droite|vignette| Micrographie montrant des dépôts de substance amyloïde (en rose) dans l'intestin grêle. La substance amyloïde est un agrégat de protéines qui se plient sous une forme permettant à de nombreuses copies de cette protéine de s'agglutiner les unes aux autres et de constituer ainsi des fibrilles.
Dans le corps humain, la substance amyloïde est liée au développement de diverses maladies. Une telle substance amyloïde pathogène se forme lorsque des protéines précédemment saines perdent leurs fonctions physiologiques normales et s'agrègent en dépôts fibreux autour des cellules dans des plaques susceptibles de perturber le bon fonctionnement des tissus et des organes. Cette substance amyloïde a été associée (sans nécessairement en être la cause) à plus de 50 maladies humaines connues sous le nom d'amyloïdoses, et peut jouer un rôle dans certaines maladies neurodégénératives.
Certaines protéines amyloïdes sont infectieuses et sont alors appelées prionsNote: Certains auteurs font toutefois une distinction entre les prions et substances amyloïdes analogues aux prions () : la forme infectieuse peut servir de matrice pour convertir d'autres protéines non infectieuses en une forme infectieuse, car la forme inhabituelle du repliement et l'agrégation font alors partie des informations biologiques transmises.
La substance amyloïde peut aussi avoir des fonctions biologiques normales, par exemple, dans la formation de fimbriae chez certains genres de bactéries, la transmission de traits épigénétiques chez les champignons, ainsi que dans le dépôt de pigments et la libération d'hormones chez l'homme.
Cette substance amyloïde peut naître à partir de nombreuses protéines différentes. Ces chaînes polypeptidiques forment généralement des structures en feuillets β qui s'agrègent en fibres longues ; cependant, des polypeptides identiques peuvent se replier en plusieurs conformations amyloïdes distinctes. La diversité des conformations peut avoir conduit à différentes formes de maladies à prions. vignette|300x300px| Amyloide du prion pentamère HET-s (218-289), Podospora anserina ( ).
Définition Le nom amyloïde provient de l'identification erronée de la substance par Rudolf Virchow qui a cru y reconnaître, à partir de techniques grossières de coloration à l'iode, une forme d'amidon (amylum en latin, du grec mistμυλον amylon). Pendant un certain temps, la communauté scientifique a débattu de la question de savoir si les dépôts amyloïdes étaient des dépôts graisseux ou glucidiques jusqu'à ce qu'il soit finalement découvert en 1859 qu'il s'agissait en réalité de dépôts de matière protéique albumoïde.
La définition histopathologique classique de la substance amyloïde est celle de dépôts protéiques extracellulaires présentant une structure en feuillets bêta. Comme la plupart des structures de type bêta croisé, ils sont généralement identifiés par la biréfringence vert pomme lorsqu'ils sont colorés au rouge Congo et observés sous une lumière polarisée. Ces dépôts recrutent souvent divers sucres et autres composants tels que le sérum amyloïde S, ce qui entraîne des structures complexes et parfois non homogènes. Récemment, cette définition a été remise en question, car certaines formes amyloïdes classiques ont été observées à l'intérieur de cellules. Une définition biophysique plus récente plus large inclut tout polypeptide qui se polymérise pour former une structure bêta-croisée, in vivo ou in vitro. Certains d'entre eux, bien qu'étant manifestement des feuillets bêta-croisés, ne présentent pas certaines caractéristiques histopathologiques classiques telles que la biréfringence rouge Congo. Les microbiologistes et biophysiciens ont largement adopté cette définition , conduisant à certains conflits dans la communauté biologique sur une question de langage .
Le reste de cet article utilise la définition biophysique.
Substance amyloïdes pathogènes Chez l'être humain et les autres mammifères
Maladie Protéine impliquée Abréviation officielle Maladie d'Alzheimer Bêta-amyloïde à partir de la protéine précurseur de l'amyloïde Aβ de APP Diabète sucré de type 2 IAPP (amyline) AIAPP Maladie de Parkinson Alpha-synucléine aucun Encéphalopathie subaiguë spongiforme transmissible (p. Ex. Encéphalopathie spongiforme bovine ) PrP Sc APrP Insomnie fatale familiale PrP Sc APrP Maladie de Huntington Huntingtine aucun Dégénérescence lobaire frontotemporale (FTLD) (Ubi+, Tau-) TDP-43 FTLD–FUS Protéine FUS Encéphalopathie TDP-43 à prédominance limbique liée à l'âge . Démence familiale britannique Protéine membranaire intégrale 2B (BRI/BRI2) ABri Démence familiale danoise DAN ADan Cancer médullaire de la thyroïde Calcitonine ACal Arythmies cardiaques, amylose auriculaire isolée Facteur natriurétique auriculaire AANF Athérosclérose Apolipoprotéine AI AApoA1 Polyarthrite rhumatoïde Sérum amyloïde A AA Amyloïdose du média aortique Medin Précurseur : Lactadérine AMed Prolactinomes, hypophyse sénile Prolactine APro Polyneuropathie amyloïde familiale Transthyrétine ATTR Amylose systémique héréditaire non neuropathique Lysozyme Alys Amylose liée à la dialyse Bêta-2 microglobuline Aβ2M Amylose finlandaise Gelsoline AGel Dystrophie cornéenne à treillis Kératoépithéline AKer Angiopathie amyloïde cérébrale Bêta-amyloïde Aβ Angiopathie amyloïde cérébrale (type islandais) Cystatine ACys Amylose AL systémique Chaîne légère d'immunoglobuline AL AL Myosite sporadique à inclusion S-IBM aucun La société internationale des amyloidoses classe les fibrilles amyloïdes sur la base des protéines associées.
Chez les levures Plusieurs prions de levure sont basés sur une amyloïde infectieuse, par exemple: [PSI +] ( ); [URE3] (Ure2p); [PIN +] (Rnq1p); [SWI1 +] (Swi1p) et [OCT8 +] (Cyc8p)
Substance amyloïde non pathologique et fonctionnelle
Amyloïdes natifs dans les organismes Fibrilles de curli produites par E. coli , Salmonella et quelques autres membres des Enterobacteriales (Csg). Les éléments génétiques (opérons) codant le système de curli sont largement répandus dans le système phylogénétique et peuvent être trouvés dans au moins quatre phyla bactériens. Ceci suggère que beaucoup plus de bactéries peuvent exprimer des fibrilles de curli. Vésicules de gaz, les organites de flottabilité des archées aquatiques et des eubactéries Amyloïdes fonctionnels dans Pseudomonas (Fap) Protéine d' enveloppe du paludisme Soie d'araignée (certaines araignées mais pas toutes) Mélanosomes mammaliennes (PMEL) Activateur de plasminogène de type tissulaire (tPA), facteur hémodynamique. Protéine ApCPEB et ses homologues avec un domaine riche en glutamine Les protéines d'adhésion des cellules fongiques s'agrégeant à la surface des champignons pour former des régions amyloïdes à la surface des cellules avec une force de liaison considérablement accrue . Les chaplins Les chaplins sont des agrégats de protéines de surface hydrophobes qui recouvrent le mycelium aérien - voir aussi The chaplins: a family of hydrophobic cell-surface proteins involved in aerial mycelium formation in Streptomyces coelicolor de la bactérie Streptomyces coelicolor.. Prion het-s de Podospora anserina. Hormones peptidiques / protéiques stockées sous forme d'amyloïdes dans des granules de sécrétion endocriniennes. Protéines et peptides mis au point pour fabriquer de l'amyloïde possédant des propriétés spécifiques, tels que des ligands qui ciblent les récepteurs de la surface cellulaire. Les amyloïdes fonctionnels sont abondants dans la plupart des biofilms environnementaux en fonction de la coloration avec des colorants et des anticorps spécifiques à l'amyloïde. Les gaines tubulaires renfermant les filaments de Methanosaeta thermophila sont les premiers amyloïdes fonctionnels à avoir été rapportés dans le domaine de la vie archéale.
Les dépôts amyloïdes d'ATTR provenant de la transthyrétine se produisent non seulement dans l'amylose héréditaire liée à la transthyrétine, mais également dans les cas avancés de vieillissement dans de nombreux tissus, chez de nombreuses espèces de mammifères. Ils sont fréquemment rencontrés lors des autopsies de supercentenaires. Une proposition est qu'ils pourraient médier certaines pathologies tissulaires observées lors du vieillissement avancé et limiter la durée de la vie humaine .
Il retarde le vidage gastrique et inhibe la sécrétion d'insuline/.
Caractéristiques biophysiques
Structure Les amyloïdes sont constitués de longues fibres non ramifiées caractérisées par une structure quaternaire à feuillets bêta croisés dans laquelle des chaînes de peptides à brin β sont disposées perpendiculairement à l'axe de la fibre. Chaque fibre individuelle peut avoir une largeur de 5 à 15 nanomètres et une longueur de quelques micromètres. Alors que l’amyloïde est généralement identifiée à l’aide de colorants fluorescents, de polarimétrie de coloration, de dichroïsme circulaire ou de mesures FTIR (mesures indirectes), le test "gold-standard" permettant de déterminer si une structure contient des fibres croisées consiste à placer un échantillon dans un faisceau de diffraction de rayons X. Le terme « β croisé » est basé sur l'observation de deux ensembles de raies de diffraction, l'une longitudinale et l'autre transversale, qui forment un motif « en croix » caractéristiqueWormell RL. New fibres from proteins. Academic Press, 1954, p. 106.. Il existe deux signaux caractéristiques de diffraction par diffusion produits à 4,7 et 10 Angstroms (0,47 nm et 1,0 nm), correspondant aux distances d'interstrand et d'empilement en feuilles bêta. Les "piles" de feuilles bêta sont courtes et traversent la largeur de la fibrille amyloïde; la longueur de la fibrille amyloïde est construite par des brins alignés. Le motif bêta-croisé est considéré comme une caractéristique diagnostique de la structure de l'amyloïde.
Pendant longtemps, notre connaissance de la structure au niveau atomique des fibrilles amyloïdes était limitée, les méthodes les plus traditionnelles d'étude des structures protéiques n'étant pas adaptées. Au cours des dernières années, des progrès ont été enregistrés dans les méthodes expérimentales, qui permettent désormais d’obtenir des données directes sur la structure interne de différents types de fibrilles amyloïdes. Deux méthodes bien connues incluent l’utilisation de la spectroscopie RMN à l’état solide et de la microscopie (cryo) électronique. Combinées, ces méthodes ont fourni des structures atomiques 3D de fibrilles amyloïdes formées par des peptides bêta-amyloïdes, de l'α-synucléine, des protéines tau et la protéine FUS, associées à diverses maladies neurodégénératives.
Des études de diffraction des rayons X sur des microcristaux ont révélé des détails atomistiques de la région centrale de l'amyloïde . Les structures cristallographiques montrent que de courtes extensions à partir de régions de protéines amyloïdogènes à tendance amyloïde s'étendent perpendiculairement à l'axe du filament, ce qui correspond au caractère « β croisé » de la structure amyloïde. Elles révèlent également un certain nombre de caractéristiques des structures amyloïdes - les feuillets β voisins sont étroitement liés entre eux via une interface sans eau (appelée interface sèche), les brins β opposés étant légèrement décalés les uns des autres, de sorte que les chaînes s'imbriquent. Cette interface compacte déshydratée créée a été appelée interface stérique ou fermeture Éclair. Il existe huit classes théoriques d'interfaces de type fermetures Éclair stériques, déclinées en fonction de la directionnalité des feuilles β (parallèle et anti-parallèle) et par la symétrie entre les feuillets β adjacents.