Dans une étude récente publiée dans Neuronedes chercheurs ont exploré les mécanismes biologiques par lesquels l’irisine induite par l’exercice atténue la pathologie bêta-amyloïde (Aβ) dans la maladie d’Alzheimer (MA).
Sommaire
Arrière-plan
La MA, une forme de démence, se caractérise par une perte de mémoire progressive et de graves troubles cognitifs. Le dépôt de protéine Aβ est une caractéristique pathologique de la MA. Il a été démontré que l’exercice physique réduit les dépôts d’Aβ et la neuroinflammation dans les modèles de souris AD. L’irisine, une hormone induite par l’exercice, régule le métabolisme des lipides et du glucose dans les tissus adipeux et augmente la dépense énergétique. Des taux d’irisine plus faibles ont été rapportés chez des patients atteints de MA et chez des modèles murins atteints de MA.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont élucidé les mécanismes sous-jacents à la réduction de l’Aβ induite par l’irisine dans la MA.
Un modèle tridimensionnel (3D) de culture de cellules cérébrales humaines de la MA avec génération robuste d’Aβ a été utilisé, suivi d’un modèle de pathologie tau (3D-AD). L’irisine a été administrée à des cellules ReN différenciées exprimant l’APP familiale liée à la MASuédois/Londres substitutions d’acides aminés (ReN-GA) ou préséniline-1 et APPSuédois/Londres substitutions d’acides aminés (ReN-mGAP) pendant deux semaines à des concentrations de 5,0 ainsi que 500 nanogrammes par ml. À partir de cultures tridimensionnelles différenciées de deux ou cinq semaines, des échantillons de milieu conditionné et de culots cellulaires (gel 3D) ont été obtenus pour analyse.
L’enzyme lactate déshydrogénase a été utilisée pour détecter la mort cellulaire ou la cytotoxicité. L’expression du facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) a été mesurée. Le Western blot a été réalisé en utilisant des anticorps 6E10 ou G12A. La stimulation calcique et l’imagerie accélérée rapide ont été utilisées pour mesurer l’activité spontanée des cellules actives dans des cultures tridimensionnelles après cinq semaines de différenciation.
Les chercheurs ont vérifié si l’irisine pouvait abaisser les niveaux d’Aβ en augmentant la phagocytose ou la dégradation enzymatique de l’Aβ. Dans des milieux conditionnés comprenant des cellules AD tridimensionnelles traitées à l’irisine, les chercheurs ont examiné les niveaux de néprilysine sécrétée (secNEP) et d’enzyme dégradant l’insuline (secIDE), qui sont des protéases libérées par les astrocytes qui peuvent réduire les niveaux d’Aβ.
L’action du sacubitril, un inhibiteur de la néprilysine, a été examinée dans des milieux conditionnés comprenant des cultures tridimensionnelles. Des cellules d’astrocytes dérivées de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (hiPSC-Astro) ont été traitées avec de l’irisine pour voir si elles étaient à l’origine de l’augmentation de la NEP sécrétée induite par l’irisine.
L’expression des sous-unités de l’intégrine αV et β5 dans les cellules ReN-mGAP et ReN-GA a été validée par spectrométrie de masse (MS) et par Western blot, respectivement. L’activité de l’intégrine β5 (ITGB5) a été réduite génétiquement dans ReN-GA et pharmacologiquement dans les cellules ReN-mGAP afin de déterminer si les récepteurs de l’intégrine αV/β5 étaient nécessaires pour que l’irisine abaisse les niveaux d’Aβ.
Dans des cellules ReN-GA traitées à l’irisine pendant cinq semaines, les chercheurs ont examiné l’expression du gène du transducteur de signal et de l’activateur de la transcription 3 (STAT3) à l’aide de marqueurs spécifiques de la réactivité des astrocytes tels que Cp, C3, la protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), un groupe de différenciation 44. (CD44), molécule d’adhésion avec domaine 2 de type Ig (Amigo2), protéine membranaire épithéliale 1 (Emp1) et membre 1 de la famille des serpines (Serping1).
Dans les cellules traitées à l’irisine, les niveaux de marqueurs de réactivité des astrocytes, de protéine B liant le calcium S100 (S100b) et de GFAP ont été mesurés. Le séquençage de l’acide ribonucléique unicellulaire (scRNA-seq) a été réalisé pour examiner les altérations du transcriptome spécifiques aux cellules induites par l’irisine,
Résultats
La myokine induite par l’exercice, l’irisine, a augmenté la production de néprilysine, ce qui a réduit la pathologie A dans la culture AD. L’intégrine αV/β5 était le récepteur de l’irisine sur les astrocytes nécessaire pour favoriser la sécrétion de néprilysine, ce qui a été obtenu en régulant négativement la signalisation kinase régulée par le signal extracellulaire (ERK) -STAT3. À des concentrations de 500 nanogrammes par ml, l’irisine a considérablement réduit les expressions Aβ-40 et 42 dans les cellules ReN-GA et les pellets cellulaires de cinq semaines.
Après cinq semaines de différenciation cellulaire, 500 nanogrammes par ml d’irisine ont diminué les expressions de Aβ-40 et 42 dans les milieux conditionnés et seulement l’expression de Aβ42 dans les pastilles ReN-mGAP, indiquant une pathologie de MA plus grave que ReN-GA.
Dans des cultures AD tridimensionnelles de cinq semaines, le traitement à l’irisine n’a pas amélioré la libération de LDH, ce qui montre que la réduction de l’Aβ induite par l’irisine ne s’est pas produite à la suite de la mort cellulaire. Au lieu de cela, il a réduit la sécrétion de LDH à 500 nanogrammes par ml dans des cellules AD tridimensionnelles de cinq semaines au moment de la perte endogène de cellules, démontrant ainsi des avantages neuroprotecteurs. L’irisine n’a montré aucun effet sur l’expression du BDNF dans les cultures AD tridimensionnelles de cinq semaines, démontrant que la baisse de l’Aβ provoquée par l’irisine n’était pas régulée par le BDNF.
L’irisine a rapidement activé les récepteurs de l’intégrine, comme en témoigne l’augmentation de la phosphorylation de la kinase d’adhésion focale phosphorylée (p-FAK) et de la protéine de liaison aux éléments de réponse AMP cyclique (CREB) dans les cultures ReN-mGAP et hiPSC-Astro. L’irisine a augmenté la signalisation des intégrines dans les cultures AD et hiPSC-Astro, sur la base des résultats. L’irisine a réduit les expressions du facteur nucléaire kappa B (NF-kB) p65, du complément C3 (C3), du récepteur C3a (C3aR) et de l’apolipoprotéine E (APOE) dans les gels de cellules ReN-GA de cinq semaines. Le traitement à l’irisine n’a pas affecté le traitement de la protéine précurseur amyloïde (APP).
Dans les cultures AD, l’irisine a diminué la quantité et la taille des neurites dystrophiques ainsi que l’hyperexcitabilité cellulaire et a augmenté les niveaux de secNEP. Le sacubitril a inhibé l’activité secNEP dans le milieu de culture tridimensionnel.
Le co-traitement à l’irisine et au sacubitril a considérablement augmenté l’expression de l’Aβ42 dans les cultures de MA, indiquant que l’irisine nécessitait une activité accrue du secNEP pour diminuer l’expression de l’Aβ42. Le traitement au La-aminoadipate (L-AAA) a réduit de manière significative l’expression de S100b et ITGB5 parmi les cellules ReN-mGAP, indiquant que ITGB5 était principalement exprimé dans les astrocytes dans le modèle 3D-AD.
La capacité de l’irisine à abaisser STAT3, C3aR et NF-kB p65 a été supprimée lorsqu’elle est combinée avec un anticorps intégrine αV/β5. L’irisine a inhibé l’expression de gènes et de protéines astrocytes réactifs. L’irisine a diminué les niveaux de STAT3 en bloquant la signalisation interleukine-6 (IL-6)/ERK, améliorant ainsi la libération de secNEP. Le traitement par inducteur A1 a diminué l’expression de la néprilysine dans les lysats cellulaires hiPSC-Astro. L’irisine a également réduit la quantité de protéine tau phosphorylée dans le corps.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que l’irisine réduisait de manière significative la pathologie Aβ en stimulant la libération astrocytaire de l’enzyme dégradant l’Aβ, la néprilysine, médiée via la régulation négative de la signalisation ERK-STAT3. Les résultats soutiennent le développement de l’irisine comme cible thérapeutique possible pour la maladie d’Alzheimer.
