Bleu de méthylène, tau et amyloïde : pourquoi les mécanismes d’élimination des protéines diffèrent

Demandez ce que le bleu de méthylène fait aux protéines de la maladie d’Alzheimer et vous entendrez souvent une seule réponse catégorique là où il faudrait en entendre trois, chacune assortie de réserves. Dans un tube à essai, il empêche tau de s’associer à elle-même. Dans un modèle murin, il réduit l’amyloïde soluble sans modifier tau. Dans un autre, il réduit l’activité de l’enzyme qui produit l’amyloïde en premier lieu. Chacun de ces résultats est réel. Aucun ne raconte toute l’histoire, et ils ne se produisent pas tous chez le même animal au même moment. Cet article distingue ces trois observations afin qu’un résultat issu d’une expérience ne soit plus cité comme preuve d’une autre.

Les lecteurs qui souhaitent une vue d’ensemble de la manière dont le bleu de méthylène agit à l’intérieur des cellules devraient commencer par là. Ceux qui veulent savoir si l’un de ces mécanismes a aidé des patients devraient consulter les données cliniques dans la maladie d’Alzheimer, car c’est là que doivent être examinés les résultats des essais chez l’humain. Rien dans cet article ne reprend ces données.

Le résultat concernant tau appartient aux essais d’agrégation

La plus ancienne de ces trois pistes vient de travaux acellulaires sur tau, la protéine qui forme les dégénérescences neurofibrillaires. Dans l’essai de liaison tau-tau, des fragments de tau s’assemblent en filaments hélicoïdaux appariés, et les colorants phénothiaziniques, dont le bleu de méthylène, bloquent cet assemblage à de faibles concentrations micromolaires. Des travaux biochimiques ultérieurs ont fourni une explication chimique : le colorant oxyde les résidus cystéine de tau, ce qui stabilise la forme monomérique et supprime les fibrilles qui se formeraient autrement. Les concentrations inhibitrices rapportées pour l’agrégation de tau se situent approximativement entre quelques micromolaires et quelques dizaines de micromolaires, une plage importante pour tout ce qui suit.

Il faut noter la nature exacte de cette affirmation. Elle ne dit rien sur la production de tau, la phosphorylation de tau dans un cerveau vivant ou l’élimination de tau. Elle indique que, dans des conditions définies en tube, le colorant oxydé empêche tau de s’empiler. C’est un résultat précis, limité et utile. Le problème commence lorsqu’on l’étend à l’affirmation générale selon laquelle le bleu de méthylène élimine la pathologie tau, car les données animales ne concordent pas avec cette interprétation.

Le résultat concernant le protéasome appartient aux souris 3xTg-AD, et il dissocie amyloïde et tau

L’expérience montrant le plus clairement cette dissociation entre critères d’évaluation est une étude alimentaire de 16 semaines chez des souris porteuses de trois mutations liées à Alzheimer. Les animaux ont reçu, à partir de l’âge de six mois, une alimentation contenant du bleu de méthylène, et les chercheurs ont mesuré simultanément trois éléments : le protéasome, les concentrations d’amyloïde et tau.

Le protéasome a changé. L’activité de type chymotrypsine a augmenté d’environ un quart et l’activité de type trypsine d’environ la moitié, tandis que la troisième activité catalytique n’a pas changé de manière significative. Les formes solubles de bêta-amyloïde 40 et 42 ont chacune diminué d’environ un quart. Les auteurs ont interprété ce résultat comme une augmentation de l’élimination plutôt qu’une diminution de la production, car la protéine précurseur et ses fragments de maturation n’ont pas changé, tandis que l’apprentissage et la mémoire se sont améliorés lors de l’épreuve de rappel dans le labyrinthe aquatique.

Puis viennent les dissociations. L’amyloïde insoluble n’a pas changé. Le marquage des plaques n’a pas changé. La quantité totale de tau humaine et de phospho-tau au niveau de la thréonine 181 n’a pas changé, et la mauvaise localisation de tau n’a pas changé. Les paramètres mitochondriaux n’ont pas changé non plus : aucun effet significatif sur l’activité de la cytochrome-c oxydase, sur la quantité de protéine oxydase ou sur l’ATP. Ainsi, dans ce modèle et avec ce schéma expérimental, le bleu de méthylène a augmenté deux des trois activités du protéasome, réduit l’amyloïde soluble, restauré une mesure comportementale, et laissé inchangés les critères d’évaluation concernant tau, l’amyloïde insoluble et les paramètres mitochondriaux testés.

Une réserve précise le résultat plutôt qu’elle ne l’affaiblit. À l’âge étudié, ces souris n’avaient pas encore développé d’agrégats de tau ; l’expérience ne peut donc pas montrer que le bleu de méthylène est inefficace contre les agrégats de tau. Elle montre que l’amyloïde soluble peut diminuer sans modification des critères de mesure de tau, exactement le type de résultat où une protéine change tandis qu’une autre ne change pas qu’il faut distinguer dans ce domaine. Si vous pensiez que l’activation du protéasome par le bleu de méthylène élimine simultanément les deux protéines caractéristiques, cette étude corrige cette interprétation.

Le résultat concernant la production d’amyloïde appartient aux souris PSAPP âgées, et il contredit le mécanisme précédent

Une autre équipe, un autre modèle et une explication en amont opposée. Dans une étude de gavage de trois mois chez des souris PSAPP âgées de 15 mois, une dose orale quotidienne de 3 mg/kg a réduit la charge en plaques dans différentes régions cérébrales d’environ un tiers à la moitié et diminué plusieurs fractions amyloïdes, notamment les oligomères mesurés par un essai spécifique. Mais ici, le mécanisme proposé était une réduction de la production, et non une élimination plus rapide : la quantité de protéine BACE1 dans le cerveau a diminué, son produit C99 a diminué, tandis que l’ARN messager n’a pas changé, ce qui indique un effet au niveau protéique plutôt qu’une baisse de l’expression génique.

Les travaux cellulaires ont renforcé cette interprétation. Dans un essai acellulaire utilisant une enzyme recombinante, le bleu de méthylène a directement inhibé BACE1 et, dans des cellules ovariennes de hamster exprimant la protéine précurseur amyloïde humaine, les quantités sécrétées d’amyloïde 40 et 42 ont diminué à des concentrations aussi faibles que 1.56 micromolar, tandis que le précurseur lui-même est resté inchangé. Cela contraste avec l’étude précédente, dans laquelle les fragments issus de la maturation du précurseur n’avaient pas changé et où l’effet avait été attribué à l’élimination. Ces deux études ne peuvent pas décrire le même mécanisme universel, car les modèles, les âges, les doses, les voies d’administration et les durées diffèrent. C’est précisément le point. Dans un contexte expérimental, les effets du bleu de méthylène sur l’amyloïde passent par la production ; dans un autre, par l’élimination. Citer l’un ou l’autre sans préciser son contexte expérimental est trompeur.

Une même chimie, plusieurs cibles : le lien par oxydation des cystéines

Une troisième série de travaux explique comment une même chimie d’oxydoréduction peut intervenir dans des phénomènes protéiques sans rapport direct entre eux. Dans une étude biochimique sur l’inhibition des caspases, le bleu de méthylène a inactivé la caspase-6 en oxydant sa cystéine catalytique en acide sulfénique, ce qui a été confirmé par spectrométrie de masse, avec une concentration à effet demi-maximal proche de 10.6 micromolar. La caspase-3 a été inhibée à une concentration similaire. Les auteurs ont explicitement établi un lien avec la littérature sur tau : la même chimie d’oxydation des cystéines proposée pour maintenir tau sous forme monomérique peut désactiver une protéase à cystéine, et les concentrations efficaces se chevauchent.

Cette explication est élégante, mais elle constitue aussi un avertissement. Une molécule redox-active qui oxyde les cystéines exposées aura plus d’une cible à toute concentration active. Le mécanisme de désagrégation de tau, celui impliquant les caspases et probablement d’autres partagent un même verbe chimique appliqué à des cibles différentes. Ce mécanisme commun ne rend pas les résultats interchangeables. Il signifie que la dose et le contexte déterminent quelle cible est pertinente et qu’une administration chronique visant un processus dépendant des cystéines peut en affecter d’autres, une considération directement soulevée par les auteurs de l’étude sur les caspases. Les questions connexes portant sur la manière dont la chimie redox du bleu de méthylène sélectionne ses cibles, sur ce que l’activation du protéasome implique pour d’autres protéines agrégées et sur la possibilité qu’une administration à long terme modifie le profil des cibles méritent chacune une analyse distincte.

Mécanisme par critère d’évaluation : quel résultat appartient à quel modèle

Lisez le tableau ligne par ligne et la conclusion est claire. Aucune ligne ne change dans toutes les colonnes. Le résultat le plus solide concernant la production d’amyloïde provient de l’étude qui n’a jamais testé le protéasome. Le résultat le plus solide concernant le protéasome provient de l’étude dans laquelle la maturation du précurseur n’a pas changé. Le résultat concernant tau repose principalement sur des expériences en tube et sur une chimie également observée avec des enzymes non ciblées. Quiconque fusionne ces colonnes en une seule affirmation, selon laquelle le bleu de méthylène élimine les protéines pathologiques en tant que classe, décrit une expérience qui n’a jamais été réalisée.

La même rigueur s’applique aux patients. La question de savoir si ces mécanismes se traduisent par un bénéfice clinique est distincte, avec ses propres essais et ses propres conclusions, et elle est traitée dans les données cliniques sur Alzheimer plutôt qu’ici.