Des recherches récentes dirigées par Jerold Chun révèlent que les vésicules cérébrales des patients atteints de la maladie d'Alzheimer portent des instructions génétiques uniques qui peuvent contribuer à la progression de la maladie. L'étude a révélé une présence significative d'ARNm complets et un modèle d'expression génique unique associé à l'inflammation, offrant ainsi de nouvelles informations sur la pathologie d'Alzheimer et des pistes potentielles pour une détection et un traitement précoces. Ce portrait de vésicules extracellulaires a été réalisé par microscopie confocale à balayage laser. La membrane a été colorée avec un colorant fluorescent. Crédit : Tomaž Einfalt, Université de Bâle
Des chercheurs de Sanford Burnham Prebys ont montré que les vésicules transportant entre les cellules cérébrales contiennent des instructions plus complètes pour modifier la fonction cellulaire qu'on ne le pensait auparavant.
Dans une étude récemment publiée dans Rapports de cellules, chercheur Jerold Chun, MD, Ph.D. et son équipe a découvert que les instructions moléculaires contenues dans ces vésicules variaient considérablement selon les échantillons de cerveau post-mortem fournis par des individus ayant Alzheimer maladie.
Les chercheurs appellent les minuscules bulles cérébrales examinées dans cette étude de petites vésicules extracellulaires (sEV). Ces minuscules ballons d'eau biologiques sont produits par la plupart des cellules du corps pour transporter une grande variété de protéines, de lipides et de sous-produits du métabolisme cellulaire, ainsi que ARN nucléique acide codes utilisés par les cellules receveuses pour construire de nouvelles protéines.
Parce que cette cargaison biologiquement active peut facilement provoquer des changements dans d'autres cellules, les scientifiques s'intéressent aux sEV cérébraux comme moyen de transmettre des instructions normales ainsi que des instructions ratées pour les protéines mal repliées qui s'accumulent dans le cerveau à mesure que les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer progressent.
L'immunofluorescence a été utilisée pour valider la pureté de la culture cellulaire primaire. Crédit : Le laboratoire Chun
Pour contribuer potentiellement à l’accumulation de protéines indésirables, les sEV devraient contenir des plans contenant suffisamment d’informations pour permettre à d’autres cellules de produire les protéines problématiques. La plupart des recherches antérieures avaient indiqué que l'ARN messager (ARNm) porteur des plans des protéines était découpé en trop de fragments plus courts pour permettre aux cellules réceptrices de modifier leurs schémas de construction.
« Nous avons découvert le contraire dans notre étude », explique Chun, professeur au Centre de recherche sur les troubles génétiques et le vieillissement à Sanford Burnham Prebys. « Nous avons identifié plus de 10 000 ARNm complets grâce à l’utilisation d’un outil relativement plus récent. ADN technique de séquençage appelée séquençage à lecture longue PacBio.
Résultats détaillés de la recherche
L'équipe a isolé les sEV du cortex préfrontal de 12 échantillons de cerveau post-mortem provenant de patients diagnostiqués avec la maladie d'Alzheimer et de 12 donneurs sans maladie d'Alzheimer (ou toute autre maladie neurologique connue). Près de 80 % des ARNm identifiés étaient complets, ce qui leur permettait d'être transcrits par les cellules réceptrices en protéines viables.
« Pour corroborer les résultats du séquençage à lecture longue dans les échantillons humains, nous avons également examiné des vésicules isolées de cellules de souris », explique la première auteure Linnea Ransom, Ph.D., boursière postdoctorale à Sanford Burnham Prebys. « Nous avons trouvé des moyennes similaires entre 78 % et 86 % de transcriptions complètes dans trois types de cellules cérébrales : les astrocytes, les microglies et les neurones. »
La microscopie électronique à transmission par coloration négative a été utilisée pour confirmer l'isolement de petites vésicules extracellulaires dans les neurones de souris (illustrés ci-dessus), ainsi que dans les astrocytes et les microglies de souris. Crédit : Le laboratoire Chun
En plus d'analyser et de valider les résultats concernant la longueur des ARNm dans les sEV cérébraux, les chercheurs ont comparé la séquence de gènes reflétée dans le transcriptome de l'ARNm du sEV. Dans les échantillons de la maladie d'Alzheimer, 700 gènes ont montré une expression accrue, tandis que près de 1 500 présentaient une activité réduite.
Les scientifiques ont déterminé que les 700 gènes régulés positivement sont associés à l'inflammation et à l'activation du système immunitaire, ce qui correspond aux schémas connus d'inflammation cérébrale présents dans les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer. Les chercheurs ont également découvert que de nombreux gènes associés à la maladie d'Alzheimer dans des études d'association antérieures à l'échelle du génome étaient également présents dans les sEV de la maladie d'Alzheimer.
« Les changements dans l'expression des gènes contenus dans ces vésicules révèlent une signature inflammatoire qui peut servir de fenêtre sur les processus pathologiques se produisant dans le cerveau à mesure que la maladie d'Alzheimer progresse », explique Chun.
Suite à cette étude, Chun et son équipe approfondiront la façon dont les cellules emballent les sEV et comment les codes d'ARNm inclus conduisent à des changements fonctionnels dans d'autres cellules cérébrales affectées par la maladie d'Alzheimer. Une meilleure compréhension des sEV et de leur contenu en ARNm pourrait permettre la découverte de biomarqueurs susceptibles d'être utilisés pour améliorer la détection précoce de la maladie d'Alzheimer et potentiellement d'autres affections neurologiques, tout en identifiant de nouveaux mécanismes pathologiques pour fournir de nouvelles cibles thérapeutiques.
« De plus, les sEV sont naturellement utilisés comme véhicules de transport de marchandises biologiquement actives entre les cellules. Il pourrait donc également être possible de les exploiter comme système de distribution ciblé pour les futures thérapies cérébrales », explique Chun.
L'étude a été financée par l'Institut national sur le vieillissement (R01AG065541 et R01AG071465), l'Institut national des sciences médicales générales (T32GM007752) et Rotary International.
