En basculant un seul commutateur génétique d'APOE4 à APOE2 chez des souris adultes, les chercheurs ont inversé les principaux changements cérébraux de type Alzheimer tout en révélant les compromis métaboliques que les futures thérapies ciblées sur l'APOE doivent gérer en toute sécurité.
Étude : La commutation allélique APOE4 à APOE2 chez la souris améliore les signatures métaboliques, la neuropathologie et la cognition liées à la maladie d'Alzheimer. Crédit d'image : Lightspring/Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans la revue Neurosciences naturellesun groupe de chercheurs a étudié si le changement d'apolipoprotéine E4 (APOE4) en apolipoprotéine E2 (APOE2) chez la souris adulte, améliore la pathologie cérébrale et la cognition liées à la maladie d'Alzheimer, tout en définissant également les effets lipidiques systémiques.
Sommaire
Paysage des risques génétiques des variantes de l’APOE
Une famille sur trois connaît une personne vivant avec une perte de mémoire, et la maladie d'Alzheimer à apparition tardive touche des dizaines de millions de personnes dans le monde. Le facteur de risque génétique commun le plus important est APOE: l'isoforme E4 augmente le risque jusqu'à treize fois chez les homozygotes, tandis que l'isoforme E2 diminue le risque et ralentit le déclin.
Les scientifiques ont proposé des stratégies d'édition génétique pour neutraliser APOE4 ou booster APOE2cependant, in vivo les tests de commutation du corps entier et spécifiques à certaines cellules ont été limités. Ce que les gens veulent savoir est simple : si le gène pouvait être modifié à l’âge adulte, le cerveau s’améliorerait-il réellement ?
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer l’efficacité, la sécurité et les types de cellules cibles.
Ingénierie du modèle de commutateur APOE4 vers APOE2
Les enquêteurs ont conçu une ligne de souris à « interrupteur APOE » (APOE4s2) portant un humain floxé APOE4 codant un exon suivi d'un humain APOE2. Un récepteur d'oestrogène Cre recombinase T activable par le tamoxifène (CréERT) a permis le contrôle temporel du remplacement allélique.
Commutation globale (APOE4s2G) a été obtenu en croisant avec un langage omniprésent CréERT; commutation spécifique aux astrocytes (APOE4s2A) utilisé l'aldéhyde déshydrogénase 1, membre de la famille L1 (Aldh1l1) Fusion T2 du récepteur d'œstrogène Cre recombinase pilotée par le promoteur (CréERT2) (Aldh1l1-CreERT2) pour limiter principalement le remplacement aux astrocytes du système nerveux central, bien qu'une certaine expression périphérique se soit produite.
Validation de la conversion allélique et du profilage lipidique systémique
La conversion des allèles a été validée dans le foie et le cerveau par réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) et chromatographie liquide – spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) profilage peptidique de APOE dans le cerveau et dans le plasma.
Les effets systémiques sur les lipides ont été profilés sous des régimes alimentaires normaux et occidentaux avec fractionnement lipoprotéique des lipoprotéines de très basse densité (VLDL), lipoprotéine de basse densité (LDL) et les lipoprotéines de haute densité (HDL) et le test immuno-enzymatique (ELISA) quantification de l'ApoE (protéine) et des triglycérides.
Lipidomique cérébrale et transcriptomique spécifique aux cellules
Lipidomique cérébrale utilisée de manière non ciblée LC-MS/MS et analyse pondérée du réseau de coexpression génique (WGCNA) en se concentrant sur la phosphatidylcholine (PC), la phosphatidyléthanolamine (PE), céramide (CER), et la lyso-phosphatidylcholine (LPC) espèces.
Séquençage de l'acide ribonucléique unicellulaire du cerveau entier (séquençage d'ARNc) ont défini des gènes différentiellement exprimés et des voies d'ontologie génétique à travers les astrocytes, les microglies, les oligodendrocytes, les cellules endothéliales et autres. Pour la pertinence de la maladie, APOE4s2A les souris ont été croisées avec les cinq modèles de mutations familiales de la maladie d'Alzheimer (5xFAD).
La cognition a été testée par le conditionnement de la peur et le labyrinthe aquatique de Morris. L’histopathologie a quantifié la bêta-amyloïde (Aβ 40/42), protéine acide fibrillaire gliale (GFAP), molécule adaptatrice ionisée liant le calcium 1 (ZICO1), complexe majeur d'histocompatibilité classe II (CMH-II), ApoE associée aux plaques, angiopathie amyloïde cérébrale (CAA), et la zonula occludens-1 (ZO1).
Effets de remplacement global sur les lipides et les voies cérébrales
Induction globale convertie APOE4 à APOE2 efficacement à la fois au niveau de l'ARN messager (ARNm) et les niveaux de protéines dans le foie et le cerveau, comme le démontre LC-MS/MSqui a révélé que la grande majorité des peptides ApoE détectés étaient uniques à l'ApoE2 après le changement.
Systémiquement, la commutation globale a élevé l'ApoE plasmatique et les triglycérides et a augmenté VLDL fractions, récapitulant les caractéristiques de l'hyperlipoprotéinémie de type III observées dans un sous-ensemble de APOE2 humains homozygotes. Dans le cerveau, une lipidomique non ciblée a révélé un remodelage sélectif, avec de nombreuses espèces de phosphatidylcholine et de céramides modifiées après le changement.
UN WGCNA module lipidique bleu, enrichi pour PC et PEen corrélation avec la transition de l'ApoE4 à l'ApoE2, indiquant un recâblage coordonné de la membrane et des lipides de signalisation importants pour la fonction synaptique et la communication gliale.
Changements transcriptionnels chez les adultes après l'édition APOE
ScRNA-seq a révélé qu'un changement d'un mois de APOE4 à APOE2 à l'âge adulte, les programmes de transcription cérébrale ont été modifiés dans plusieurs types de cellules, notamment les astrocytes, les oligodendrocytes, les microglies et les cellules endothéliales.
Les gènes différentiellement exprimés se chevauchaient avec les listes de la maladie d'Alzheimer à apparition tardive provenant d'ensembles de données humaines et convergeaient vers les voies du métabolisme, du contrôle redox, de la neurotransmission et du cytosquelette ou de l'intégrité vasculaire. Ces résultats démontrent que les signatures souvent attribuées à une vie APOE4 l'expression est étonnamment malléable à l'âge adulte.
Effets du remplacement de l'APOE2 restreint aux astrocytes
Les astrocytes étant la principale source d'ApoE du système nerveux central, l'équipe a testé un substitut restreint aux astrocytes provenant de APOE4 à APOE2. Tri cellulaire et qPCR a confirmé une commutation efficace et spécifique aux cellules avec un léger changement au niveau du cerveau entier, cohérent avec la prédominance des astrocytes.
La commutation des astrocytes uniquement a récapitulé de nombreux changements transcriptionnels globaux, y compris un chevauchement substantiel avec les ensembles de gènes à apparition tardive de la maladie d'Alzheimer et les termes de voies liés à la neurotransmission, au statut redox et au transport des métabolites.
Notamment, les microglies et les oligodendrocytes qui exprimaient encore APOE4 présentaient néanmoins de nombreux gènes différentiellement exprimés, indiquant des effets non autonomes sur les cellules de l'ApoE2 dérivée des astrocytes.
Résultats de commutation APOE2 dans le modèle 5xFAD
Dans le 5xFAD Dans ce modèle, le passage des astrocytes uniquement à l'ApoE2 a entraîné une amélioration du conditionnement de la peur, les souris femelles présentant de plus fortes améliorations de la mémoire contextuelle et indicative, mais avec des effets limités dans le labyrinthe aquatique de Morris. La pathologie amyloïde a diminué : la charge de plaque a diminué (avec une valeur de base plus élevée chez les femmes) et Aβ 40 et Aβ 42 par ELISA ont été réduits.
L'angiopathie amyloïde cérébrale n'a pas été réduite et la protéine des jonctions serrées ZO1 était inchangé. Gliose atténuée : GFAP et ZICO1 diminué, les microglies à réponse activée ont diminué, l'ApoE associée à la plaque a diminué et les marqueurs associés à la maladie microgliale déclenchant le récepteur exprimé sur les cellules myéloïdes 2 (TREM2) et le domaine de lectine de type C contenant 7A (CLEC7A) ont été régulés à la baisse.
Implications thérapeutiques de l'édition post-développementale de l'APOE
Remplacement post-développemental inductible de APOE4 avec APOE2 chez la souris adulte, il remodèle rapidement le métabolisme, recâble les classes lipidiques centrales aux membranes et à la signalisation, et reprogramme les transcriptomes cérébraux spécifiques à un type de cellule. La commutation restreinte aux astrocytes à elle seule diminue l'amyloïde parenchymateuse, réduit la gliose proximale de la plaque, éloigne les microglies des phénotypes activés, diminue l'ApoE associée à la plaque et améliore la mémoire associative.
Ces données suggèrent que les effets post-développementaux ciblés sur les cellules APOE l'édition pourrait modifier plusieurs voies de la maladie d'Alzheimer à la fois. La traduction nécessitera un équilibre entre les bénéfices du système nerveux central et les risques périphériques, tels que l'hyperlipoprotéinémie de type III et d'autres APOE2-troubles associés (par exemple, mélanome, dégénérescence maculaire liée à l'âge). Cela impliquera de prendre en compte les réponses spécifiques au sexe et de définir des stratégies de dose, de calendrier, de durabilité et d'administration pour une application clinique sûre et équitable.
