Des enzymes cathepsine injectées éliminent l'alpha-synucléine toxique et préservent les neurones dans des modèles de Parkinson

La maladie de Parkinson (MP) est en grande partie causée par l'incapacité des neurones à éliminer l'alpha-synucléine agrégée (SNCA), une protéine qui s'accumule en corps de Lewy et en neurites de Lewy, détruisant ainsi les neurones dopaminergiques de la substance noire. La voie autophagique-lysosomale constitue la principale voie d'élimination de la SNCA agrégée et insoluble, et deux protéases cystéine lysosomales — la cathepsine B (CTSB) et la cathepsine L (CTSL) — sont les principales exécutrices de cette dégradation. De nombreuses données génétiques établissent désormais un lien entre des variants de CTSB et le risque de MP, et l'activité des cathepsines est mesurably réduite dans les neurones dérivés d'iPSC portant des mutations de SNCA ou des triplications de gène. Ce cercle vicieux — dans lequel l'accumulation de SNCA altère précisément la machinerie lysosomale nécessaire à son élimination — fait de la restauration de l'activité des cathepsines une cible thérapeutique particulièrement attractive.

L'équipe de l'université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nürnberg a produit de la procathepsine B humaine recombinante (rHsCTSB) et de la procathepsine L humaine recombinante (rHsCTSL) en surexprimant de manière stable des constructions étiquetées His dans des cellules HEK293-EBNA, en purifiant les proformes sécrétées par chromatographie d'affinité HisTrap suivie d'une chromatographie d'exclusion stérique. Ces enzymes ont ensuite été appliquées à quatre modèles complémentaires de pathologie SNCA : des lignées cellulaires neuronales surexprimant SNCA, des neurones dopaminergiques dérivés d'iPSC provenant de patientes et patients atteints de MP et porteurs de la mutation ponctuelle SNCA A53T, des tranches de cerveau organotypiques et des cultures neuronales primaires issues de souris transgéniques Thy1-SNCA, et à titre de preuve de concept, des injections intracrâniennes dans des souris invalidées pour Ctsd, qui accumulent des agrégats de SNCA endogène en raison de l'absence d'activité cathepsine D.

Dans tous les modèles, rHsCTSB et rHsCTSL ont été efficacement endocytées par les cellules neuronales et acheminées vers les lysosomes, où elles ont subi une maturation protéolytique, passant de proformes inactives en formes actives simple-chaîne et double-chaîne détectables par Western blot. Le traitement a significativement réduit la charge en SNCA selon plusieurs critères : les fractions de SNCA insolubles dans le Triton (représentant les espèces agrégées et insolubles), ainsi que les espèces de SNCA détectées par des anticorps spécifiques de la pathologie et de la structure (y compris les formes phospho-Ser129 et les formes à conformation altérée), évaluées par Western blot, immunofluorescence et ELISA. Ces réductions ont été observées de manière constante dans l'ensemble des modèles cellulaires et tissulaires testés. Fait notable, la combinaison de rHsCTSB et de rHsCTSL n'a pas produit de réduction synergique au-delà de ce que chaque enzyme permettait d'obtenir seule, ce qui suggère des spécificités de substrat qui se recoupent ou des voies lysosomales convergentes, plutôt que des mécanismes complémentaires additifs.

Au-delà de l'élimination directe de la SNCA, les cathepsines recombinantes ont restauré l'homéostasie lysosomale et autophagique dans son ensemble. L'activité de la bêta-glucocérébrosidase (GCase) — qui est supprimée dans la MP et sert de biomarqueur de la santé lysosomale — a été significativement rétablie après traitement. Les taux de p62/SQSTM1, un récepteur cargo qui s'accumule lorsque l'autophagie est altérée, ont été normalisés, confirmant la restauration du flux autophagique. Les défauts synaptiques et la toxicité cellulaire associés à la SNCA ont également été réduits dans les cultures neuronales traitées. Dans le modèle murin invalidé pour Ctsd, les injections intracrâniennes des deux enzymes ont diminué l'immunoréactivité de la SNCA dans le tissu cérébral, fournissant ainsi la première preuve de concept in vivo que des cathepsines cystéine délivrées de manière exogène peuvent pénétrer le tissu cérébral et réduire la pathologie SNCA.

Ces travaux s'appuient directement sur la démonstration antérieure du même groupe concernant la procathepsine D recombinante (rHsCTSD), qui élimine la pathologie SNCA in vivo, et suggèrent que les trois cathepsines lysosomales — B, L et D — représentent des cibles viables pour une thérapie de type substitution enzymatique dans les synucléinopathies. Les principales réserves incluent le recours à l'injection intracrânienne plutôt qu'à une voie d'administration systémique cliniquement transposable, l'absence de données comportementales dans les expériences sur souris, ainsi que la question non résolue de l'absence de synergie lors du traitement combiné CTSB + CTSL. L'efficacité à long terme, l'optimisation des doses et les stratégies de franchissement de la barrière hémato-encéphalique seront indispensables avant toute transposition clinique. Néanmoins, la convergence des données issues de neurones iPSC humains, de tranches de cerveau de souris et de modèles murins in vivo établit une justification mécanistique et thérapeutique convaincante en faveur de stratégies visant à augmenter l'activité des cathepsines dans la MP.