Identification of protein complexes in Alzheimer's disease

A Doença de Alzheimer (AD) é a maior doença neurodegenerativa a nível mundial, e a principal causa de demência na população idosa. O processamento da proteína precursora de amilóide (APP) pelas β- e g- secretases origina o peptídeo Aβ, que agrega em oligómeros neurotóxicos e em placas senis. Estes são eventos-chave na patogénese da DA que levam à rutura da neurotransmissão sináptica, morte neuronal e inflamação neuronal do hipocampo e córtex cerebral, causando perda de memória disfunção cognitiva geral. Apesar dos grandes avanços no conhecimento do papel do processamento da APP na DA, a sua função fisiológica ainda não foi totalmente elucidada. Os mapas de interações proteína-proteína (PPI) humanos têm desempenhado um papel importante na investigação biomédica, em particular no estudo de vias de sinalização e de doenças humanas. O método dois-híbrido em levedura (YTH) consiste numa plataforma para a produção rápida de redes de PPI em larga-escala. Neste trabalho foram realizados vários rastreios YTH com o objetivo de identificar proteínas específicas de cérebro humano que interagissem com a APP, ou com o seu domínio intracelular (AICD), tanto o tipo selvagem como com os mutantes Y687F, que mimetizam o estado desfosforilado do resíduo Tyr-687. De facto, a endocitose da APP e a produção de Aβ estão dependentes do estado de fosforilação da Tyr-687. Os rastreios YTH permitiram assim obter de redes proteínas que interagem com a APP, utilizando como “isco” a APP, APPY687F e AICDY687F. Os clones positivos foram isolados e identificados através de sequenciação do cDNA. A maior parte dos clones identificados, 118, correspondia a sequências que codificam para proteínas conhecidas, resultando em 31 proteínas distintas. A análise de proteómica funcional das proteínas identificadas neste estudo e em dois projetos anteriores (AICDY687E, que mimetiza a fosforilação, e AICD tipo selvagem), permitiram avaliar a relevância da fosforilação da Tyr-687. Três clones provenientes do rastreio YTH com a APPY687F foram identificados como um novo transcrito da proteína Fe65, resultante de splicing alternativo, a Fe65E3a (GenBank Accession: EF103274), que codifica para a isoforma p60Fe65. A p60Fe65 está enriquecida no cérebro e os seus níveis aumentam durante a diferenciação neuronal de células PC12, evidenciando o potencial papel que poderá desempenhar na patologia da DA. A RanBP9 é uma proteína nuclear e citoplasmática envolvida em diversas vias de sinalização celulares. Neste trabalho caracterizou-se a nova interação entre a RanBP9 e o AICD, que pode ser regulada pela fosforilação da Tyr-687. Adicionalmente, foi identificada uma nova interação entre a RanBP9 e a acetiltransferase de histonas Tip60. Demonstrou-se ainda que a RanBP9 tem um efeito de regulação inibitório na transcrição mediada por AICD, através da interação com a Tip60, afastando o AICD dos locais de transcrição ativos. O estudo do interactoma da APP/AICD, modelado pela fosforilação da Tyr-687, revela que a APP poderá estar envolvida em novas vias celulares, contribuindo não só para o conhecimento do papel fisiológico da APP, como também auxilia a revelar as vias que levam à agregação de Aβ e neurodegeneração. A potencial relevância deste trabalho relaciona-se com a descoberta de algumas interações proteicas/vias de sinalização que podem que podem ser relevantes para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas na DA.

Interrelation entre déficits métaboliques et neuropathologie associée à la maladie d’Alzheimer chez la souris 3xTg-AD

La maladie d’Alzheimer (MA) est la maladie neurodégénérative qui cause le plus important nombre de cas de démence. On estime que près de 15% des canadiens âgés de plus de 65 ans sont atteints de la MA. Avec le vieillissement de la population, le nombre de cas augmentera de manière substantielle dans les prochaines années. À l’heure actuelle, aucun traitement ne permet de ralentir la progression de la maladie. Pour plus de 99% des cas, ses causes exactes demeurent indéterminées. Toutefois, de nombreux facteurs de risque ont été identifiés. Parmi eux, on retrouve plusieurs facteurs liés au métabolisme énergétique dont l’obésité et le diabète de type 2 (DT2). De manière intéressante, des modifications du métabolisme, telles qu’une résistance à l’insuline centrale et périphérique, sont également observées chez les patients Alzheimer. Afin de mieux comprendre l’interaction entre le DT2 et la MA, nous avons d’abord étudié les altérations métaboliques chez la souris triple transgénique (3xTg-AD), un modèle murin de la MA. Nous avons, en premier lieu, observé une intolérance au glucose qui progresse avec l’âge, qui est plus importante chez les femelles et qui semble liée à l’accumulation du peptide beta-amyloïde (Aβ) humain dans le pancréas. Ensuite, nous avons nourri cette souris avec une diète riche en gras pour vérifier l’impact d’une aggravation des déficits métaboliques sur la pathologie Alzheimer. L’aggravation de l’intolérance au glucose chez les souris 3xTg-AD semblait liée à l’atrophie des îlots de Langerhans et, en conséquence, à une réduction de la production d’insuline en réponse à l’injection de glucose. En plus de l’aggravation des déficits métaboliques, la diète riche en gras a augmenté de manière drastique l’accumulation de la forme soluble du peptide Aβ dans le cortex et a déterioré la mémoire des souris 3xTg-AD. De manière intéressante, l’élévation du peptide Aβ et les troubles de la mémoire ont été rétablis par l’administration d’une seule dose d’insuline. Aussi, nous avons observé une augmentation du peptide Aβ dans le plasma 30 minutes à la suite de l’injection d’insuline, suggérant qu’il est possible que la baisse rapide du peptide soit en partie causée par une élévation de la clairance du peptide au cerveau. Ces résultats renforcent les évidences supportant le potentiel thérapeutique de l’insuline dans le traitement de la MA. Toutefois, les résultats chez les patients mettent en lumière l’inefficacité de l’administration intranasale d’insuline chez les porteurs de l’allèle 4 du gène de l’apolipoprotéine E (APOE4). Afin de comprendre les raisons qui expliquent cette différence de réponse à l’insuline chez les porteurs de l’APOE4, nous avons injecté des souris exprimant l’APOE3 et l’APOE4 humain avec de l’insuline dans le but de vérifier l’effet central et périphérique de l’insuline chez ces animaux. Les souris APOE4 montrent une plus importante élévation de la signalisation de l’insuline au cerveau comparativement aux souris APOE3. Cette plus haute réponse est aussi associée à une élévation plus importante de la phosphorylation de la protéine tau, un marqueur neuropathologique de la MA. En somme, ces résultats suggèrent qu’il existe un cercle vicieux entre la MA et le DT2. L’administration d’insuline a un potentiel thérapeutique intéressant pour la MA, malgré des effets limités chez les patients APOE4 en raison de son impact probable sur la phosphorylation de la protéine tau.

Inappropriate medication use in long-term care facility residents with advanced Alzheimer’s disease and other dementias

Les personnes atteintes de démence sévère, résidant dans un centre d’hébergement et de soins de longue durée (CHSLD) et approchant la fin de leur vie, ne reçoivent pas systématiquement des soins palliatifs, malgré que ce niveau de soins soit le plus approprié. La plupart de ces personnes reçoivent également un grand nombre de médicaments dont les effets indésirables peuvent contribuer à des souffrances évitables. Une approche axée sur les soins palliatifs serait possiblement associée à une réduction de la charge médicamenteuse et, du même coup, à une prescription plus appropriée. Les objectifs de ce projet de recherche étaient de décrire l’usage des médicaments chez les résidents atteints de démence sévère en CHSLD, de comparer leur usage de médicaments à des critères de pertinence et d’évaluer si la mise en œuvre d’une approche axée sur les soins palliatifs était associée aux médicaments prescrits. Cette étude décrit l’usage des médicaments chez 215 sujets atteints de démence sévère et en fin de vie qui ont participé à une étude d’intervention quasi expérimentale menée dans quatre CHSLD du Québec sur la mise en œuvre d’une approche axée sur les soins palliatifs. L’utilisation des médicaments a été comparée à trois listes de critères pertinents publiés, soit ceux de Holmes, Rancourt et Kröger, en utilisant des statistiques descriptives. Les analyses sur l’usage de 412 médicaments différents chez 120 sujets du groupe expérimental et 95 sujets du groupe témoin ont montré que cette approche axée sur les soins palliatifs n’est pas associée à une prescription plus appropriée des médicaments chez ces personnes particulièrement vulnérables.

A retrospective study of cholinesterase inhibitors for Alzheimer's disease : the effect of cerebrovascular disease on patient outcomes and the impact of biases on the results.

Introduction: La démence peut être causée par la maladie d’Alzheimer (MA), la maladie cérébrovasculaire (MCEREV), ou une combinaison des deux. Lorsque la maladie cérébrovasculaire est associée à la démence, les chances de survie sont considérées réduites. Il reste à démontrer si le traitement avec des inhibiteurs de la cholinestérase (ChEIs), qui améliore les symptômes cognitifs et la fonction globale chez les patients atteints de la MA, agit aussi sur les formes vasculaires de démence. Objectifs: La présente étude a été conçue pour déterminer si la coexistence d’une MCEREV était associée avec les chances de survie ou la durée de la période jusqu’au placement en hebergement chez les patients atteints de la MA et traités avec des ChEIs. Des études montrant de moins bons résultats chez les patients souffrant de MCEREV que chez ceux n’en souffrant pas pourrait militer contre l’utilisation des ChEIs chez les patients atteints à la fois de la MA et la MCEREV. L'objectif d'une seconde analyse était d'évaluer pour la première fois chez les patients atteints de la MA l'impact potentiel du biais de « temps-immortel » (et de suivi) sur ces résultats (mort ou placement en hebergement). Méthodes: Une étude de cohorte rétrospective a été conduite en utilisant les bases de données de la Régie de l’Assurance Maladie du Québec (RAMQ) pour examiner la durée de la période jusqu’au placement en hebergement ou jusqu’au v décès des patients atteints de la MA, âgés de 66 ans et plus, avec ou sans MCEREV, et traités avec des ChEIs entre le 1er Juillet 2000 et le 30 Juin 2003. Puisque les ChEIs sont uniquement indiquées pour la MA au Canada, chaque prescription de ChEIs a été considérée comme un diagnostic de la MA. La MCEREV concomitante a été identifié sur la base d'un diagnostic à vie d’un accident vasculaire cérébral (AVC) ou d’une endartériectomie, ou d’un diagnostic d'un accident ischémique transitoire au cours des six mois précédant la date d’entrée. Des analyses séparées ont été conduites pour les patients utilisant les ChEIs de façon persistante et pour ceux ayant interrompu la thérapie. Sept modèles de régression à risque proportionnel de Cox qui ont varié par rapport à la définition de la date d’entrée (début du suivi) et à la durée du suivi ont été utilisés pour évaluer l'impact du biais de temps-immortel. Résultats: 4,428 patients ont répondu aux critères d’inclusion pour la MA avec MCEREV; le groupe de patients souffrant seulement de la MA comptait 13,512 individus. Pour le critère d’évaluation composite considérant la durée de la période jusqu’au placement en hebergement ou jusqu’au décès, les taux de survie à 1,000 jours étaient plus faibles parmi les patients atteints de la MA avec MCEREV que parmi ceux atteints seulement de la MA (p<0.01), mais les différences absolues étaient très faibles (84% vs. 86% pour l’utilisation continue de ChEIs ; 77% vs. 78% pour la thérapie avec ChEIs interrompue). Pour les critères d’évaluation secondaires, la période jusqu’au décès était plus courte chez les patients avec la MCEREV que sans la MCEREV, mais la période jusqu’au vi placement en hebergement n’était pas différente entre les deux groupes. Dans l'analyse primaire (non-biaisée), aucune association a été trouvée entre le type de ChEI et la mort ou le placement en maison d'hébergement. Cependant, après l'introduction du biais de temps-immortel, on a observé un fort effet différentiel. Limitations: Les résultats peuvent avoir été affectés par le biais de sélection (classification impropre), par les différences entre les groupes en termes de consommation de tabac et d’indice de masse corporelle (ces informations n’étaient pas disponibles dans les bases de données de la RAMQ) et de durée de la thérapie avec les ChEIs. Conclusions: Les associations entre la coexistence d’une MCEREV et la durée de la période jusqu’au placement en hebergement ou au décès apparaissent peu pertinentes cliniquement parmi les patients atteints de la MA traités avec des ChEIs. L’absence de différence entre les patients atteints de la MA souffrant ou non de la MCEREV suggère que la coexistence d’une MCEREV ne devrait pas être une raison de refuser aux patients atteints de la MA l’accès au traitement avec des ChEIs. Le calcul des « personne-temps » non exposés dans l'analyse élimine les estimations biaisées de l'efficacité des médicaments.

A study of the polycomb group complexes in the maintenance of heterochromatic genome stability and Alzheimer's disease.

La démence d'Alzheimer est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive et irreversible des fonctions cognitives et des compétences intellectuelles. La maladie d’Alzheimer se présente sous deux formes: la forme familiale ou précoce (EOAD) qui représente 5% des cas et elle est liée à des mutations génétiques affectant le métabolisme des peptides amyloïde; et la forme tardive ou sporadique (LOAD) qui représente 95% des cas mais son étiologie est encore mal définie. Cependant, le vieillissement reste le principal facteur de risque pour développer LOAD. Les changements épigénétiques impliquant des modifications des histones jouent un rôle crucial dans les maladies neurodégénératives et le vieillissement lié à l'âge. Des données récentes ont décrit LOAD comme un désordre de l'épigénome et ont associé ce trouble à l'instabilité génomique. Les protéines Polycomb sont des modificateurs épigénétiques qui induisent le remodelage de la chromatine et la répression des gènes à l'hétérochromatine facultative. Nous rapportons que les souris hétérozygotes pour une protéine Polycomb développent avec l'âge un trouble neurologique ressemblant à LOAD caractérisé par l’altération des fonctions cognitives, la phosphorylation de la protéine tau, l'accumulation des peptides amyloïde, et le dysfonctionnement synaptique. Ce phénotype pathologique est précédé par la décondensation de l’hétérochromatine neuronale et l'activation de la réponse aux dommages à l'ADN. Parallèlement, une réduction d’expression de polycomb, malformations de l'hétérochromatine neuronale, et l'accumulation de dommages à l'ADN étaient également présents dans les cerveaux de patients LOAD. Remarquablement, les dommages de l'ADN ne sont pas distribués de façon aléatoire sur le génome mais sont enrichis au niveau des séquences répétitives. Les conclusions présentées dans cette thèse ont identifié des modifications épigénétiques spécifiques qui conduisent à une instabilité génomique aberrante menant à la formation de LOAD. Ces résultats vont aider au développement de nouveaux traitements qui peuvent potentiellement ralentir la neurodégénérescence.

Transport of cryptotanshinone, a major active triterpenoid in Salvia miltiorrhiza Bunge widely used in the treatment of stroke and Alzheimers disease, across the blood-brain

Cryptotanshinone (CTS), a major constituent from the roots of Salvia miltiorrhiza (Danshen), is widely used in the treatment of coronary heart disease, stroke and less commonly Alzheimer's disease. Our recent study indicates that CTS is a substrate for Pglycoprotein (PgP/MDR1/ABCB1). This study has investigated the nature of the brain distribution of CTS across the brain-blood barrier (BBB) using several in vitro and in vivo rodent models. A polarized transport of CTS was found in rat primary microvascular endothelial cell (RBMVEC) monolayers, with facilitated efflux from the abluminal side to luminal side. Addition of a PgP (e.g. verapamil and quinidine) or multi-drug resistance protein 1/2 (MRP1/2) inhibitor (e.g. probenecid and MK-571) in both luminal and abluminal sides attenuated the polarized transport. In a bilateral in situ brain perfusion model, the uptake of CTS into the cerebrum increased from 0.52 ± 0.1% at 1 min to 11.13 ± 2.36 ml/100 g tissue at 30 min and was significantly greater than that of sucrose. Co-perfusion of a PgP/MDR1 (e.g. verapamil) or MRP1/2 inhibitor (e.g. probenecid) significantly increased the brain distribution of CTS by 35.1-163.6%. The brain levels of CTS were only about 21% of those in plasma, and were significantly increased when coadministered with verapamil or probenecid in rats. The brain levels of CTS in rats subjected to middle cerebral artery occlusion and rats treated with quinolinic acid (a neurotoxin) were about 2- to 2.5-fold higher than the control rats. Moreover, the brain levels in mdr1a(-/-) and mrp1(-/-) mice were 10.9- and 1.5-fold higher than those in the wild-type mice, respectively. Taken collectively, these findings indicate that PgP and Mrp1 limit the brain penetration of CTS in rodents, suggesting a possible role of PgP and MRP1 in limiting the brain penetration of CTS in patients and causing drug resistance to Danshen therapy and interactions with conventional drugs that are substrates of PgP and MRP1. Further studies are needed to explore the role of other drug transporters in restricting the brain penetration of CTS and the clinical relevance.

Balance, executive functions and falls in elderly with Alzheimer's disease (AD): A longitudinal study

Elderly individuals with AD are more susceptible to falls, which might be associated with decrements in their executive functions and balance, among other things. We aimed to analyze the effects of a program of dual task physical activity on falls, executive functions and balance of elderly individuals with AD. We studied 21 elderly with probable AD, allocated to two groups: the training group (TG), with 10 elderly who participated in a program of dual task physical activity; and the control group (CG), with 11 elderly who were not engaged in regular practice of physical activity. The Clock Drawing Test (CDT) and the Frontal Assessment Battery (FAB) were used in the assessment of the executive functions, while the Berg Balance Scale (BBS) and the Timed Up-and-Go (TUG)-test evaluated balance. The number of falls was obtained by means of a questionnaire. We observed a better performance of the TG as regards balance and executive functions. Moreover, the lower the number of steps in the TUG scale, the higher the scores in the CDT, and in the FAB. The practice of regular physical activity with dual task seems to have contributed to the maintenance and improvement of the motor and cognitive functions of the elderly with AD. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Neuroprotective activity of guanosine in an in vitro model of Alzheimer's disease

The β-Amyloid (βA) peptide is the major component of senile plaques that are one of the hallmarks of Alzheimer’s Disease (AD). It is well recognized that Aβ exists in multiple assembly states, such as soluble oligomers or insoluble fibrils, which affect neuronal viability and may contribute to disease progression. In particular, common βA-neurotoxic mechanisms are Ca2+ dyshomeostasis, reactive oxygen species (ROS) formation, altered signaling, mitochondrial dysfunction and neuronal death such as necrosis and apoptosis. Recent study shows that the ubiquitin-proteasome pathway play a crucial role in the degradation of short-lived and regulatory proteins that are important in a variety of basic and pathological cellular processes including apoptosis. Guanosine (Guo) is a purine nucleoside present extracellularly in brain that shows a spectrum of biological activities, both under physiological and pathological conditions. Recently it has become recognized that both neurons and glia also release guanine-based purines. However, the role of Guo in AD is still not well established. In this study, we investigated the machanism basis of neuroprotective effects of GUO against Aβ peptide-induced toxicity in neuronal (SH-SY5Y), in terms of mitochondrial dysfunction and translocation of phosphatidylserine (PS), a marker of apoptosis, using MTT and Annexin-V assay, respectively. In particular, treatment of SH-SY5Y cells with GUO (12,5-75 μM) in presence of monomeric βA25-35 (neurotoxic core of Aβ), oligomeric and fibrillar βA1-42 peptides showed a strong dose-dependent inhibitory effects on βA-induced toxic events. The maximum inhibition of mitochondrial function loss and PS translocation was observed with 75 μM of Guo. Subsequently, to investigate whether neuroprotection of Guo can be ascribed to its ability to modulate proteasome activity levels, we used lactacystin, a specific inhibitor of proteasome. We found that the antiapoptotic effects of Guo were completely abolished by lactacystin. To rule out the possibility that this effects resulted from an increase in proteasome activity by Guo, the chymotrypsin-like activity was assessed employing the fluorogenic substrate Z-LLL-AMC. The treatment of SH-SY5Y with Guo (75 μM for 0-6 h) induced a strong increase, in a time-dependent manner, of proteasome activity. In parallel, no increase of ubiquitinated protein levels was observed at similar experimental conditions adopted. We then evaluated an involvement of anti and pro-apoptotic proteins such as Bcl-2, Bad and Bax by western blot analysis. Interestingly, Bax levels decreased after 2 h treatment of SH-SY5Y with Guo. Taken together, these results demonstrate that Guo neuroprotective effects against βA-induced apoptosis are mediated, at least partly, via proteasome activation. In particular, these findings suggest a novel neuroprotective pathway mediated by Guo, which involves a rapid degradation of pro-apoptotic proteins by the proteasome. In conclusion, the present data, raise the possibility that Guo could be used as an agent for the treatment of AD.

Multi-target-directed ligands: application to the Alzheimer's disease

The MTDL (multi-target-directed ligand) design strategy is used to develop single chemical entities that are able to simultaneously modulate multiple targets. The development of such compounds might disclose new avenues for the treatment of a variety of pathologies (e.g. cancer, AIDS, neurodegenerative diseases), for which an effective cure is urgently needed. This strategy has been successfully applied to Alzheimer’s disease (AD) due to its multifactorial nature, involving cholinergic dysfunction, amyloid aggregation, and oxidative stress. Despite many biological entities have been recognized as possible AD-relevant, only four achetylcholinesterase inhibitors (AChEIs) and one NMDA receptor antagonist are used in therapy. Unfortunately, such compounds are not disease-modifying agents behaving only as cognition enhancers. Therefore, MTDL strategy is emerging as a powerful drug design paradigm: pharmacophores of different drugs are combined in the same structure to afford hybrid molecules. In principle, each pharmacophore of these new drugs should retain the ability to interact with its specific site(s) on the target and, consequently, to produce specific pharmacological responses that, taken together, should slow or block the neurodegenerative process. To this end, the design and synthesis of several examples of MTDLs for combating neurodegenerative diseases have been published. This seems to be the more appropriate approach for addressing the complexity of AD and may provide new drugs for tackling the multifactorial nature of AD, and hopefully stopping its progression. According to this emerging strategy, in this work thesis different classes of new molecular structures, based on the MTDL approach, have been developed. Moreover, curcumin and its constrained analogs have currently received remarkable interest as they have a unique conjugated structure which shows a pleiotropic profile that we considered a suitable framework in developing MTDLs. In fact, beside the well-known direct antioxidant activity, curcumin displays a wide range of biological properties including anti-inflammatory and anti-amyloidogenic activities and an indirect antioxidant action through activation of the cytoprotective enzyme heme oxygenase (HO-1). Thus, since many lines of evidence suggest that oxidative stess and mitochondria impairment have a cental role in age-related neurodegenerative diseases such as AD, we designed mitochondria-targeted antioxidants by connecting curcumin analogs to different polyamine chains that, with the aid of electrostatic force, might drive the selected antioxidant moiety into mitochondria.