Rôle du dysfonctionnement cérébrovasculaire lié à l'hypertention artérielle dans la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer : mécanismes cellulaires et moléculaires. – VADAD

Pour créer le premier modèle de double pathologie (hypertension + maladie d’Alzheimer), nous avons implanté des mini-pompes osmotiques sous-cutanées infusant des doses hypertensives d'angiotensine II à des souris témoins et à des souris transgéniques exprimant les protéines humaines mutées précurseur de l'amyloïde et la préséniline 1. Le traitement a débuté à l'âge de 2 mois et été poursuivi jusqu'à la fin de l'expérience (4,5 ou 8 mois).
Quatre groupes expérimentaux ont été étudiés: i) souris témoins opérées de façon fictive (groupe WT); ii) souris témoins traitées par angiotensine II (groupe HT); iii) souris « Alzheimer » opérées de façon fictive (groupe AD); et iv) souris « Alzheimer » traitées par angiotensine II (groupe AD&HT). Le suivi de la pression artérielle effectué sur la souris vigile (méthode non-invasive) a montré qu'à 2 mois il n'y avait pas de différence significative de pression artérielle entre les souris témoins et les souris transgénique « Alzheimer ». L'infusion de l'angiotensine II induisait une hausse rapide, significative et durable de la pression artérielle systolique identique chez les souris témoins et chez les souris transgénique (170 mmHg contre 110 mmHg chez les souris normotendues). Les effets de ce traitement sur la vascularisation cérébrale, la charge amyloïde (nombre de plaques amyloïde dans différentes régions du cerveau, niveaux de la protéine bêta amyloïde soluble dans les extraits de cerveau et dans le plasma) et sur le comportement (test de mémoire de type épisodique) ont été analysés.

En utilisant un test de mémoire de type épisodique, nous avons montré que chez les souris AD&HT, le déficit cognitif se manifeste à un stade plus précoce (4,5 mois) que dans le modèle APPPS1 non hypertendu (8 mois). Chez les souris AD&HT, ce déficit s'accompagne d'une augmentation du nombre de plaques amyloïde corticales (+8%; P<0,05) et d'un doublement du niveau de protéine bêta amyloïde soluble dans le tissu cérébral et dans le plasma. De plus, les souris AD&HT présentent des altérations cérébrovasculaires : réduction de 25% de la densité microvasculaire, augmentation de 30-40% des dépôts amyloïde autour des microvaisseaux, ainsi qu'une diminution de l'expression du VEGF-A dans le cerveau. En revanche, les souris APPPS1 normotendues présentent une expression augmentée de VEGF et de TGFß ainsi qu’une tendance à l'augmentation de la densité microvasculaire dans le cortex, suggérant une activation du processus angiogénique qui pourrait constituer une réponse adaptative à l'hypoxie cérébrale. L'hypertension inhibe cette réponse, ce qui aggrave la pathologie Alzheimer. En outre, les niveaux de NO-synthases 1 et 3, et de nitrites / nitrates dans le tissu cérébral sont réduits chez les souris AD&HT (de 49%, 34% et 33%, respectivement, par rapport aux souris WT, P<0,05).
Nos résultats indiquent que l'hypertension artérielle accélère le développement des altérations structurelles et fonctionnelles de type Alzheimer de la souris via la réduction de la production du monoxyde d’azote et la diminution de la plasticité du système vasculaire cérébral.

Nous allons effectuer les expériences d’électrophysiologie complémentaires à notre protocole dans les 4 groupes de souris étudiés. Dans un deuxième temps, nous évaluerons les effets d’un traitement antihypertenseur sur l’évolution et la gravité de la maladie d’Alzheimer expérimentale.

Les résultats de cette première partie du travail ont été présentés lors du :
9th International Workshop «Structure and function of the vascular system«, February 6-8, 2014, Paris, France (Merkulova-Rainon T, Henrion D & Lévy BI. Arterial Hypertension and Alzheimer disease: experimental study);
5th Congress of the French Society of Angiogenesis, April 2-4 2014, Chamonix, France (Cifuentes D, Poittevin M, Bonnin P, Hilal R, Pocard M, Kubis N, Merkulova-Rainon T, Lévy BI. Hypertension reduces angiogenesis and increases amyloid load in a mouse model of Alzheimer’s disease).
Un article rapportant nos premiers résultats est en révision dans “Hypertension” (IF=6.87)
Cifuentes D, Poittevin M, Dere E, Broquères-You D, Bonnin P, Pocard M, Mariani J, Kubis N, Merkulova-Rainon T, Lévy BI. Hypertension accelerates the progression of Alzheimer-like pathology in a mouse model of the disease.

La maladie d'Alzheimer (MA) est impliquée chez 50 à 75% des patients atteints de démence et en constitue la principale cause chez les personnes âgées. Bien que le peptide bêta-amyloïde et la protéine tau anormalement phosphorylée restent au centre des recherches, l'étiologie de la MA demeure en grande partie mal définie et aucun traitement réellement efficace n’est encore disponible.
Les anomalies cérébrovasculaires, comprenant l’angiopathie amyloïde cérébrale, les altérations de la barrière hémato-encéphalique et les dysfonctions microvasculaires, sont fréquemment observées chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Ces différents facteurs aggravent la MA et pourraient contribuer au déclin cognitif des patients.
Peu de modèles animaux de la MA présentent le spectre complet du dysfonctionnement cérébrovasculaire proche du tableau clinique. L'hypertension (HTA) est un facteur de risque vasculaire majeur qui augmente de façon significative le risque de développer la MA. Nous nous proposons de mettre au point des modèles expérimentaux de MA associée à une HTA.
Nous utiliserons des souris transgéniques APPPS1 exprimant des protéines précurseur amyloïde et préséniline-1 mutées. Nous envisageons deux approches:
1) l'implantation chez les souris APPPS1 de mini-pompes osmotiques délivrant de l'angiotensine II (ANGII) à doses hypertensives
2) le croisement des souris APPPS1 et Nos3-/- (souris spontanément hypertendues en raison de l’absence d’oxyde nitrique endothélial) pour obtenir des souris bigéniques, APPPS1/NOS3-/-.
Des analyses immuno-histochimiques et biochimiques, des études du comportement (mémoire de type épisodique) et des études électrophysiologiques (LTP) seront menées pour quantifier, dans ces deux nouveaux modèles, l'aggravation attendue de la pathologie de type "Alzheimer" que nous espérons plus proche de la pathologie humaine.
Nous nous attendons à ce que l'HTA aggrave la MA de manière multifactorielle:
1) par l’apparition plus précoce des différents manifestations neuro-pathologiques
2) en accélérant et en exacerbant le processus inflammatoire cérébral, le déficit synaptique, et le déclin mnésique,
3) par l’induction, en coopération avec la pathologie de type MA, de l’angiopathie amyloïde cérébrale et d’une pathologie microvasculaire plus sévère et enfin,
4) en aggravant et accélérant les altérations de la barrière hémato-encéphalique.

Nous analyserons ensuite les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-jacents à ces effets et à l’aggravation de la MA par l’HTA. Nous évaluerons et quantifierons l'hypoxie et l'angiogenèse cérébrales, l'intégrité de l'unité neuro-vasculaire, l’expression et la signalisation du système rénine angiotensine dans le cerveau et les niveaux d’expression et d'activité des protéases cérébrales impliquées dans le cycle production/dégradation de l'A beta (en particulier les sécrétases, néprilysine et l'enzyme de conversion de l'angiotensine). Six groupes de souris seront explorés à des âges différents (3, 5 et 8 mois):

– Souris contrôle (C57Bl6)
– Souris contrôle rendues hypertendues par ANGII
– Souris hypertendues NOS3-/-
– Souris APPPS1 contrôle,
– Souris APPPS1 rendues hypertendues par ANGII, et
– Souris avec une double pathologie APPPS1/NOS3-/-

Ces études comparatives permettront, entre autres, de clarifier le potentiel thérapeutique du ciblage du système rénine angiotensine de cerveau, du dysfonctionnement cérébrovasculaire et de l'angiogenèse dans la MA et pourraient aboutir à l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans la MA.
Ce projet fait une partie d’un programme de recherche plus large de l’équipe coordonnatrice consistant à évaluer le potentiel thérapeutique des approches de thérapie cellulaires mises au point récemment par l'équipe coordinatrice. Nous utiliserons les modèles de MA associée à l’HTA, établis et caractérisées dans le cadre de cet appel à projets, pour évaluer l'efficacité de ces thérapies cellulaires dans la MA.