Engineering artificial biomolecular condensates to study the aggregation of α-Synuclein

Ingénierie des condensats biomoléculaires artificiels pour étudier l’agrégation de l'α-synucléine Les maladies neurodégénératives, telles que les maladies d'Alzheimer, de Parkinson et de Huntington, sont des maladies incurables caractérisées par une perte progressive de neurones, entraînant des déficits cognitifs et moteurs chez les patients. Le développement de traitements efficaces est actuellement limité par notre compréhension incomplète des mécanismes à l’origine de l’initiation et de la progression de la maladie. Une caractéristique dominante observée dans les tissus affectés par les ces maladies est la présence de protéines agrégées, qui sont devenues la marque de maladies telles que la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer. Ainsi, le processus d’agrégation jouerait un rôle central dans la pathogenèse de la maladie. Cependant, les mécanismes spécifiques qui sous-tendent la transition des protéines solubles vers leur état agrégé restent insaisissables. Des recherches récentes ont proposé la séparation de phase (PS) comme étape intermédiaire critique dans la formation d'agrégats de protéines. La PS est un phénomène physique dans lequel certaines protéines subissent une transition de phase, formant des gouttelettes distinctes ayant des propriétés de liquide dans l'environnement cellulaire. Les condensats biomoléculaires sont impliqués dans divers processus physiologiques, mais sont de plus en plus supposes d’être sujets à des comportements aberrants pouvant déclencher des conditions pathologiques. Bien que prometteuse, l’étude du rôle du PS dans le contexte des maladies neurodégénératives reste une tâche difficile en raison de la composition complexe des condensats cellulaires. Ils sont constitués de dizaines, voire de centaines de biomolécules différentes, notamment des protéines, des acides nucléiques et des lipides, créant un milieu complexe qui exige des approches de recherche innovantes. Pour améliorer l'étude de la PS dans le contexte des maladies neurodégénératives, nous avons développé une méthode de formation et de dissolution contrôlées de condensats biomoléculaires enrichis en protéines impliquées dans l'agrégation pathologique. Tout d’abord, nous avons créé des condensats contenant de l’α-synucléine (α-Syn), le principal facteur pathologique de la maladie de Parkinson et d’autres pathologies. L'α-Syn est connue comme une protéine de type prion, ce qui signifie que son agrégat se propage de cellule en cellule et modèle l'agrégation de l'α-Syn cytosolique soluble, favorisant ainsi la progression de la maladie. Cependant, on sait peu de choses sur ce phénomène en ce qui concerne l’état condensé de la protéine. Pour simuler cela, nous avons exposé des cellules exprimant nos condensats α-Syn à des agrégats α-Syn préformés sous forme fibrillaire. Nous avons observé que les fibrilles déclenchaient la transition des condensats de leur état liquide à une forme agrégée ayant des propriétés solides et présentant des marqueurs biochimiques caractéristiques des amyloïdes. Cela nous a permis de proposer un modèle dans lequel la phase condensée de α-Syn accélère la propagation des agrégats pathologiques, en fournissant un pool de protéines concentrées pouvant subir plus facilement une transition amyloïde via le mécanisme de type prion. Par la suite, nous avons construit des condensats artificiels enrichis en α-Syn et la synapsine. Dans les neurones, α-Syn et la synapsine interagissent aux extrémités présynaptiques, où ils jouent un rôle important dans la libération des neurotransmetteurs en contrôlant le regroupement, le trafic et la libération de conteneurs de neurotransmetteurs appelés vésicules synaptiques. Nos condensats d'α-Syn/synapsine étaient eux également soumis à une transition liquide-solide médiée par les fibrilles d'α-Syn.