Le rôle du cuivre dans la maladie de Parkinson

L’exposition au cuivre dans l’environnement et la présence de la protéine alpha-synucléine dans le cerveau humain pourraient jouer un rôle important dans la pathogenèse de la maladie de Parkinson : les résultats des études des chercheurs pourraient contribuer à l’élaboration de nouvelles stratégies de traitement des maladies neurodégénératives.

Bien avant l’apparition du tremblement musculaire typique, l’apparition de protéines défectueuses dans le cerveau pourrait être un signe précoce de la maladie de Parkinson, bien que les causes n’en soient pas encore totalement connues. Des chercheurs de l’Empa et de l’Université de Limerick en Irlande ont maintenant examiné de plus près la forme anormale de ces alpha-synucléines sous forme d’anneaux protéiques. Ils ont ainsi pu visualiser à l’échelle nanométrique le lien avec la pollution environnementale par le cuivre. Ces résultats jettent un nouvel éclairage sur le développement des maladies neurodégénératives et le rôle des biomatériaux dans le processus pathologique. En outre, les résultats pourraient permettre d’améliorer le diagnostic précoce et le traitement de la maladie.

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Le métal suspect

Ce que l’on sait de la maladie de Parkinson, c’est que les neurones du cerveau meurent, ce qui entraîne une carence en dopamine, un neurotransmetteur. Aux stades les plus avancés de la maladie, cela entraîne des tremblements musculaires, une rigidité musculaire, voire l’immobilité. Cette maladie à progression lente est la deuxième maladie neurodégénérative la plus répandue dans le monde après la maladie d’Alzheimer. Des facteurs environnementaux tels que les pesticides ou les métaux pourraient favoriser l’apparition de la maladie de Parkinson. L’équipe dirigée par le chercheur de l’Empa Peter Nirmalraj du laboratoire Transport at Nanoscale Interfaces étudie cette hypothèse à l’aide de techniques d’imagerie et de spectroscopie chimiques et, en collaboration avec l’équipe de Damien Thompson de l’Université de Limerick, de simulations informatiques. Les chercheurs ciblent une protéine impliquée dans plusieurs processus moléculaires dans le développement de la maladie de Parkinson : l’alpha-synucléine. Chez les personnes atteintes, cette protéine endogène s’agrège et provoque la mort des cellules nerveuses. Les chercheurs soupçonnent que le cuivre à forte concentration interfère avec ces processus et accélère le processus de la maladie.

Les anneaux du diable

Pour visualiser l’agrégation de l’alpha-synucléine à l’échelle nanométrique, la chercheuse de l’Empa Silvia Campioni du laboratoire Cellulose & Wood Materials a produit artificiellement la protéine. A l’aide d’un microscope à force atomique, les chercheurs ont ensuite pu observer la protéine, initialement en solution, sur une période de dix jours alors qu’elle formait des structures filamenteuses individuelles insolubles avant de se regrouper finalement en un réseau dense de fibrilles. D’après les images, la transformation de la protéine soluble en fibrilles agglomérées d’environ 1 micromètre de long, telle qu’elle se produit au cours de la progression de la maladie, peut être observée avec une précision impressionnante en laboratoire. Si les chercheurs ont ensuite ajouté des ions de cuivre à la solution de protéines, des structures complètement différentes sont apparues au microscope : Des structures protéiques annulaires d’environ 7 nanomètres, appelées oligomères, sont apparues dans le tube en quelques heures. L’existence de ces oligomères annulaires et leur effet destructeur sur les cellules sont déjà connus. En outre, les structures fibreuses plus longues sont apparues plus tôt que dans une solution sans cuivre. “D’une part, de fortes doses de cuivre semblent accélérer le processus d’agrégation”, explique Peter Nirmalraj. Mais d’autre part, cette structure protéique inhabituelle en forme d’anneau se développe relativement vite sous l’influence du cuivre, ce qui pourrait marquer le début du processus pathologique, voire le déclencher. Les chercheurs ont également analysé la liaison des ions de cuivre à l’alpha-synucléine en utilisant des simulations informatiques de dynamique moléculaire par petits pas de 10 à 100 nanosecondes.

Première expérience

Comme les anneaux d’oligomères se forment au début de la transformation de la protéine, ils pourraient être utilisés comme cibles pour de nouvelles formes de thérapie, espère Nirmalraj. En outre, les résultats pourraient contribuer à la mise au point d’un test de dépistage de la maladie de Parkinson, capable de détecter la maladie à un stade précoce dans les fluides corporels, par exemple à partir d’échantillons de liquide céphalorachidien.

La maladie de Parkinson en bref

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative chronique progressive (mort des cellules nerveuses) qui présente des problèmes de mobilité du corps, avec un ralentissement des mouvements, une rigidité musculaire et des tremblements.

C’est l’une des maladies neurodégénératives les plus courantes avec environ 10 millions de malades dans le monde. La plupart des “parkinsoniens” ont plus de 60 ans au moment du diagnostic, et les hommes sont plus touchés que les femmes.

Décrite pour la première fois en 1817 par le médecin anglais James Parkinson (d’où le nom de la maladie), et bien que la recherche ait depuis lors déployé de grands efforts pour en élucider l’origine, les causes exactes de la maladie de Parkinson restent inconnues. Les traitements actuels permettent de soulager les symptômes, mais il n’est pas possible d’arrêter ou de stopper la progression de la maladie.

Source: EMPA