Modèles uniques de glycosylation des plaques et des microglies dans la maladie d’Alzheimer

Contexte de l’étude

La maladie d’Alzheimer (MA) est le type de démence le plus courant et une maladie neurodégénérative dévastatrice. Les caractéristiques de la MA incluent deux manifestations pathologiques : les plaques de protéine β-amyloïde (Aβ) extracellulaire et les enchevêtrements neurofibrillaires (NFTs) intraneuronaux de protéine Tau phosphorylée. La dysrégulation des microglies est également une caractéristique clé de la pathologie de la MA. Normalement, les microglies élaguent les synapses, surveillent les menaces à l’homéostasie cérébrale et éliminent les débris cellulaires. Cependant, dans la MA, les microglies réagissent aux agrégats pathologiques, modifiant la phagocytose et la sécrétion de cytokines, ce qui peut avoir des effets à la fois positifs et négatifs sur la neuropathologie.

Objectif de l’étude

Cette étude vise à utiliser une nouvelle technique histologique combinatoire pour décrire le paysage glycosylé, modifié par l’acide sialique (AS) O-et N-lié, dans le tissu cérébral de patients diagnostiqués post-mortem avec la MA. Les glycoconjugués modifiés par l’acide sialique (glycanes sialylés) jouent un rôle important dans les interactions intercellulaires, la migration cellulaire, l’adhésion cellulaire, la régulation immunitaire et l’excitabilité membranaire. Bien que des changements dans la sialylation aient déjà été observés dans la MA, la résolution spatiale limitée des méthodes conventionnelles laisse encore beaucoup d’inconnues quant à la localisation de ces modifications par l’acide sialique dans les cellules ou les glycoconjugués associés aux agrégats.

Origine de l’étude

Les auteurs de cet article incluent Caitlyn Fastenau, Madison Bunce, Mallory Keating, Jessica Wickline, Sarah C. Hopp et Kevin F. Bieniek, affiliés aux départements de pharmacologie et de pathologie et médecine de laboratoire de l’Université du Texas Health Science Center à San Antonio, ainsi qu’à l’Institut de Recherche sur la Maladie d’Alzheimer et les Maladies Neurodégénératives Glenn Biggs. Cet article a été publié en 2024 dans la revue «Brain Pathology».

Méthodes de l’étude

Acquisition et traitement du tissu cérébral humain

Dix cerveaux autopsiés provenant de l’Institut Glenn Biggs de l’Université du Texas Health Science Center à San Antonio ont été sélectionnés pour cette étude. Ces cas ont été diagnostiqués post-mortem avec la MA, incluant des scores combinés de changements pathologiques élevés (n=7), modérés (n=1) et faibles (n=2). Tous les patients présentaient des signes de MA de leur vivant.

L’hémisphère gauche a été fixé dans du formol tamponné neutre à 10 % pendant au moins un mois, puis sectionné coronariennement pendant 28 heures et inclus en blocs de paraffine. Les sections comprenaient des échantillons du gyrus frontal moyen, de l’hippocampe et du cervelet, avec une épaisseur de coupe de 5 μm. Des coupes sérielles et des colorations histologiques ont ensuite été réalisées.

Immunohistochimie et coloration en champ clair spécifique

Une série de colorations histologiques et immunohistochimiques a été utilisée pour visualiser les plaques Aβ, les microglies et la protéine Tau phosphorylée, ainsi que les modifications par l’acide sialique. Ces colorations incluent une double coloration chromogénique spécifique pour détecter les α-2,6 N-sialylations et les O-sialylations.

Les étapes spécifiques comprenaient la déparaffinisation des coupes de tissu, la récupération des antigènes par chauffage, l’incubation avec les anticorps primaires et secondaires correspondants, la formation de colorants chromogènes, ainsi que la coloration au bleu de Nil et le montage des lames. Une quantification numérique pathologique a été utilisée pour évaluer la quantité et la distribution des glycoconjugués sialylés dans les différentes zones cérébrales.

Analyse des données

Les images d’immunohistochimie en champ clair ont été acquises à l’aide du scanner de lames Leica Aperio AT2 et traitées avec le logiciel Aperio ImageScope. Ces images ont été comparées au tissu de contrôle positif pour valider l’algorithme de dévolution des couleurs. L’analyse quantitative pathologique nécessitait l’alignement des coupes sérielles pour garantir que chaque zone d’intérêt (ROI) soit située au même emplacement sur toutes les cinq coupes. Les ROIs étaient placées dans le gyrus frontal moyen, le CA1 de l’hippocampe et la couche moléculaire du cervelet. Lorsque la ROI était située sur une plaque Aβ, une comparaison a été effectuée avec une zone adjacente sans pathologie Aβ (contrôle interne).

Double coloration par fluorescence

Pour mieux comprendre le rôle des microglies α-2,6 N-sialylées, une double coloration par immunofluorescence avec le marqueur CD163 des microglies associées aux plaques a été réalisée, suivie par des techniques d’imagerie à très haute résolution pour une analyse plus approfondie.

Résultats principaux

Augmentation significative de l’α-2,6 N-sialylation dans les plaques Aβ

L’étude a révélé que le pourcentage moyen de surface α-2,6 N-sialylée était significativement plus élevé dans l’environnement des plaques par rapport aux régions non-plaque, avec des différences notables selon les zones cérébrales. Le gyrus frontal moyen et l’hippocampe présentaient des niveaux d’α-2,6 N-sialylation significativement plus élevés dans les régions de plaques par rapport aux régions sans plaques.

Absence de différence significative dans l’O-sialylation

Concernant les modifications O-sialylées neutres et sulfatées, bien que certaines augmentations aient été observées dans les sous-types de régions de plaques, les différences globales n’étaient pas significatives. Cela indique une association plus faible entre les O-sialylations dans les différentes régions cérébrales et la pathologie de MA.

α-2,6 N-sialylation des microglies

L’analyse plus approfondie a montré qu’environ 65 % des microglies présentaient une α-2,6 N-sialylation élevée dans les plaques Aβ. De même, les cas avec des niveaux élevés de pathologie MA présentaient un nombre significativement accru de microglies sialylées dans les régions de plaques par rapport aux cas avec des niveaux faibles de pathologie.

Modèles de glycosylation des plaques denses et diffuses

L’étude des morphologies des plaques denses et diffuses a révélé que bien qu’aucune différence significative ne soit observée, la sialylation α-2,6 N des microglies autour des plaques denses pourrait jouer un rôle potentiel dans la compacité des plaques.

Sialylation dans la pathologie Tau

L’étude a également exploré la relation entre la sialylation et la pathologie Tau phosphorylée, révélant que bien que la région CA2 de l’hippocampe présentait des niveaux élevés de pathologie Tau, l’augmentation de l’α-2,6 N-sialylation n’était pas significative, et aucune corrélation significative entre la sialylation et la Tau phosphorylée n’a été observée.

Conclusions importantes et valeur

Dans l’ensemble, cette étude a systématiquement localisé et quantifié pour la première fois les modifications par l’acide sialique N- et O-liées dans les tissus cérébraux de la MA en utilisant des méthodes histologiques innovantes. Elle démontre une augmentation significative de la sialylation N-liée dans les microglies et les environnements lésionnels dans la MA. Cette augmentation pourrait constituer une cible thérapeutique potentielle pour les agrégats protéiques de la MA, et suggère des perspectives de recherche fonctionnelle sur les microglies α-2,6 N-sialylées dans la pathologie de la MA.

Points forts de l’étude

1. Méthodes et techniques innovantes : Utilisation de techniques histologiques améliorées combinées à la pathologie numérique quantitative pour localiser avec précision la sialylation.
2. Découvertes importantes : Identification d’une augmentation significative de la sialylation α-2,6 N des microglies associées aux plaques, indiquant leur importance dans la réponse à la pathologie MA.
3. Cible thérapeutique potentielle : Les résultats fournissent une nouvelle direction pour des stratégies thérapeutiques, notamment l’intervention ciblée sur la glycosylation des microglies.

Informations supplémentaires

La recherche a été soutenue par plusieurs subventions des Instituts Nationaux de la Santé des États-Unis et de l’Alliance de Recherche et des Soins pour Alzheimer du Texas. Tous les résultats sont basés sur les données de la plate-forme AGORA, créée par l’alliance AMP-AD pour soutenir la découverte de cibles pour la MA. Les données sont accessibles sur DOi:10.57718/agora-adknowledgeportal.

Les auteurs expriment leur gratitude aux donneurs de cerveau et à leurs familles du Centre de Recherche sur la Maladie d’Alzheimer de South Texas de l’Université du Texas Health Science Center. Toutes les données des ensembles de données utilisés dans cet article sont incluses dans les données complémentaires, conformément aux normes de révision du comité d’éthique.

Cette recherche fournit des données précieuses pour une compréhension approfondie des stratégies de réponse des microglies dans la MA, ainsi que des modifications de la glycosylation, et favorise l’exploration des cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement de la MA.