UE8 – De l'agent infectieux à l'hôte JJH
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UE8 – De l'agent infectieux à l'hôte JJH Date : 31/03/2017 Promo : P2 2016/2017 Ronéiste : Drouet Priyanka Plage horaire : 17h15-18h15 Enseignant : JJH Les encéphalopathies spongiformes trasmissibles (EST), maladies à prion (PRP) I. Les maladies à prions 1. Généralités 2. Les différentes maladies à prions 3. Caractéristiques clinico-biologiques de ces pathologies 4. Autres faits historiques II. La protéine prion : Transformation et Transmission 1. Neuropathologie 2. Nature de l'agent infectieux : hypothèse et contre-hypothèse 3. Deux formes de la protéine 4. Mutation et polymorphisme III. Protéine prion normale 1. Caractéristiques moléculaires 2. Fonctions physiologiques 3. Distribution IV. Protéine Prion résistante 1. Mécanismes pathologiques 2. Rôle du système immunitaire V. Screening et Diagnostic Introduction : Le prion va faire partie d’une nouvelle classe d’agents infectieux totalement différents de ceux qu’on connaît déjà (bactéries, virus, parasites, champignons…). Cette nouvelle catégorie s’appelle les agents transmissibles non conventionnels (ATNC) et ne comprend pour l’instant qu’un seul membre : l’agent responsable de la maladie dite « à prions », correspondant à des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST ou ESST). I. Les maladies à prions : 1. Généralités : Les maladies à prion correspondent à des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) = Transmitted spongiform encephalopathy (TSE). Il s'agit d'affections neurodégénératives du SNC : - regroupant des maladies animales (Encéphalopathie Spongiforme Bovine = ESB = « Vache folle ») et sa variante chez l’humain (Maladie de Creutzfeldt-Jakob = CJD) avec le même type de symptômes - toutes systématiquement mortelles, pas de traitement actuellement et même le diagnostic ne peut se faire que postmortem chez l’homme (chez l’animal on peut avoir accès à des tissus plus facilement) - liées à une protéine prion que l’on a tous et qui est codée par le gène prion, exprimé dans plusieurs tissus et en particulier les neurones. Le problème est que la protéine normale PRPC va adopter, pour des raisons encore mystérieuses, une conformation anormale PRPSC résistante à la digestion par certaines enzymes, notamment la protéinase K. - avec accumulation de la protéine anormale (avec une configuration anormale) dans les tissus, formant notamment des « trous » dans le cerveau entrainant la mort des neurones (aspect spongieux). A noter : PRPC = forme cellulaire (forme normale ou sensible, produite essentiellement par le système nerveux central) PRPSC = forme « scrapie » (car entraîne des symptômes de tremblements, liés à la dégénérescence des neurones) ou «résistante » (anormale, pathologique, toxique) Cette conformation anormale PRPSC forme un nouveau groupe d'agents infectieux : les Agents transmissibles non conventionnels (ATNC) 2. Les différentes maladies à prions Ces maladies sont très anciennes. En effet, elles ont été mises en évidence très tôt chez les animaux : 1. Tremblante du mouton et chèvre (ovins, 1732) 2. Maladie du dépérissement chronique des ruminants sauvages 3. Encéphalopathie spongiforme féline 4. Encéphalopathie spongiforme bovine (ESB, 1986) ou maladie de la vache folle : BSE « mad cow disease » Chez l’homme : 1. Kuru (première EST décrite, en 1956) 2. Maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ ou CJD, 1920) 3. Syndrome Gertsmann-Straüssler-Scheinker (GSS) -> probable composante génétique 4. Insomnie Familiale Fatale (IFF) -> probable composante génétique 5. Nouvelle variante de la Maladie de Creutzfeldt-Jakob (nvMCJ, 1996) Ces maladies ont beaucoup fait parler d’elles dans les années 80-90 notamment parce que la nvMCJ est apparue immédiatement à la suite de l’apparition de l’ESB qui a sévi notamment au Royaume-Uni et dans l’Europe du nord et a entraîné l’abattage massif du cheptel bovin. Or la consommation de viande bovine est à l’origine de la nvMCJ chez l’homme. Ce sont toutes des pathologies qui touchent le système nerveux central mais les études post-mortem ont montré qu’elles n’affectent pas toujours les mêmes régions du cerveau. Ex : la maladie du Kuru et le syndrome GSS touchent le cervelet et la moelle épinière La MCJ va toucher le cerveau et le thalamus tandis que la nvMCJ va toucher le cervelet et le thalamus A. Le KURU : En 1957 : Première description : dans une tribu de Papouasie-Nouvelle-Guinée qui se trouvait affectée d’une maladie appelée Kuru (le terme kuru signifiant « trembler » dans la langue des membres de la tribu). Etude épidémiologique et description par le virologiste Carleton Gajdusek qui observe que cette tribu pratique le cannibalisme (= manger le cerveau des défunts). Des tissus sont envoyés aux USA et les études neuropathologiques révèlent des atteintes du cerveau avec une forme spongieuse. Le fait que la maladie touche plusieurs membres d’une famille, faisait penser à une origine génétique mais on s’est rendu compte plus tard que la transmission se faisait par la consommation de cerveau et qu’il y a eu ainsi un passage entre individus. B. La SCRAPIE, ou tremblante du mouton : 1959, William Hadlow, vétérinaire britannique, décrit une pathologie similaire chez les moutons : ils se grattent avec excès aux barreaux des cages/clôtures (se gratter = to scrape) : maladie dénommée scrapie. Comme le kuru, cette maladie est mortelle et le cerveau présente des trous mais sans composante inflammatoire. Gajdusek démontre que cette maladie touche également l’homme : c’est la maladie de Creutzfeldt-Jakob. La conclusion a donc été l'existence d'un agent commun entre ces trois encéphalopathies spongiformes transmissibles, l'Agent Scrapie (Sc), difficile à mettre en évidence 3. Caractéristiques clinico-biologiques de ces pathologies : - Maladie chronique à incubation longue : plusieurs années (3 à 30 ans) avant l’apparition des premiers symptômes. - C’est donc une évolution très lente et sans aucune possibilité de rémission. Néanmoins, dès que les premiers symptômes apparaissent, le décès survient très rapidement (2 à 5ans après l’apparition des symptômes) avec une accumulation de lésions au niveau du SNC mais aussi au niveau du SNP et du système lymphoïde. => maladie mortelle sans remède. - Au niveau physiologique : pas de signe inflammatoire ni immunitaire dans le cerveau (→ différent d’un virus, d’une bactérie) - Pas de démyélinisation (donc pas d'infiltration des cellules de la réponse immunitaire, ce n’est pas une maladie autoimmune comme la sclérose en plaques qui fait intervenir des auto-anticorps) - Pas d’indicateurs biochimiques ou cellulaires (dans le sang ou le LCR -> différent des encéphalites) " Généralement, face à une atteinte du SNC on ponctionne du LCR entre la 3e et 4e lombaire, dans l’espace sous arachnoïdien grâce à un trocart. Ce liquide est censé être limpide (image cicontre) et en cas d’infection (bactérienne ou fongique), on va récupérer un liquide qui n’est plus clair et surtout au niveau microscopique une infiltration de leucocytes (principalement neutrophiles pour les infections bactériennes ou lymphocytes pour les infections virales. Au niveau des tissus, en cas de réaction inflammatoire on trouve dans les coupes du SNC des infiltrations leucocytaires et la cellule microgliale notamment va répondre à cette inflammation : c’est un macrophage du SNC mis en évidence par un marqueur membranaire (une surexpression de la molécule du CMH de classe 2 : le HLA Dr). Or en l’occurrence pour ce type de pathologies, on ne voit absolument pas ça donc pas d’infiltration leucocytaire et quasiment pas d’activation microgliale. La seule chose que l’on peut voir éventuellement est l’activation astrocytaire (cellules de soutien du SNC) -> augmentation du marqueur de la GFAP qui témoigne donc tout de même d’une réponse du SNC. Conclusion : Absence de contexte inflammatoire donc origine non-microbiologique. 4. Autres faits historiques 1966 : Démonstration du caractère transmissible du Kuru au chimpanzé. 1967 : Alper et Pattison suggèrent que l'agent infectieux a une taille très petite, inférieure à celle des virus (hypothèse virale pas totalement abandonnée aujourd’hui) Si c’était de nature fongique, bactérienne ou parasitaire, on l’aurait vu facilement. On a donc d’abord supposé que ça serait de nature virale mais alors ce serait des virus plus petits que ceux que l’on connaissait à l’époque. (on ne voulait pas encore admettre que ce soit une nouvelle classe d’agent infectieux) Certaines études ont donc cherché à voir si on inactivait la partie protéique est ce qu’on gardait toujours un aspect infectieux et si on inactivait les acides nucléiques, est-ce que la transmission se faisait ou non ? 1967 : Griffith émet l’hypothèse que l’un des composants essentiels à l’infection est un composant protéique (« protein only ») qui présenterait potentiellement un repliement anormal (défaut de folding). Mais pas de preuves tangibles... 1982 : Prusiner (LE nom à retenir dans la découverte de la maladie à prion) et ses collègues montrent que : - Les traitements physiques et chimiques détruisant les acides nucléiques sont incapables d'inactiver l'agent infectieux. - A l'inverse, tous les procédés qui détruisent ou détériorent les protéines entraînent une inactivation importante de l'agent infectieux. Prusiner suspecte donc fortement que l’agent infectieux est de nature purement protéique et que les acides nucléiques n’interviennent pas dans cette pathologie. -> Il propose d'introduire un nouveau terme pour désigner ce nouveau type d'agent infectieux : le Prion. -> Remise en question du paradigme médical de trois sortes d’agents infectieux : virus, microbes et parasites Rq : il y a encore des gens dans la communauté scientifique qui remettent en cause le fait que les EST soient dû à de simples protéines et soutiennent toujours qu’il s’agit de petits virus. II. La protéine prion : Transformation et Transmission 1. Neuropathologie Le prion est une protéine normale (PRPC) exprimée par les neurones du SNC mais aussi un agent infectieux en passant sous une forme anormale (PRPSC, protéine de « scrapie »). Quand on fait des coupes de ces tissus pour détecter la présence de la protéine de prion, on observe que cette forme pathologique PRPSc va constituer des plaques neurotoxiques par accumulation et dépôts dans le cerveau (car PRPsc insolubles) (un peu comme dans Alzheimer où on a des plaques de protéines β-amyloïdes). Ces protéines, en s’accumulant dans le cytoplasme, vont déclencher l’apoptose des neurones en y formant des cavités : elles ont donc une cytotoxicité cellulaire. De plus, ces protéines sous forme de plaques sont libérées par les neurones à leur mort et vont alors activer les cellules gliales : on observe alors des glioses avec des phénomènes de prolifération et d’hypertrophie des cellules gliales Ces maladies à prion sont considérées comme transmissibles mais non contagieuses (ce qui est rassurant). En revanche, transmission par consommation de broyats de cerveaux infectés ou de viandes animales contagieuses. (Quelqu’un atteint de « vache folle » ne peut pas vous transmettre la maladie comme ça à moins que vous lui mangiez la cervelle...) Rq : le problème se pose en clinique, lorsqu’un patient subit une chirurgie du SNC ou SNP : est-ce que le matériel de soin est suffisamment décontaminé pour qu’il n’y ait pas de transmission d’un patient à l’autre ?-> durcissement des règles de stérilisation. " Neuropathologie post-mortem : - Cerveau normal : tissu homogène - EST : Aspect spongiforme -> Grosses vacuoles blanches au sein des neurones qui entrent en apoptose et laissent des espaces vides -> Désordres neurologiques induits par la perte de neurones, puis décès du porteur. Formation d’une spongiose et une activation des astrocytes (marqueur GFAP) avec accumulation de protéines de prions dans les tissus. GFAP = Glial Fibrillary Acidic Protein (filaments intermédiaires des cellules gliales) = marqueur post-mortem de l’activation des cellules gliales L’accumulation des prions autour des zones de perte de neurones est mise en évidence grâce à des anticorps mais on ne peut pas distinguer PRPC de PRPSC. " 2. Nature de l'agent infectieux : hypothèse et contre-hypothèse En 1982, Prusiner a émis l'hypothèse de « la protéine infectieuse seule ». Mais il restait cependant extrêmement prudent en disant que cet agent était probablement de nature protéique mais qu’il n’excluait néanmoins pas une possible cause virale : « virus non conventionnel » ou « particules virus-like ». Tout ce qu’il indiquait au niveau des prions, c’est que ce sont des particules infectieuses de type protéiniforme avec potentiellement des acides nucléiques dedans, mais sans qu’on en soit sûr. Les discussions sont loin d’être closes sur le sujet et encore aujourd’hui, des personnes comme Laura Manuelidis s'opposent farouchement à cette hypothèse en observant de petites particules intracellulaires de l'ordre de 25 nm, qu'elle estime proches des virus. La contre-hypothèse du virus (et non pas « une protéine infectieuse ») est donc toujours d'actualité. 3. Deux formes de la protéine PRPC: normale = PRPS (sensible) PrP pathologique : PrPSc (scrapie) = PrPres (résistante à la protéinase K) ! Des modifications biochimiques distinguent la forme normale de la forme scrapie. On observe pour la forme anormale PRPSc : - une diminution de la solubilité dans les détergents (insoluble) - une résistance à la digestion par la Protéinase K +++ du fait du changement conformationnel -> Diagnostic - une résistance au clivage par la PI-PLC (phosphatidylinositol phospholipase C) -> d’où l’accumulation de la protéine au niveau cellulaire NB : la protéine prion PRP normale est fixée à la membrane cytoplasmique par une ancre GPI clivée par une PI-PLC spécifique qui va la rendre soluble. Lorsqu’elle change de conformation, la protéine PRP ne pourra plus être clivée et va ainsi s’accumuler au niveau des membranes cytoplasmiques mais aussi en intracellulaire car elle ne pourra pas être dégradée lors du recyclage. Dans le cas de la pathologie, la libération dans le milieu extérieur, ne se fera que lors de l’apoptose des neurones. " Prusiner a fait les premières hypothèses sur le mode de passage de la forme cellulaire du prion à la forme scrapie anormale. Selon son modèle, l'évolution pathologique est causée par un changement de conformation (problème de repliement/folding) de la protéine cellulaire normale (PRPC) en une forme pathogène PRPSc. Une fois convertie en protéine anormale, elle va, en plus de ne pas pouvoir être clivée par certaines enzymes, s’accumuler sous forme de fibrilles toxiques. La PRP normale est indispensable au bon fonctionnement du SNC, donc pour que la maladie se développe, il faut qu’il y ait chez le sujet des PRPC qui vont ensuite subir une conversion pour devenir pathologiques. -> L'expression du gène prp est indispensable à la propagation et à la réplication de l'agent infectieux. Qu’est ce qui permet ce changement conformationel ? On remarque qu’il existe une barrière énergétique qui empêche une PRPc de conformation normale de passer sous la forme anormale spontanément ou naturellement. Donc une PRPC toute seule n’a pas la capacité de passer en PRPSC résistante et pathologique. Par contre, l’association d’une PRPC normale avec une PRPSC anormale suffit à convertir une PRPC normale en PRPSC anormale -> CONTACT. (Forme PRPsc est plus stable que PRPc). Il y a donc nécessité d'un contact (= apport d’énergie) entre la forme normale et la forme pathologique, ce qui constitue un hétérodimère et permet (par ce contact) son changement de conformation sous forme d'un homodimère de scrapie. Cette consommation des formes normales, transformées en formes pathologiques, permettrait alors l'accumulation de PRPSC et la formation de plaques amyloïdes toxiques Conclusion : la PRP scrapie faciliterait la transformation des protéines prion normale en anormale Cependant, encore aujourd’hui, on ne connaît pas le mécanisme à l’origine de la modification de la première PRPSc. Au niveau structural : PRPSC et PRPC ont la même composition biochimique mais des structures 2aire et 3aire différentes : la protéine prion normale possède 3 hélices α et 2 feuillets β tandis que sous sa conformation anormale, elle ne possède que 2 hélices α et 4 feuillets β et cette conformation est totalement insensible à la digestion par certaines enzymes telles que la protéinase K et certaines phospholipases C. Conséquences de cette modification de la forme normale en forme pathologique ou résistante : - Une fois qu’on a une protéine de forme scrapie, elle va pouvoir être maintenue et permettre de convertir les formes sensibles en forme résistante et provoquer leur accumulation au niveau cellulaire. - La PRPc qui est fonctionnelle au niveau cellulaire possède son ancre GPI à son extrémité C-terminale. Or, du fait du changement de conformation, on peut voir apparaître des PRP qui sont capables de s'ancrer dans la membrane avec un domaine transmembranaire soit au niveau C-Terminal soit N-Terminal. - L’accumulation de PRPsc (avec des dépôts de fibres amyloïdes comme dans la maladie d’Alzheimer) va diminuer la biosynthèse de la forme classique de la PRPc à ancre GPI et la forme à extrémité N-terminale -> c’est la forme anormale à extrémité C-terminale transmembranaire qui va donc s’accumuler sans que la cellule puisse la dégrader (elle va essayer de la recycler notamment via le cytosol mais cette dégradation va mal se faire) -> conversion de plus en plus de protéines normales et dégénérescence neuronale. Accumulation de prions cytoplasmiques et de dépôts de prions extracellulaires : - Prions cytoplasmiques : toxique pour les neurones - Prions extracellulaires : activation de la microglie Il semble donc aujourd'hui qu'il existe plusieurs formes anormales du prion. Le passage de la forme normale à pathologique se fait soit par l’introduction d’une protéine anormale, soit par des mutations Rq : dans la maladie d’Alzheimer, certaines observations montrent que les protéines β amyloïdes interagiraient avec les protéines de prion et qu’il y aurait donc des liens entre ces deux types de pathologie entrainant toutes deux in fine, la destruction des neurones. Rq : on voit que lors de la consommation de viande, les protéines prion PRPsc résistantes à la digestion sont capables de traverser la barrière digestive sans être dégradées -> ceci peut donc être une cause de mise en contact Cheminement des protéines de prion : les protéines de prion normales sont transférées au niveau de la membrane cytoplasmique via le réticulum endoplasmique et l’appareil de golgi et ces protéines de prion sont en général localisées au niveau de domaines lipidiques en surface cellulaire appelés rafts lipidiques, où elles vont intervenir potentiellement dans la capture du cuivre etc. Lorsqu’on a des formes anormales qui apparaissent, ces protéines de prion entrent normalement dans un cycle de recyclage via les endosomes et sont envoyées vers les lysosomes pour être éliminées mais malheureusement la machinerie enzymatique n’a plus la capacité de les digérer et ces protéines anormales vont être accumulées dans le lysosome puis être relarguées dans le cytosol et à ce moment-là, induire une cytotoxicité cellulaire et la mort des cellules. Détection de PRPres : - On a essayé d’immuniser des souris avec des protéines prions anormales pour voir si l’on était capable de produire des Anticorps mais malheureusement -> pas d’Anticorps spécifiques de l’une ou l’autre des formes (ils détectent les deux, sans distinction malgré le changement de conformation important) - Le seul moyen qu’on a de discriminer la protéine de prion, c’est de procéder tout d’abord à une digestion des protéines de prion totales grâce notamment à la protéinase K qui ne va dégrader que la protéine normale (forme sensible PRPc), et de procéder ensuite à la révélation de la présence de protéines PRPsc résistantes grâce aux anticorps. Attention : Le diagnostic de la maladie à prion n’est confirmé QU’en post-mortem. Destruction totale : - Solides (tissus, matériel chirurgical) : autoclave 135°C pendant 4h30 on a donc été contraint de changer nos méthodes de stérilisation (avant : 120 degrés pendant 20min). - Liquides : autoclavage de la même manière ou traitement par la soude (NaOH à 1N) pendant 1h30 Rq : dans les années 80-90, les techniques d’autoclavage étaient insuffisantes d’où l’apparition de la nvMCJ suivant l’épidémie d’ESB due à la consommation par les animaux de farine animale contaminée et insuffisamment stérilisée. 4. Mutation et polymorphisme - On a essayé de voir si certaines mutations notamment au niveau de la protéine prion de forme normale peuvent faciliter le passage à la conformation anormale et s’il existait des formes familiales de la maladie. Rq : Aujourd’hui on ne peut pas encore en faire la démonstration physiquement car entre le moment où la personne est diagnostiquée et le moment où la pathologie est apparue (que la conversion s’est faite), il va se passer plusieurs dizaines d’années. - On essaie de faire des modèles animaux. Sur la diapo mais pas dit à l’oral : Conjecture de Prusiner -> la transformation serait favorisée dans les formes héréditaires par des mutations dans la protéine et dans les formes transmissibles par la présence de la forme anormale qui agirait comme matrice de transformation. Pas de démonstration directe de ce phénomène de transformation conduisant à l’obtention de matériel infectieux. - Tout ce que l’on sait c’est que 80% des cas d’encéphalopathie spongiforme transmissible (MCJ en particulier), sont d’origine purement sporadique (= survenue spontanée et au hasard dans la population, sans raison apparente, sans mutation ou polymorphisme connu associé au gène prion) avec une incidence de 1-2 cas/million/an. - Dans les années 80 et 90, il y avait tout de même 10% des cas qui étaient d’origine iatrogène, essentiellement liés à des actes médicaux (défaut de décontamination du matériel chirurgical, polémique de l’hormone de croissance récupérée à partir d’extraits cérébraux pouvant être contaminés et réinjectée à des personnes souffrant de nanisme) Causes potentielles liées au polymorphisme du gène du prion : - Pour ce qui est des formes génétiques connues dans l’insomnie fatale familiale, dans les syndromes de GSS et même dans les maladies de Creutzfeldt Jacob familiales, on estime qu’il y a 10% des formes de pathologies d’EST qui sont liées à des formes génétiques. - Différents acides aminés peuvent être modifiés au niveau de la protéine prion et être associés aux différentes formes d’EST. Note du ronéiste : Cette partie était très confuse… Ronéo précédent : La transformation dans le codon 129 d’une méthionine en valine est plus fréquemment rencontrée chez les sujets malades. Sur la diapo : Le codon 129 peut coder pour la méthionine ou la valine. Dans la population générale : 41% met/met, 10% val/val, 49% met/val. Dans la MCJ sporadique : 72% met/met, 17% val/val, 11% met/val -> l’homozygotie (surtout met/met) est un facteur de risque de MCJ sporadique Dit à l’oral : Au contraire, un certain nombre de variants vont protéger contre les maladies à prion, en particulier un remplacement d’une méthionine par une valine dû à un polymorphisme du codon 129 qui lorsqu’on est val/val va protéger tandis que lorsqu’on est homozygote met/met, cela posera généralement problème. Note du ronéiste : je propose de garder la version suivante qu’il a dite plus tard à l’oral et qui correspond mieux au pdf : Concernant cette mutation au niveau du codon 129 du gène du prion, on a montré dans la population que lorsqu’on est homozygote dans la position 129, surtout lorsqu’on est homozygote méthionine, cela va augmenter le risque de développer une forme de MCJ. De même pour la forme valine. C’est vraiment la forme hétérozygote qui semble être la moins prédisposante à cette pathologie. NB : Ce sont des facteurs de risque mais on ne peut pas affirmer qu’ils soient systématiquement associés à la maladie. Progression de la nvMCJ : On a assisté fin des années 90 à l’apparition de la nvMCJ et si on superpose cela à l’épidémie de vache folle (ESB), on est en décalage d’environ 2-3 ans. Dans les années 90, concernant la nvMCJ, on a majoritairement des cas sporadiques mais heureusement, aujourd’hui le nombre de cas de la nvMCJ est redevenu très bas voire anecdotique mais la maladie est toujours présente. Hypothèse : La MCJ semble être visiblement liée (même si on ne peut pas en faire la preuve directe) à la maladie de la vache folle. Preuves indirectes semblant indiquer qu’on a affaire au même agent : nvMCJ et ESB provoquent la même maladie et les lésions qui étaient observées chez les bovins et chez l’homme concernent les mêmes tissus (principalement le cervelet) C’est exactement ce qu’on avait observé dans la maladie du kuru, avec également une origine alimentaire. Points obscurs : quel mécanisme permet la résistance à la digestion ? Comment se fait le passage de la barrière intestinale ? III. La protéine Prion normale : 1. Caractéristiques moléculaires : La PRPc est une Glycoprotéine de 253 acides aminés - exprimée principalement au niveau des neurones - possédant une ancre GPI ancrée au niveau de la membrane cytoplasmique - présentant 3 hélices α et 2 feuillets β qui sont glycosylés (groupements glycanes) - possédant en N-terminal des domaines de liaison (notamment au cuivre, pour son absorption par les cellules neuronales) sous forme de répétitions de décapeptides. 2. Fonctions physiologiques : Pour l’instant on ne sait pas trop à quoi elle sert mais on fait quelques hypothèses : - hypothèse principale actuelle : elle interviendrait dans le transport du cuivre - elle pourrait avoir des fonctions post-synaptiques - dans la lutte contre le stress oxydant - On a observé que les protéines de prion pouvaient basculer dans certains cas au niveau de la bicouche lipidique de la membrane cytoplasmique -> hypothèse que la protéine de prion interviendrait dans des cycles d’endocytose/exocytose 3. Distribution : La PRPc est ubiquitaire. On la retrouve dans : - Système Nerveux Central : cortex cérébral et cérébelleux, hippocampe, tronc cérébral... (exprimée par neurones surtout et cellules gliales : astrocytes, microglie) aussi bien chez l'embryon que chez l'adulte. - Système Nerveux Périphérique : neurones des plexus du tube digestif - Muscle squelettique (jonction neuromusculaire) - Organes lymphoïdes (rate, ganglion, amygdales, thymus → prélèvement des amygdales au lieu d'une ponction dans le système nerveux) : lymphocytes, monocytes et cellules réticulaires dendritiques (présentatrices d'antigènes) en expriment. - Sang circulant : → Les plaquettes (expriment et véhiculent la moitié de la quantité totale des protéines prion), → Le sérum exprime l'autre moitié et ce seront surtout les lymphocytes et les monocytes qui vont les véhiculer ! intérêt de la leucodéplétion avant transfusion : on supprime les leucocytes pour éviter le risque de transmission. - Testicule, ovaire, intestin, poumon, pancréas (ilots endocrines), glandes salivaires (à sécrétion muqueuse), foie, estomac, rein (certaines portions tubulaires du néphron)... - Placenta +++ : très exprimée, ce qui a fait craindre un risque de transmission foeto-maternelle mais les observations jusqu’à aujourd’hui n’ont pas prouvé qu’il pouvait y avoir une transmission du prion de la mère à l’enfant. IV. Protéine prion anormale 1. Mécanismes pathologiques L’hypothèse principale, (hormis les origines iatrogènes où on introduit directement une protéine prion dans le SNC) voudraient que les contaminations par le prion passeraient tout simplement par la voie digestive. " On a donc pénétration par voie orale -> passage de la barrière digestive sachant que les formes normale (?) et anormale de la protéine du prion résistent à la digestion -> mise en contact des protéines prion avec les cellules du système immunitaire où elles vont se répliquer -> les protéines prion récupérées par les cellules du système immunitaire seraient ensuite amplifiées dans les organes lymphoïdes : la rate, les ganglions lymphatiques, le thymus, les amygdales -> enfin, elles sont transportées par le SNP (via la moelle épinière) vers le SNC. -> Une fois au SNC, la PRPsc initierait la conversion des formes normales en anormales -> On a ensuite accumulation de la forme anormale dans les lysosomes où ils résistent à la protéolyse et vont commencer à induire une cytotoxicité. -> On a une apparition de vacuoles dans les neurones, qui vont grossir et pousser en périphérie les organites cytoplasmiques -> Le neurone meurt par apoptose (neurodégénérescence) et libère ses prions, qui vont former des plaques amyloïdes. Rq : les protéines de prion peuvent par exemple, depuis la cavité péritonéale, passer directement vers le SNP avant d’atteindre le SNC ou le faire avec l’aide des cellules du système immunitaire. Rq : les cellules du système immunitaire expriment naturellement des protéines de prion qui bizarrement ne présentent aucune cytotoxicité ni pour les lymphocytes T, les lymphocytes B, les macrophages… -> Cette cytotoxicité se traduit spécifiquement au niveau des cellules du SNC " Coupe histologique de la substance grise d'un cerveau de mouton atteint de tremblante A droite : On voit les vacuoles dans les neurones. Mécanisme au niveau cellulaire : Cette cytotoxicité de la PRPsc va engager la voie de l’apoptose en agissant directement au niveau des mitochondries par activation des pro-caspases et libération de Ca2+ Processus classique de l’apoptose : fragmentation de l’ADN nucléaire et du cytoplasme, modification de la répartition des phospholipides de la membrane plasmique Rq : il y a aussi une activation d’hydrolases en plus de l’apopstose. -> mort du neurone Une fois que le neurone meurt, il va libérer ses protéines de prion qui vont s’accumuler sous forme de plaques dans le système nerveux. Celles-ci entrent en contact avec les cellules gliales (microglie) et les activent. Ces cellules gliales ne vont alors pas déclencher une réponse inflammatoire mais plutôt un mécanisme scavenger, c’est-à-dire qu’elles vont essayer de faire le nettoyage pour essayer de débarrasser ces plaques qui s’accumulent dans le SNC. " -> Voilà chronologiquement ce qui se passe lorsqu’on injecte du PRPsc. Pathologie expérimentale : Pour montrer que c’est un mécanisme qui prend énormément de temps, on a étudié la dégénérescence neuronale lorsqu’on met des neurones en contact avec des protéines de PRPsc. Les premières observations ne se font que 60 jours après l’injection des protéines scrapie : on voit le début de dépôt intracellulaire mais également extracellulaire de PRPsc sous forme fibrillaire. Très rapidement derrière, on va avoir une perte des contacts synaptiques = les neurones commencent à s’isoler les uns des autres, puis on commence à observer une atrophie des dendrites (3e mois). On pourrait penser que dès ce moment-là on voit des symptômes apparaître, mais il faut attendre qu’on ait une perte neuronale relativement importante pour que les premiers signes cliniques commencent à apparaître (au bout d’environ 180 jours). Rq : Même expérimentalement, si on fait une injection de protéines de scrapie à une souris par exemple, les premiers phénomènes (activation des cellules astrocytaires, mort neuronale…) vont commencer à apparaître sans qu’il y ait extérieurement des symptômes. 2. Rôle du système immunitaire : le complément Est-ce que vraiment le SNC ne donnant pas à observer de réponse inflammatoire, il n’y aurait pas pour autant une réponse immune ? En fait si, quand on fait des immunomarquages au niveau d’un SNC infecté par des protéines prion, on voit qu’en détectant la protéine prion et les marqueurs du complément, on a des molécules du complément qui viennent s’accumuler et s’agréger là où on a des protéines de prion. On va notamment trouver des facteurs C1q et C3 appartenant au système du complément -> on a donc quand même une reconnaissance des protéines prion anormales par le complément. C’est le système immunitaire inné qui intervient dans les maladies à prion, le SI adaptatif n’existe pas dans le SNC. Les microglies (SI inné) ont la capacité de reconnaître les particules du prion sous formes anormales et on observe alors des mécanismes d’attaque par le complément. Rq : On voit exactement ce que l’on voit lorsqu’on fait ce type d’étude dans le cas d’une maladie qui à première vue n’est pas une maladie à prions : la maladie d’Alzheimer (avec des dépôts de plaques séniles type plaques β-amyloïdes). En effet, on a de la même façon un dépôt de molécules du complément type C1q -> dans ces deux pathologies, entrainant une dégénérescence du SNC sans être forcément liées au même agent causal, on retrouve donc des mécanismes similaires en termes de réactivité du système immunitaire, en tout cas au niveau du système du complément. Question 2013 : Pourquoi dit-on que les maladies à prion ne font pas intervenir de processus inflammatoire alors qu'il y a bien intervention de l'immunité, du complément, de microglies... ? Réponse : Dans une maladie à prion, en périphérie, il n'y a aucun signe de la production de cytokines inflammatoires, etc. Dans le cerveau, lorsqu'il y a une phase active de destruction, on aura production de certaines cytokines mais on n'observera pas de mécanisme classique d'infiltration par des cellules du système immunitaire. La seule réaction est celle des microglies. Alors que dans d'autres pathologies, on va avoir infiltration de lymphocytes T et B dans le SNC. L'intervention du complément dans les maladies à prion va permettre d'activer les récepteurs au C1q et au C3, contribuant à l'attaque des cellules. Mais il n'y a pas de schéma classique d'inflammation (pas de signes caractéristiques de l'inflammation). Lorsque les neurones vont mourir, ils vont stimuler d'autres cellules gliales qui sécrèteront alors des facteurs proinflammatoires permettant recrutement et activation (des microglies, des mastocytes) : une réaction inflammatoire se met en place mais elle n'est pas classique (comme on peut le voir en périphérie dans d'autres pathologies). Dans les maladies à prions il n'y aura par exemple pas de phénomène de vasodilatation, ni d'augmentation de la perméabilité vasculaire... V. Screening et diagnostic : ! Aujourd’hui, heureusement, il n’y a plus de crise associée à ces pathologies, hormis quelques cas sporadiques qui continuent à apparaître régulièrement, et on se demande toujours si on a les moyens de diagnostiquer à partir de différents liquides biologiques ou de différents tissus, la présence de la protéine prion anormale. La question se pose notamment pour tout ce qui est don de type don de plaquettes (car elles sont riches en prions), de globules rouges, dons d’organes.. On essaye d’identifier les sources de contamination et tester alors l’innocuité de viandes animales, de tissus lors des greffes, des dons de sang etc... Aujourd’hui, la seule technique que l’on a est celle consistant à prendre un échantillon, à le traiter avec de la protéinase K puis à utiliser les Ac anti prion pour essayer de mettre en évidence les protéines prion anormales, ce qui reste assez lourd. De plus, la problématique qui reste est que pour un patient, de son vivant, tant que les symptômes ne sont pas apparus, il est impossible d’aller affirmer à 100% que quelqu’un souffre d’une pathologie à prions. -> Ce n’est que postmortem, lorsqu’on aura accès aux tissus, que l’on pourra le faire. On peut donc faire tout un ensemble d’analyses qui permettent d’évoquer une maladie de type EST, essentiellement à partir de l’apparition des premiers symptômes, mais en phase asymptomatique c’est pour l’instant totalement impossible. Ainsi, le diagnostic aujourd’hui repose essentiellement sur la clinique du patient, sur certaines analyses biochimiques, électrophysiologiques, sur des électro encéphalogrammes qui n’apportent finalement qu’un réseau d’indices sur des analyses aux résultats peu constants. Le seul test qui serait fiable, c’est un test qui n’est valable que dans la nvMCJ où notamment on met en évidence la protéine scrapie dans des appendices : on fait un prélèvement au niveau de l’amygdale à partir bien évidemment du moment où les symptômes sont apparus. Cela permet de confirmer la pathologie mais la problématique ne change pas car même si on confirme la pathologie, il n’y a aucun traitement et on n’a aucun moyen même de ralentir la progression de la pathologie et on sait que la personne généralement à partir du moment où les premiers symptômes apparaissent, va mourir dans les 2 à 3 ans qui suivent le diagnostic. Rq : même si c’est transmissible, ce n’est pas contagieux. /!\ CONCLUSION : Le prion fait partie de ces nouvelles pathologies contre lesquels on a très peu de moyens. Tant que les symptômes ne sont pas apparus, on ne peut poser le diagnostic. Une fois les symptômes apparus, le diagnostic est clinique et on confirme la présence de la forme anormale du prion par des prélèvements et analyses, notamment la détection via la méthode de digestion/Anticorps. Mais il n'existe pas de traitement pour les maladies à prion. On agit alors surtout par de la prévention et le seul moyen qu’on ait trouvé est de décontaminer tout matériel suspect pour éliminer les PRPsc. Question élève : si on nous demande dans les QCM les fonctions de la protéine prion, on ne peut qu’évoquer des hypothèses et non affirmer par exemple : sa fonction est le transport du cuivre. Annales 15/16 : session 1 c 80. Concernant la protéine prion (forme PRP ) : A.C’est une protéine exclusivement produite par les neurones. B.C’est une protéine membranaire. C.Sa détection peut être discriminé de celle de la forme scrapie par des anticorps. D.Elle est résistante à la digestion par la protéinase K. E.Elle est résistante au clivage par la PI-PLC (Phosphatidylinositol-phospholipase C) Annales 15/16: session 2 sc 80. Concernant la protéine prion (forme PRP ) : A.Il s’agit d’un agent transmissible dit non-conventionnel. B.Il est responsable de pathologies à évolution lente (plusieurs années) avant l’apparition des premiers symptômes. C.Il est neurotoxique. D.C’est une protéine d’origine virale. E.Aucune des propositions ci-dessus n’est exacte. Annales 14/15: session 1 sc 50.Concernant les agents prions (forme scrapie, PRP ) : A.Ce sont des agents transmissibles dits conventionnels. B.Ils sont responsables d’affections neurodégénératives du système nerveux périphérique. C.Ils sont à l’origine de pathologies humaines. D.Ils sont à l’origine de pathologies animales. E.Ils sont responsables de la maladie d’Alzheimer 51.Parmi les cellules, tissus ou organes suivants, lesquels sont exempt de la protéine Prion forme PRPc: A.Hippocampe B.Microglie C.Rate D.Plaquettes E.Testicule Annales 14/15 : session 2 66.Concernant les caractéristiques des pathologies à prions : A.Ce sont des pathologies à incubation courte (apparition des premiers symptômes durant la première année post-infection). B.Ce sont des pathologies à évolution lente sauf dans le cas de la nouvelle variante de la maladie de Creutzfeldt-Jacob. C.Il n’existe actuellement aucun traitement. D.Ils sont responsables de lésions du système lymphoïde. E.Ils se caractérisent par une inflammation du système nerveux central. 67.Concernant la forme scrapie du prion (PrPsc) : c A.Sa formation nécessite la présence de protéines PRP . B.Elle clive la protéine PRPc sous forme de fibrilles. C.C’est une protéine neurotoxique. D.Elle est résistante à la protéinase K. E.Elle est résistante à la phospholipase C. Annales 13/14 : session 1: pas trouvé les questions sur prion Annales 13/14 : session 2: 55. Concernant les prions : A.Ce sont les plus petites particules virales connues. B.Les maladies à prions sont caractérisées par des lésions du système nerveux central et du système lymphoïde. c C.La forme pathologique du prion est la PrP . sc D.La PrP peut être facilement mise en évidence grâce à un anticorps spécifique. E.La neurotoxicité de la forme anormale du prion est exacerbée par l‟activation des microglies. Annales 12/13 :session 1 et 2 pas de question sur prion Annales 11/12: session 1 & 2 pas question sur le prion Annales 10/11: session 1 & 2 pas question sur le prion
