison à la protéine Tau entière,suggérant que le domaine amino-terminal de Tau jouerait un rôle dans la régulation de ladynamique microtubulaire. Des études supplémentaires basées sur nos nouveaux fragments detroncation devraient améliorer nos connaissances sur l'impact de la troncation de Tau sur sabiologie et sur les processus pathologiques de la MA.
Origine : Version validée par le jury (STAR)