Dans plusieurs pathologies neurodégénératives, les protéines amyloïdes s'assemblent anormalement pour former des dépôts toxiques qui perturbent la fonction neuronale. Ce processus d'agrégation est un phénomène complexe et très dynamique. Il implique une transition des protéines d'un état indépendant (monomère) non replié à celui de fibrilles (de longs filaments rigides) toxiques. En cours de route, elles forment de nombreux oligomères transitoires et hétérogènes : de petits groupes temporaires de protéines, très instables et de formes variées, particulièrement difficiles à « capturer ».
Pour les chercheurs, comprendre les mécanismes moléculaires qui sous-tendent la formation de ces agrégats, et notamment identifier les espèces transitoires, devrait à terme permettre de mieux comprendre les mécanismes de survenue des maladies (physiopathologie), mais aussi de développer des biomarqueurs pour un diagnostic plus précoce, voire de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques.
Les agrégats du peptide amyloïde Aβ₁₋₄₂ sont considérés comme les espèces amyloïdes les plus neurotoxiques et présents dans la maladie d'Alzheimer. Jusqu'ici, les outils existants pour suivre son agrégation manquaient de précision. La plupart des sondes actuelles (outils de détection microscopique permettant d'identifier une cible biologique précise et d'informer de sa présence) ne parviennent pas à faire la différence entre les différents stades d'agrégation (monomère, oligomère ou fibrille) ni à distinguer ces différents états entre eux.
Dans ce cadre, les chercheurs ont développé des sondes moléculaires hautement sélectives, combinant deux éléments clés :
- Un peptide cyclique : les chercheurs ont conçu un petit fragment cyclique de protéine qui contient notamment la fin de la séquence de l'amyloïde Aβ₁₋₄₂, lui conférant une stabilité conformationnelle et une reconnaissance moléculaire précise ;
- Un fluorophore BODIPY : ce module s'illumine (fluoresce) lorsqu'il est excité par une lumière spécifique.
Plusieurs modules ont été conçus et trois stratégies de conjugaison différentes ont été entreprises et comparées. Pour valider l'efficacité de ces nouvelles sondes, l'équipe a d'abord obtenu des préparations hautement reproductibles et une évolution de l'agrégation au cours du temps parfaitement contrôlée et maîtrisée. Ce protocole a permis la génération reproductible d'espèces préfibrillaires d'Aβ bien caractérisées, constituant un outil robuste pour la validation des performances des sondes développées.
L'une des molécules développées (la sonde 8) a montré une forte activation de la fluorescence et une affinité sélective pour les agrégats préfibrillaires d'Aβ₁₋₄₂, sans réponse aux agrégats d'amyline (une hormone proche par sa séquence et sa structure de Aβ₁₋₄₂ mais sécrétée par le pancréas).
Testée ensuite directement sur des cellules neuronales, cette sonde s'est montrée plus performante et plus précise que les anticorps conventionnels, confirmant son potentiel pour des études mécanistiques et le diagnostic précoce de la maladie d'Alzheimer.