Maladie d’Alzheimer : la cosmochimie au service du cerveau

Une des conséquences de la maladie d’Alzheimer est la formation, dans le cerveau, de plaques extracellulaires riches en métaux : les plaques amyloïdes et les fibrilles tau. Les métaux présents dans ces plaques extracellulaires sont notamment le cuivre et le zinc. Les concentrations de ces métaux dans les tissus humains varient naturellement dans le temps, avec l’alimentation par exemple. Les seules mesures de leurs concentrations ne sont donc pas de très bons indicateurs de la formation de ces plaques amyloïdes et fibrilles tau .

L’originalité de cette étude réside dans le fait que les chercheurs ont utilisé des techniques traditionnellement utilisées en cosmochimie, afin de caractériser plus finement les métaux présents dans les plaques extracellulaires issues des échantillons de cerveaux de patients atteints de la maladie d’Alzheimer.

En quoi consistent ces mesures isotopiques ?
Pour tous les éléments chimiques (cuivre, zinc…), chaque atome existe naturellement sous plusieurs formes très proches les unes des autres : les isotopes. Ce qui différencie deux isotopes, c’est le nombre de neutrons qu’ils comportent. Deux isotopes de cuivre par exemple n’ont donc pas la même masse mais ont des propriétés chimiques et physiques très similaires. Dans la nature, les différents isotopes d’un même élément (cuivre ou zinc par exemple) n’existent pas en quantité égale et le rapport entre les quantités de chaque isotope d’un même élément dans un milieu donné – le rapport isotopique – est caractéristique des processus chimiques dont est issu ce milieu. Ainsi, une réaction chimique favorisera la présence, dans les produits de la réaction, d’un isotope d’un élément plutôt qu’un autre, en fonction de leur légère différence de masse.
Les calculs des rapports isotopiques sont donc largement utilisés en géochimie et en cosmochimie pour retracer l’histoire d’un échantillon. Ce sont, par exemple, les mesures de variations d’abondances isotopiques du cuivre et du zinc qui ont permis aux chercheurs de l’IPGP de comprendre l’origine de la Lune !

Dans l’étude Copper and zinc isotopic excursions in the human brain affected by Alzheimer’s Disease, les chercheurs ont mesuré les rapports isotopiques du cuivre et du zinc dans des échantillons de tissus de cerveaux atteints de la maladie d’Alzheimer et des échantillons de tissus de cerveaux sains.

Dans les échantillons analysés, ils ont mis en évidence que la présence de plaques amyloïdes dans les cerveau d’une personne atteinte de la maladie d’Alzheimer modifie le rapport isotopique pour le cuivre. Le cerveau d’un malade est ainsi plus riche en isotopes légers du cuivre qu’un cerveau sain. Cela s’explique par un changement d’état d’oxydation du cuivre lors de la formation des plaques amyloïdes et des fibrilles tau.

Ces résultats, publiés en octobre 2020 dans la revue Alzheimer & Dementia: Diagnosis, Assessment and Disease Monitoring, ouvre ainsi la perspective de pouvoir suivre l’évolution de la maladie d’Alzheimer grâce à la mesure du rapport isotopique du cuivre dans le cerveau des patients. Les équipes impliquées vont désormais poursuivre leurs études afin de déterminer si des changements similaires pourraient être détectés dans le sang ou dans le liquide cephalo-rachidien, plus simplement analysables que les tissus du cerveau.

Référence :
> Moynier F, Le Borgne M, Laoud E, Mahan B, Mouton-Ligier F, Hugon J, Paquet C. Copper and zinc isotopic excursions in the human brainaffected by Alzheimer’s Disease. Alzheimer’s Dement.2020;12:e12112. https://doi.org/10.1002/dad2.12112