5 L’induction de l’autophagie pour promouvoir la survie neuronale
L’inhibition chronique de l’autophagie accélère le rythme du vieillissement ; il est donc tentant de spéculer que l’autophagie soutenue peut préserver de la sénescence cellulaire. Il n’est pas surprenant que des preuves de plus en plus nombreuses suggèrent que l’induction pharmacologique de l’autophagie pourrait être une approche thérapeutique potentielle pour un certain nombre de troubles neurodégénératifs.106 Il faut toutefois tenir compte de la possibilité que l’activation prolongée de l’autophagie puisse entraîner une digestion délétère des organelles, des composants cellulaires critiques et l’auto-alimentation des cellules. Ces doutes ont été quelque peu levés par des données récentes provenant d’une série de systèmes expérimentaux. En fait, on a découvert que l’autophagie est assez sélective pour éliminer les agrégats de protéines plutôt que les éléments cellulaires sains. Les agrégats de protéines ainsi que l’ensemble du mécanisme nécessaire au maintien de l’autophagie sont confinés à la région péricentriolaire dans un processus nécessitant le cytosquelette des microtubules et la désacétylase HDAC6.78 L’activation thérapeutique de l’autophagie repose sur une compréhension approfondie et une manipulation précise des voies de signalisation en amont qui régulent ce processus. Le régulateur principal de l’autophagie est la concentration intracellulaire et extracellulaire d’acides aminés. La protéine kinase EIF2AK4 est activée par les ARNt vides et surveille ainsi le niveau d’acides aminés disponibles. L’activation d’EIF2AK4 déclenche l’autophagie en catalysant la phosphorylation du facteur d’initiation eIFα2.107 La teneur extracellulaire en nutriments essentiels tels que les acides aminés est plutôt surveillée par un récepteur transmembranaire non encore défini108 qui pourrait contrôler mTOR. mTOR intègre un certain nombre de voies de signalisation, telles que l’insuline et les facteurs de croissance, le calcium intracellulaire et l’inositol.109 Le statut énergétique, en particulier le niveau de glucose et de lipides, est également surveillé par l’AMPK. L’AMPK est une sérine et/ou une thréonine kinase qui est déclenchée par une augmentation du niveau d’AMP/diminution du niveau d’ATP. Plus précisément, l’AMPK est activée par la liaison de l’AMP ainsi que par la phosphorylation sur Thr172 par LKB1.110 L’AMPK inhibe mTOR, induisant ainsi l’autophagie. Les protéines p53 sont également impliquées dans la modulation de l’autophagie : alors que la p53 cytosolique bloque l’autophagie,111 la p53 transloquée au niveau nucléaire la déclenche.112 En particulier, la p53 inhibe l’activité de mTOR via l’induction de l’AMPK. Enfin, la présence d’agrégats de protéines intracellulaires peut directement induire l’autophagie.113 On ne sait toujours pas lesquelles de ces cascades de signalisation sont impliquées de manière centrale dans les maladies neurodégénératives. La rapamycine et ses analogues dérivés, les rapalogues, induisent l’autophagie via l’inhibition de mTORC1.114 En particulier, dans les systèmes mammifères, la rapamycine inhibe spécifiquement mTORC1, abolissant ainsi l’activité kinase de mTOR.115 Plusieurs résultats expérimentaux indépendants démontrent que les rapalogues protègent les cellules de l’impact cytotoxique des espèces huntingtine et alpha synucléine.116 De plus, les rapalogues réduisent la neurodégénérescence et augmentent la survie dans des modèles animaux de la maladie de Huntington et de l’ataxie spinocérébelleuse.117,118 Pour soutenir davantage le rôle protecteur de l’autophagie, l’activité prosurvivante de la rapamycine et des rapalogues a été perdue dans un modèle cellulaire de la maladie lors de l’inhibition de l’autophagie par le 3-MA.119,120 Il a été démontré que l’induction de l’autophagie favorise la survie des neurones dopaminergiques dans plusieurs modèles de la maladie de Parkinson. La surexpression de la bécline 1 a réduit la mort neuronale dans un modèle de la MP chez les rongeurs. Plus précisément, la surexpression de la bécline 1 par injection stéréotaxique dans le cortex temporal et l’hippocampe de souris surexprimant l’alpha-synucléine a activé l’autophagie, réduit l’accumulation d’alpha-synucléine et amélioré la pathologie neuronale.121 En favorisant l’élimination des agrégats de protéines et des mitochondries endommagées, l’autophagie pourrait atténuer le stress oxydatif. Par exemple, la rapamycine réduit fortement non seulement l’accumulation d’agrégats polyubiquitinés, mais aussi la mort neuronale chez les rats exposés à la roténone.122 Bien que la rapamycine soit déjà utilisée en clinique (par exemple, en oncologie), elle a des effets secondaires délétères sur la fonction pulmonaire et le système immunitaire. Pour limiter les éventuels effets secondaires de la rapamycine sur les cellules B et T et pour réduire le stress oxydatif dans les neurones dopaminergiques, il a été proposé de combiner de faibles doses de rapamycine ou d’analogues avec des antioxydants. Cependant, des preuves solides indiquent que des niveaux basaux de stress oxydatif (en particulier les espèces superoxyde) sont nécessaires pour induire une réponse autophagique. En particulier, l’administration simultanée d’antioxydants thiol ou non thiol tels que la N-acétyl cystéine ou la vitamine E a non seulement bloqué l’action proautophagique de la rapamycine dans les neurones primaires, mais a également altéré l’autophagie basale et précipité la formation de dépôts toxiques d’alpha synucléine123. Des résultats comparables ont été rapportés lors du traitement avec différentes molécules antioxydantes telles que le tocophérol et l’acide lipoïque.124,125 Ces résultats ont une pertinence clinique : en effet, plusieurs composés ayant des capacités antioxydantes putatives ou prédites sont couramment utilisés dans la population saine. Si l’on considère que plus de 60 % des patients atteints de maladies neurologiques, notamment les maladies de Huntington et de Parkinson, prennent de tels suppléments126,127, il est urgent d’approfondir les connaissances sur le dialogue entre l’autophagie et le stress oxydatif. Les efforts pour développer des composés cliniquement pertinents bénéficieraient d’agents capables de tamponner le stress oxydatif sans altérer l’autophagie. En fait, certains composés d’origine naturelle, comme le resvératrol, le kaempférol, la quercétine et la curcumine128, présentent ces propriétés. Par exemple, la curcumine, un composé obtenu à partir de l’épice cumin (dérivé de Cuminum cyminum), inhibe mTOR, active l’autophagie et favorise la clairance des agrégats A53T. En outre, des études indépendantes ont démontré que certaines fonctions de mTORC1 échappent à l’inhibition de la rapamycine. Compte tenu de ces limitations, ainsi que des propriétés pharmacocinétiques sous-optimales telles qu’une faible biodisponibilité, des stratégies pharmacologiques alternatives ont été recherchées. Un certain nombre de petites molécules ont maintenant été identifiées qui abolissent l’activité de la kinase mTOR en entrant en compétition avec l’ATP pour la poche de liaison de mTOR.129 Des composés tels que PP242, Torin1, WYE-354 et Ku-0063794 inhibent à la fois l’activité de mTORC1 et de mTORC2 et sont plus efficaces et sélectifs que la rapamycine en termes d’induction d’autophagie.130,131 En outre, un complexe macromoléculaire composé de la becline 1, de la PI3K, de l’UVRAG et de l’AMBRA1 est nécessaire pour permettre la formation d’autophagosomes et la liaison et le clivage ultérieurs de LC3 à la membrane du phagosome. Plusieurs molécules régulent à la fois mTORC1 et PI3K, comme PI-103 et NVPBEZ235. Ces composés sont plus efficaces que les agents ciblant soit mTOR, soit PI3K.132 Récemment, il a été découvert que la metformine (N, N-diméthylbiguanide), un biguanide utilisé comme thérapie dans le diabète, entrave la prolifération des cellules de lymphome via l’activation de l’AMPK.133 Ainsi, la metformine peut apparaître comme un agent inducteur d’autophagie prometteur. D’autres médicaments déjà utilisés en clinique se sont révélés capables d’induire l’autophagie. Le lithium, un agent stabilisateur de l’humeur agissant sur plusieurs voies, dont l’inositol et la GSK3B, favorise l’élimination des agrégats de huntigtine dans des modèles de MH via l’induction de l’autophagie indépendante de mTOR.134,135 Il est intéressant de noter qu’un régime pharmacologique comprenant du valproate et du lithium a protégé les neurones de l’agression par le MPTP dans un modèle de MP chez le rongeur via l’autophagie.136-138 Enfin, des preuves de plus en plus nombreuses suggèrent l’application thérapeutique potentielle du tréhalose. Le tréhalose est un disaccharide présent dans un certain nombre d’organismes différents, des bactéries aux plantes, mais il n’est pas synthétisé chez les mammifères. Par exemple, c’est le principal sucre présent dans l’hémolymphe des invertébrés. Différentes sources alimentaires humaines contiennent une quantité significative de tréhalose (champignons et miel, entre autres). Le tréhalose possède de nombreuses propriétés intéressantes : il protège les cellules des températures élevées ou basses, de l’absence d’eau et du stress oxydatif.139 Le tréhalose est une molécule importante pour les applications industrielles et médicales. Le tréhalose est une molécule importante pour les applications industrielles et médicales. Ces applications comprennent l’utilisation comme additif alimentaire pour augmenter le goût sucré et favoriser la conservation par lyophilisation. Le tréhalose est également inclus dans les préparations d’anticorps pour les stabiliser pendant la congélation ou la dessiccation.140 De nombreux effets bénéfiques du tréhalose découlent de son action chaperonne sur les protéines.141 Par exemple, le tréhalose prévient le dépôt amyloïde dans un modèle de la maladie d’Alzheimer,142 ainsi que l’agrégation protéique médiée par la polyglutamine in vitro et dans des modèles murins de HD.143 Le tréhalose réduit avec succès l’agrégation protéique dans des modèles murins de la MP144 et abolit la toxicité de l’alpha-synucléine.145-147 Des études récentes ont montré que le tréhalose augmente le nombre d’autophagosomes et favorise la mitophagie par un mécanisme non encore élucidé. Apparemment, le tréhalose agit indépendamment de la voie mTOR et augmente la quantité de médiateurs proautophagiques tels que la bécline 1, Atg12, Atg7 ou Atg5.146 Le tréhalose ne passe pas librement à travers les membranes cellulaires mais est absorbé dans les cellules de mammifères par endocytose et pinocytose.106 Une question cruciale est représentée par la pharmacocinétique du tréhalose dans le corps humain. De manière intrigante, bien que les vertébrés ne possèdent pas de gènes de biosynthèse du tréhalose, ils expriment la tréhalase, une enzyme qui hydrolyse efficacement le tréhalose en deux monomères de glucose.148 Ainsi, lors de l’ingestion, le tréhalose est rapidement dégradé. La tréhalase est exprimée sous la forme d’une glycoprotéine à ancrage GPI sur la membrane de la muqueuse intestinale microvillositaire et de la bordure en brosse rénale.149 Chez l’homme, on pense que la tréhalase intestinale est la principale enzyme métabolisant le tréhalose. La tréhalase intestinale catalyse la dégradation rapide du tréhalose alimentaire à tel point que le tréhalose ne se retrouve pas dans la circulation sanguine, pas même à des niveaux transitoires ou faibles. Malgré cela, le tréhalose dans l’eau potable a induit l’autophagie et réduit l’accumulation de protéines dans le SNC et dans le phénotype moteur amélioré dans plusieurs modèles différents de souris de la MP.144,146,150 Cette preuve suggère que le métabolisme du tréhalose est moins efficace chez les souris. Aucun effet secondaire n’a été signalé dans les études de phase I au cours desquelles les patients ont été exposés à des doses croissantes de tréhalose.151 Cependant, il convient de noter que les altérations de l’activité de la tréhalase entraînent des problèmes digestifs. En effet, les sujets déficients en activité tréhalase présentent une forte intolérance au tréhalose et manifestent des douleurs abdominales diarrhées.152 Quoi qu’il en soit, compte tenu des effets protecteurs complémentaires du tréhalose dans plusieurs modèles in vivo et in vitro de protéinopathies, le tréhalose est un traitement prometteur dans les maladies neurodégénératives, dont la maladie de Parkinson.