Des chercheurs du groupe d’excellence CECAD pour la recherche sur le vieillissement de l’université de Cologne et du groupe d’excellence CEPLAS pour les sciences végétales ont découvert une approche prometteuse de la biologie végétale synthétique pour le développement d’une thérapie destinée à traiter les maladies neurodégénératives humaines, en particulier la maladie de Huntington. Dans leur publication « L’expression in-planta du fragment de huntingtine expansé polyQ humain révèle des mécanismes pour prévenir l’agrégation des protéines liées à la maladie » dans Mother nature Getting old, ils ont montré qu’une enzyme synthétique dérivée de plantes — la peptidase de traitement stromal (SPP) — réduit la agglomération de protéines responsables des changements pathologiques dans les modèles de maladie de Huntington dans les cellules humaines et le nématode Caenorhabditis elegans.
La maladie de Huntington fait partie des maladies dites polyglutamines (polyQ), un groupe de difficulties neurodégénératifs provoqués par de multiples répétitions d’acides aminés glutamines dans des protéines spécifiques. Un nombre excessif de répétitions polyQ peut provoquer l’agrégation ou l’accumulation de protéines dans des dépôts protéiques nocifs et dommageables, entraînant un dysfonctionnement cellulaire et la mort. À ce jour, neuf troubles polyQ ont été décrits chez l’homme. Ils restent tous incurables. Parmi elles, la maladie de Huntington est une maladie héréditaire qui provoque une détérioration généralisée du cerveau et perturbe la pensée, le comportement, les émotions et les mouvements.
Les plantes sont immunisées contre l’agrégation nocive des protéines
Dans leur étude récente, le professeur David Vilchez (CECAD) et le Dr Ernesto Llamas (CEPLAS) ont suivi une approche non conventionnelle pour trouver des médicaments potentiels pour traiter les maladies polyQ comme la maladie de Huntington. Les plantes sont constamment mises à l’épreuve par l’environnement, mais elles ne peuvent pas bouger pour échapper à ces situations. Cependant, les plantes possèdent une remarquable résilience au strain qui leur permet de vivre longtemps. Contrairement aux humains qui souffrent de protéinopathies causées par l’agrégation toxique ou un amas de protéines, les plantes ne souffrent pas de ce style de maladies. Ils expriment des centaines de protéines contenant des répétitions polyQ, mais aucune pathologie due à ces facteurs n’a été rapportée. Pour explorer remark les plantes gèrent l’agrégation des protéines toxiques, le Dr Ernesto Llamas, leading auteur de l’étude, et ses collègues ont introduit la protéine mutante toxique huntingtine dans les plantes, qui provoque la mort cellulaire des neurones humains. Contrairement aux modèles animaux et humains, ils ont constaté que les plantes d’Arabidopsis thaliana éliminaient activement les amas de protéines huntingtine et évitaient les effets nocifs.
Grâce à la biologie synthétique, les scientifiques ont ensuite transféré la capacité des plantes à éviter l’agrégation dans des cellules humaines cultivées et des modèles animaux de la maladie de Huntington. Leur espoir est que l’utilisation de protéines végétales puisse conduire à de nouvelles approches thérapeutiques pour traiter la maladie de Huntington et d’autres maladies neurodégénératives.
« Nous avons été surpris de voir des plantes complètement saines, même si elles produisaient génétiquement la protéine humaine toxique. L’expression de la huntingtine mutante dans d’autres modèles de recherche comme les cellules humaines cultivées, les souris et les vers nématodes induit des effets néfastes et des symptômes de maladie », a déclaré David Vilchez.
Les protéines végétales atténuent les symptômes des cellules humaines et des nématodes
L’étape suivante consistait à découvrir comment les plantes évitaient l’agrégation toxique de la huntingtine mutante. En effet, les scientifiques ont découvert que les chloroplastes, les organites spécifiques aux plantes qui effectuent la photosynthèse, étaient la raison pour laquelle les plantes ne présentent pas de dépôts de protéines toxiques. Les lamas ont déclaré : « Contrairement aux humains, les plantes possèdent des chloroplastes, un sort d’organite extracellulaire qui pourrait fournir une machinerie moléculaire élargie pour se débarrasser des agrégats de protéines toxiques. »
L’équipe multidisciplinaire a identifié la protéine végétale chloroplastique SPP comme la raison pour laquelle les plantes ne sont pas affectées par la protéine humaine problématique. La production de la plante SPP dans des modèles de la maladie de Huntington, tels que des cellules humaines cultivées et des vers comme le nématode C. elegans, a réduit les amas de protéines et les symptômes de la maladie. « Nous avons été ravis d’observer que l’expression de la protéine végétale SPP a amélioré la motilité des vers C. elegans affectés par la huntingtine, même à des stades de vieillissement ultérieurs, où les symptômes sont encore pires », a déclaré le Dr Hyun Ju Lee, postdoctorant également impliqué dans l’étude. Les résultats ouvrent ainsi la porte à la possibilité de tester le SPP comme traitement potentiel de la maladie de Huntington.
Les plantes comme modèles pour la recherche sur le vieillissement
Llamas est convaincu que la recherche sur les plantes peut apporter une contribution significative au traitement des maladies humaines. « Beaucoup de gens ne remarquent pas que les plantes peuvent persister dans des conditions environnementales variables et extrêmes qui provoquent l’agrégation des protéines. Je crois que les mécanismes moléculaires des plantes sont la clé de la découverte de nouveaux médicaments capables de prévenir les maladies humaines. Nous oublions généralement que certaines plantes peuvent vivre des milliers d’années. années et devraient être étudiés comme modèles de recherche sur le vieillissement. Le Dr Seda Koyuncu, un autre postdoctorant impliqué dans l’étude, a ajouté : « Au cours des dernières années, nous avons vu plusieurs approches prometteuses pour traiter des maladies héréditaires comme la maladie de Huntington échouer. Nous sommes convaincus que notre approche de synthèse végétale mènera à des avancées significatives dans ce domaine. «
L’équipe a depuis acquis un financement du ministère fédéral allemand de l’Éducation et de la Recherche (Bundesministerium für Bildung und Forschung – BMBF) par le biais du programme preliminary GO-Bio. « Nous voulons concrétiser notre idée en software. Notre projet est de fonder une get started-up pour produire des protéines thérapeutiques dérivées de plantes et de les tester en tant que thérapies potentielles pour traiter les maladies neurodégénératives chez l’homme », a déclaré Llamas.
La recherche a été menée au sein du pôle d’excellence CECAD en recherche sur le vieillissement de l’Université de Cologne et du pôle d’excellence CEPLAS sur les sciences végétales.
