Cet article traite de :
- Que sont les EST ou maladies à prions ?
- Histoire des encéphalopathies spongiformes transmissibles
- Étiologie des encéphalopathies spongiformes transmissibles
- Physiopathologie des encéphalopathies spongiformes transmissibles
- L’agent infectieux responsable des EST
- Modes de transmission des EST – causant des prions
- Voies d’administration des prions au cerveau dans les EST
- La base moléculaire des lésions cérébrales causées par les prions dans les EST
- Diagnostic des EST
- Comprendre les défenses contre les prions pourrait conduire à des EST
- Progrès dans la prévention et la guérison des EST
- Épidémiologie des EST
Que sont les EST ou maladies à prions ?
Les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions sont des infections transmises à l’homme et à l’animal, provoquées par la particule infectieuse prion. Les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions sont toujours des maladies mortelles qui affectent l’ensemble du système nerveux central (SNC), provoquant une neurodégénérescence généralisée. Il n’existe pas encore de remède contre les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou les maladies à prions. Les symptômes cliniques des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou des maladies à prions comprennent un dysfonctionnement cognitif et moteur. La propagation des particules de prion avec formation étendue de plaques amyloïdes dans le cerveau est courante. Les maladies humaines à prions comprennent Kuru,Maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), la variante de la MCJ (vMCJ), la maladie de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) et l’insomnie familiale mortelle (FFI) (Imran et Mahmoud. Un aperçu des maladies humaines à prions. Journal de virologie 2011, 8:559 ; Aguzzi A, Calella AM. Prions : agrégation de protéines et maladies infectieuses. Physiol Rév. 89 : 1105-1152, 2009 ; est ce que je:10.1152/physrev.00006.2009 réf ).
Les maladies animales à prions comprennent la tremblante, qui infecte les moutons et les chèvres, l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) ou maladie de la « vache folle », et la maladie débilitante chronique (MDC), qui infecte les cerfs et les wapitis.
Toutes les maladies infectieuses sont causées par des bactéries, des virus et des parasites à l’exception des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions. Contrairement à ces organismes qui contiennent soit des protéines et de l’acide nucléique, soit simplement de l’acide nucléique, le prion est une particule protéique unique, auto-propagée, qui ne contient aucun acide nucléique. Ceci est d’autant plus intriguant que l’acide nucléique code pour le matériel génétique et constitue une condition préalable à la réplication/propagation. Le prion est une contrepartie anormale d’une protéine cellulaire normale appelée protéine prion cellulaire (PrPC). La protéine PrPC est codée par le gène PRNP. Le prion est une protéine mal repliée, avec une conformation anormale et sujette à une agrégation visible. Le prion impose sa conformation anormale à la PrPC hôte, se répliquant ainsi. (Aguzzi A, Calella AM. Prions : agrégation de protéines et maladies infectieuses. Physiol Rév. 89 : 1105-1152, 2009 ; est ce que je:10.1152/physrev.00006.2009 réf ). La PrPC est donc nécessaire à la propagation, à la transmission et à la neurodégénérescence des prions. Le mécanisme de toxicité du prion n’est pas compris, mais le prion interfère probablement avec la fonction cellulaire de la PrPC normale.
Antécédents d’encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou de maladies à prions
La première maladie humaine à EST/prion a été découverte par Gajdusek qui a observé que l’EST Kuru se propageait parmi les peuples Fore des hautes terres orientales de Papouasie-Nouvelle-Guinée et les peuples voisins par le biais du cannibalisme rituel (Aguzzi A, Calella AM. Prions : agrégation de protéines et maladies infectieuses. Physiol Rév. 89 : 1105-1152, 2009 ; est ce que je:10.1152/physrev.00006.2009, Imran et Mahmood. Un aperçu des maladies humaines à prions. Journal de virologie 2011, 8:559 réf ). Le premier cas de Kuru a été découvert en 1920. La transmission interhumaine du Kuru était endémique chez les aborigènes de Papouasie-Nouvelle-Guinée en raison du rituel consistant à manger le cerveau et les viscères du défunt par les femmes et les enfants en signe de respect envers les morts. Les hommes qui consommaient les muscles étaient beaucoup moins exposés au Kuru. Une interdiction du cannibalisme rituel imposée par les autorités australiennes dans les années 1950 a entraîné le déclin du Kuru. Kuru a été la première maladie humaine à prions à être transmise expérimentalement à des animaux par injection intracérébrale d’homogénats de cerveau humain infecté à un chimpanzé. Par la suite, ce modèle de transmission expérimentale d’autres maladies humaines à prions aux animaux a été mis en évidence. Au début, on pensait que le Kuru et la maladie animale, la tremblante, étaient tous deux causés par des virus. Cependant, la découverte de la transmission autosomique dominante de la MCJ il y a environ 90 ans et l’identification ultérieure de mutations dans la séquence codante pour la protéine du gène PRNP (qui code pour la PrPC) ont fait de la MCJ une maladie génétique. La transmission expérimentale de la maladie aux animaux a été démontrée par injection d’extraits de cerveau de patients décédés d’EST familiale. Cela a établi la base génétique des maladies à prions dans les mutations du gène PRNP et le « prion défectueux » comme agent infectieux.
Étiologie des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions
Il existe seize variantes d’EST signalées à ce jour, dont neuf chez l’humain et sept chez l’animal (Imran et Mahmoud. Un aperçu des maladies humaines à prions. Virologie Journal 2011, 8:559). Les maladies humaines à prions peuvent survenir sporadiquement, être héréditaires ou acquises (Imran et Mahmood. Un aperçu des maladies humaines à prions. Virology Journal 2011, 8:559 réf ). Les maladies humaines sporadiques à prions comprennent la maladie de Cruetzfeldt-Jacob (MCJ), l’insomnie mortelle et la prionopathie variablement sensible aux protéases. Les maladies à prions familiales ou héréditaires sont causées par des mutations génétiques autosomiques dominantes du gène PRNP, avec plus de 20 mutations liées à l’hérédité de la maladie à prions (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651 ref ).Ils comprennent la MCJ familiale, l’insomnie familiale mortelle et le syndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker. Seulement 5 % des cas sont dus à des maladies humaines acquises à prions. Ceux-ci incluent le kuru, la MCJ iatrogène ; et la forme variante de la MCJ (vCJD) transmise aux humains par la consommation de bœuf infecté. Les prions pénètrent dans l’organisme par diverses voies non neuronales. La chirurgie cérébrale a malheureusement entraîné une infection directe du cerveau par des prions (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651 réf ).
Physiopathologie des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions
Les EST détruisent la matière grise du système nerveux central, entraînant une perte de neurones, une gliose et un aspect spongiforme du tissu du système nerveux central dû à la vacuolisation ou à la formation de plaques (medscape : Maladies liées aux prions. Auteur : Tarakad S Ramachandran, MBBS, FRCP, FRCPC ; Rédacteur en chef : Niranjan N Singh, MD, DMréf ). Les plaques sont des agrégats de protéines prions anormales et sont révélées par des anticorps spécifiques du prion. Les anticorps contre les prions ne réagissent pas de manière croisée avec d’autres plaques amyloïdes telles que celles provoquées par la protéine bêta-amyloïde qui est une protéine pathogène caractéristique de La maladie d’Alzheimerplaques. Les plaques de prions présentent une coloration amyloïde caractéristique telle qu’une biréfringence vert pomme après coloration au rouge Congo sous lumière polarisée. Chez environ 10 % des patients atteints de MCJ, des plaques amyloïdes sont observées dans les zones cérébrales et cervelet du cerveau. Des plaques cérébelleuses multicentriques sont toujours observées dans les cerveaux infectés par la maladie de Gerstmann-Sträussler-Scheinker.
L’agent infectieux responsable des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions
Comme mentionné précédemment, le conformateur pathogène ou anormal PrPSc est la forme mal repliée de la protéine prion cellulaire PrPC, codée par le gène PRNP. Le gène PRNP apparaît sur le bras court du chromosome 20 (20p13) sous la forme d’un gène à copie unique de 16 kilos de base (Imran et Mahmoud. Un aperçu des maladies humaines à prions. Journal de virologie 2011, 8:559 réf ). Le gène PRNP est constitué de deux exons, c’est-à-dire des régions codantes du gène, où le deuxième exon contient le cadre de lecture ouvert (séquence entière de la protéine PrPC ou PrPSc). La séquence primaire d’acides aminés de la PrPC et de la PrPSc est identique, mais les conformations secondaires et tertiaires diffèrent en ce sens que la PrPC est en hélice alpha tandis que la PrPSc a une structure en feuillet bêta. L’isoforme PrPSc est extrêmement résistante à la protéolyse et à la dégradation par les agents désinfectants chimiques et physiques, tandis que la PrPC normale est sensible aux deux et se dégrade facilement. La PrPC se dissout dans les détergents et est facilement protéolysée, tandis que la PrPSc est insoluble et résistante aux protéases. La PrPSc est également extrêmement stable thermiquement contrairement à la PrPC. PrPSc signifie PrPscrapie et est utilisé pour indiquer le caractère pathogène de la particule, la tremblante étant la première EST animale connue. Le modèle d’ensemencement-nucléation, basé sur des études expérimentales, suggère que les oligomères de PrPSc catalysent la conversion de la protéine PrPC normale en conformation de feuille bêta aberrante et mal repliée de PrPSc, propageant ainsi la PrPSc. La PrPSc nouvellement créée est sujette à l’oligomérisation en fibrilles et sa dégradation éventuelle fournit d’autres modèles de PrPSc pour la conversion de PrPC en PrPSc. Selon l’étiologie de la maladie particulière, la PrPSc est soit préexistante, c’est-à-dire endogène, soit acquise par infection de novo. La pathogenèse des EST est due à la propagation des prions dans le système nerveux central, notamment dans le cerveau, et à la formation de plaques destructrices qui en résulte. En fait, les chercheurs ont développé un test d’amplification cyclique de repliement incorrect des protéines ou PMCA (Aguzzi A, Calella AM. Prions : agrégation de protéines et maladies infectieuses. Physiol Rév. 89 : 1105-1152, 2009 ; est ce que je:10.1152/physrev.00006.2009 ref ) où il est démontré que la conversion autocatalytique et la réplication de la PrPC médiées par la PrPSc se produisent in vitro. De petites quantités d’homogénats de cerveau infectés par la PrPSc sont mélangées avec un homogénat de cerveau non infecté contenant de la PrpC. Lors de la coincubation, la PrPC est convertie en PrPSc de manière cyclique, entraînant une amplification de la PrPSc. Les agrégats de PrPSc amplifiés, et lorsque les agrégats sont décomposés par sonication en fibrilles plus petites, les fibrilles à leur tour, lorsqu’elles sont co-incubées avec de la PrPC fraîche, provoquent à nouveau une amplification de la PrPSc, c’est-à-dire qu’elles agissent comme une graine pour former de nouveaux agrégats de PrPSc. Le cycle d’amplification de la PrPSc peut ainsi être répété à l’infini.
Modes de transmission des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) – responsables des prions
L’absorption orale de prions a provoqué des épidémies majeures telles que le Kuru et la variante de la MCJ ; et des épizooties comme la tremblante (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651 réf). L’épidémie de Kuru résultant d’un cannibalisme rituel a déjà été décrite plus tôt. L’encéphalopathie spongiforme bovine est une maladie à prions du bétail qui s’est propagée en raison de la pratique de recyclage des aliments vers des bovins contaminés par des prions. L’encéphalopathie spongiforme bovine, plus communément appelée maladie de la vache folle, a tué plus de 280 000 bovins dans le monde. La variante de la maladie de Creutzfeldt-Jacob, qui s’est propagée chez l’homme en raison de la consommation de bœuf contaminé par des prions provenant de vaches souffrant d’encéphalopathie spongiforme bovine, a tué plus de 200 humains.
Les prions sont transmis efficacement par voie parentérale. La transmission parentérale iatrogène des prions s’est produite avec une incidence élevée dans le passé. La variante de la MCJ a été transmise par transfusion de produits sanguins contaminés par des prions provenant de donneurs infectés par la variante de la MCJ, tels que des globules rouges non déleucocytés et des préparations de facteur VIII purifié par anticoagulant. D’autres produits thérapeutiques dérivés de sources humaines, tels que les hormones hypophysaires humaines : l’hormone de croissance (utilisée pour traiter le nanisme) et les hormones de fertilité, ont entraîné une transmission parentérale du prion. Avant la technologie de l’ADN recombinant, des thérapies biologiques étaient développées en extrayant les hormones de l’hypophyse d’un cadavre humain. De tels extraits hypophysaires ont entraîné plus de 160 cas de décès dus à la MCJ. Dans des modèles animaux expérimentaux, l’administration parentérale de prions est très efficace pour établir une infection, avec réplication des prions à la fois extraneuraux, lymphoïdes et invasion du système nerveux central. La transmission intracérébrale iatrogène des prions s’est également produite dans le passé. En effet, les prions sont efficaces pour échapper aux défenses immunitaires de l’hôte, se répliquer dans les organes lymphoïdes, envahir le système nerveux central et traverser la barrière hémato-encéphalique pour pénétrer dans le cerveau. Les prions sont transmis très efficacement par administration directe au cerveau. Une transmission iatrogène de la MCJ (iCJD) a eu lieu lors de neurochirurgies et de greffes de dure-mère. Les premiers cas de ce type ont eu lieu à Zurich dans les années 1970, lorsque des enregistrements électroencéphalographiques stéréotaxiques (EEG) ont été réalisés avec des électrodes réutilisées après stérilisation avec des vapeurs d’éthanol et de formaldéhyde (qui tuent les virus et les bactéries). Les prions ne sont pas affectés par ces agents stérilisants. Deux patients sont décédés des suites de l’infection. La transmission ultérieure de la MCJ aux chimpanzés via les électrodes les a établis comme la source de la particule infectieuse. Les aérosols transmettent efficacement les prions aux souris de laboratoire, ce qui nécessite une révision des pratiques actuelles liées aux prions et des lignes directrices sur la sécurité biologique dans les laboratoires de diagnostic et de recherche.
Voies d’administration des prions au cerveau dans les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou les maladies à prions
Les prions pénètrent dans les organes lymphoïdes (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651 ref ) et se répliquent en particulier dans les cellules dendritiques folliculaires qui résident dans le tissu lymphoïde. L’ablation des cellules dendritiques folliculaires peut donc décourager la propagation des prions dans le corps. Les cellules B du système immunitaire sécrètent des lymphotoxines et du facteur de nécrose tumorale nécessaires à la maturation des cellules dendritiques folliculaires. Par conséquent, l’épuisement des cellules B devrait épuiser les cellules dendritiques folliculaires et entraîner une résistance à l’infection à prions. Conformément à cette observation, les souris déficientes en cellules B (μMT, Rag1−/−, Rag2−/−) sont résistantes à l’infection extraneurale par les prions et manquent de cellules dendritiques folliculaires. La réplication du prion dans les cellules dendritiques folliculaires dépend de l’expression de la PrPC dans ces cellules, comme observé pour la souche de prion ME7. Contrairement à ces observations, des souris dépourvues du récepteur 1 du facteur nécrotique tumoral, et donc dépourvues de cellules dendritiques folliculaires matures, développent des titres élevés de prions dans le tissu des ganglions lymphatiques extraneuraux lorsqu’elles sont confrontées à un prion. De plus, les prions se répliquent de manière dépendante des lymphotoxines dans les granulomes inflammatoires dépourvus de cellules dendritiques folliculaires. Prises ensemble, toutes ces observations indiquent que non seulement les cellules dendritiques folliculaires, mais aussi d’autres types de cellules hébergent et répliquent également des prions dans les tissus extraneuraux. Après réplication dans les organes lymphatiques, les prions pénètrent dans les nerfs sympathiques et parasympathiques et envahissent le système nerveux central. La voie d’invasion des prions lors de l’administration orale de prions a été suivie en suivant la séquence temporelle de l’accumulation de prions. Lors d’une provocation intrapéritonéale, l’ablation des nerfs sympathiques, de manière transitoire ou permanente, par une intervention chimique ou immunologique, retarde ou prévient la tremblante, tandis que l’hyperinnervation augmente l’invasion des prions et la pathogenèse. Ces résultats suggèrent fortement qu’après réplication dans le ganglion lymphatique, les prions voyagent à travers les nerfs pour pénétrer dans le système nerveux central. Le taux d’invasion du système nerveux dépend de la distance entre les cellules dendritiques folliculaires et les nerfs.
La base moléculaire des lésions cérébrales causées par les prions dans les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou les maladies à prions
Afin de développer des mesures thérapeutiques efficaces pour contrôler les dommages massifs au cerveau causés par l’encéphalopathie spongiforme, il est fondamental de comprendre les mécanismes exercés par les prions qui aboutissent à cette horrible pathologie. La neurotoxicité induite par les prions nécessite la PrPC. (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651réf ). Une hypothèse est que les PrPC agissent comme des récepteurs de la signalisation médiée par les prions qui provoque des effets neurotoxiques. Cette hypothèse est basée sur les résultats de Alzheimermaladie qui, bien qu’il ne s’agisse pas d’une EST, présente une pathologie cérébrale caractéristique similaire aux maladies à prions, avec une formation importante de plaques. La PrPC in vitro intervient dans la toxicité synaptique des oligomères amyloïde-β (Aβ) ainsi que chez les souris transgéniques Aβ (APPswe/PSen1ΔE9). Les anticorps anti-PrP ou leurs régions de liaison à la PrP ont non seulement bloqué l’interaction entre la PrP et les oligomères bêta-amyloïdes, mais ont également bloqué la toxicité synaptique bêta-amyloïde dépendante, ce qui suggère que la PrPC est impliquée dans la pathogenèse deLa maladie d’Alzheimer. Cependant, l’injection intracérébrale de bêta-amyloïde, en l’absence de PrPC, provoquait toujours des réponses hippocampiques déficientes. En outre, la découverte de l’implication de la PrP dans la toxicité synaptique médiée par la bêta-amyloïde n’a pas pu être reproduite. Bien que l’hypothèse reste peu concluante et controversée, il a été suggéré que l’effet pourrait dépendre de la disponibilité du cuivre. Il y a trop d’inconnues dans le mécanisme de toxicité cérébrale des prions. Les variantes de la PrPC constituées de la protéine liée au prion avec différentes régions internes manquantes, appelées délétions internes (Δ32-134 ; Δ94-134), induisent une neurodégénérescence dans la maladie de Shmerling et de Baumann. La condition peut être sauvée en exprimant la PrPC complète en introduisant le gène PRNP normal (sans aucune délétion). Par conséquent, on pense que la variante PrPC entre en compétition avec des molécules de type PrPC pour se lier à un récepteur commun et inhibe peut-être la fonction de la PrPC (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651réf ). De plus, étant donné que la suppression des résidus Δ32 à 134 et Δ94 à 134 entraîne une neurodégénérescence, mais que la suppression des résidus Δ23 à 134 n’a aucun effet négatif ou toxique, on pense que les résidus 23 à 31 sont impliqués dans la maladie de Shmerling et de Baumann. Ces résidus couvrent la queue amino-terminale de la protéine PrPC. Il est donc suggéré que la toxicité pourrait être induite par la queue amino-terminale créant des pores et perturbant la membrane plasmique cellulaire en cas de variantes de délétion de la PrPC, provoquant ainsi la pathologie de la maladie. Dans le cas d’une PrPC complète, les régions globulaires internes de la protéine créent une structure stérique qui maintient la queue amino-terminale éloignée de la membrane. L’expression d’une insertion de quatorze répétitions d’octapeptidiques (PG14) dans la protéine PrPC chez des souris transgéniques a déclenché une neurodégénérescence chez les souris possédant, ainsi que chez les souris dépourvues, le gène PRNP. La pathologie était similaire à celle observée chez les humains porteurs d’une mutation similaire (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651réf ). Cette pathologie n’a pas pu être sauvée par l’introduction de la PrPC. Parallèlement au fait que la répétition des octapeptides induit une neurodégénérescence chez les animaux possédant un PRNP qui exprimerait une PrPC normale, cette découverte indique que la répétition des octapeptides de PG14 PrP provoque une neurodégénérescence via un mécanisme irréversible.
Diagnostic des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou des maladies à prions
Le diagnostic moléculaire des EST repose sur le clivage différentiel par l’enzyme protéinase K de la PrPC par rapport à la PrPSc, qui est très résistante à la protéolyse, et seule l’extrémité NH2 est clivée. Une avancée récente est l’utilisation de l’enzyme protéase thermolysine pour le diagnostic des maladies à prions. La thermolysine hydrolyse la PrPC mais ne clive pas du tout la PrPSc (laisse l’extrémité NH2 intacte) (Aguzzi A, Calella AM. Prions : agrégation de protéines et maladies infectieuses. Physiol Rév. 89 : 1105-1152, 2009 ; est ce que je:10.1152/physrev.00006.2009 réf ). Des immunoréactifs très sensibles pour la détection de la PrPSc dans les tissus et les liquides organiques sont nécessaires au diagnostic des EST. Des diagnostics de haute qualité, hautement spécifiques à la PrPSc et à haute affinité sont disponibles, tels que la série d’anticorps « POM » qui reconnaissent les épitopes conformationnels uniques à la PrPC dans la région COOH-terminale de la PrPC et les épitopes linéaires dans la région NH2-terminale. Certains anticorps ont des affinités très élevées, de l’ordre de l’ordre femtomolaire, pour la protéine prion. Des anticorps qui se lient uniquement à la PrPSc sans se lier à la PrPC ont également été développés. Des peptides dérivés de la PrP qui se lient spécifiquement à la PrPSc ont été découverts et sont utiles pour la détection très sensible des prions. Dans un test immunologique appelé sandwich ELISA, les peptides dérivés de la PrP se lient et détectent la PrPSc dans la gamme des nanolitres, dans un homogénat cérébral variant de la MCJ dilué dans le plasma. Il s’agit d’un test très sensible particulièrement utile pour la détection des prions pathogènes dans le sang des patients. La méthode d’amplification cyclique de repliement des protéines ou PMCA est également une méthode très sensible et spécifique pour la détection des prions pathogènes, avec une sensibilité six mille six cent fois supérieure aux méthodes standard de détection des prions. La PrPSc a été amplifiée et détectée par le test d’amplification cyclique de repliement incorrect des protéines pendant la phase présymptomatique de la maladie à partir du sang de hamsters infectés par des prions de la tremblante. Les polymères conjugués luminescents constituent une classe unique de colorants amylidotropes. Ces colorants possèdent un squelette thiophène et la géométrie du squelette régit les propriétés optiques telles que la fluorescence du colorant. Lorsque les polymères conjugués luminescents interagissent avec les dépôts amyloïdes de la protéine prion et se lient à ceux-ci, ils génèrent une empreinte optique unique pour chaque conformation protéique. Ainsi, divers agrégats de prions au sein d’un mélange hétérogène peuvent être identifiés à l’aide d’une coloration de polymères conjugués luminescents. Les polymères conjugués luminescents présentent une liaison spécifique aux dépôts de protéines prions, même lorsque ceux-ci ne sont pas colorés par d’autres colorants amylidotropes comme le rouge Congo et le ThT. De plus, le schéma de coloration diffère en fonction des souches de prions et ces souches peuvent donc être différenciées par des polymères conjugués luminescents dotés de chaînes latérales ioniques distinctes. Diverses combinaisons des méthodes de diagnostic ci-dessus peuvent être envisagées et sont en cours d’exploration, par exemple des polymères conjugués luminescents et une amplification cyclique de repliement incorrect des protéines dans un test de détection des prions pathogènes permettant une visualisation en temps réel du repliement et de la multiplication des prions.
Des biomarqueurs de substitution représentant les réactions spécifiques de l’hôte à une infection à prion peuvent constituer des outils de diagnostic utiles pour l’identification des patients à risque, en particulier à des fins de transfusion sanguine, qu’ils soient donneurs ou receveurs. Les marqueurs de substitution doivent être détectables au stade présymptomatique de l’infection et être facilement accessibles pour la détection, par ex. dans les fluides corporels comme le sang ou l’urine. S-100, l’énolase spécifique des neurones, la protéine 14-3-3 et l’inhibiteur de la cystéine protéinase, la cystatine C, sont des exemples de biomarqueurs qui augmentent lors d’une infection à prion dans le liquide céphalo-rachidien, par ex. chez les personnes infectées par la MCJ sporadique. L’alpha1-antichymotrypsine urinaire est également un biomarqueur unique à l’infection à prion.
La meilleure preuve de la détection du prion est l’infectiosité du prion. Les tests d’infectivité des prions chez des animaux tels que les souris transgéniques exprimant la PrPC (tga20), les souris transgéniques exprimant le système immunitaire humain et le campagnol des rives (Clethrionomys glareolus) sont des modèles efficaces pour détecter diverses souches de prions provenant d’EST d’humains, de moutons, de chèvres, de souris, de hamsters et d’autres espèces. Malheureusement, il faut six à sept papillons pour obtenir une lecture complète de ces analyses sur les animaux. Ils sont également très chers. Clones de lignées de cellules neurales : PK1 N2a sont très sensibles à l’infectivité des prions et fournissent un bon modèle in vitro pour la détection des prions, et peuvent être adaptés pour des criblages à haut débit. Cependant, ces lignées cellulaires ne sont susceptibles d’être infectées que par des prions murins. Un diagnostic précoce de la maladie améliore les chances de succès du traitement des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou des maladies à prions. Jusqu’à présent, les EST sont diagnostiquées uniquement sur la base de symptômes cliniques. Le diagnostic présymptomatique n’existe pas et le stade symptomatique au cours duquel le diagnostic est posé survient à un stade considérablement avancé de la maladie, lorsque l’infection a bien progressé.
En 1997, des chercheurs ont proposé que la biopsie des amygdales pourrait constituer une approche diagnostique appropriée pour la MCJ variable après avoir découvert que la PrPSc résistante à la protéase pouvait être détectée dans le tissu amygdalien de patients atteints de la variante de la MCJ. Des quantités détectables de PrPSc dans l’amygdale et l’appendice aux stades précliniques de la MCJ variable ont été rapportées, ce qui suggère que la biopsie de ces tissus lymphoïdes et d’autres organes lymphatiques pourrait être utile pour le diagnostic des maladies à prions à des stades asymptomatiques. La PrPSc a été trouvée dans de nombreux échantillons de muscles squelettiques, de rate et d’épithélium olfactif prélevés sur des patients atteints de MCJ sporadique. Il existe donc un potentiel de développement de méthodes de diagnostic moins invasives que la biopsie cérébrale pour la détection des prions et des EST.
Comprendre les défenses contre les prions pourrait conduire au traitement des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou des maladies à prions
Les chercheurs pensent que l’élimination rapide des prions du corps pourrait constituer une défense essentielle contre l’infection à prions (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651 réf ). Il existe des preuves suggérant qu’il existe un mécanisme efficace d’élimination des prions, car les souris PRNP négatives (souris qui ne possèdent pas le gène PRNP et ne peuvent donc pas produire de PrPC) qui ne peuvent pas répliquer les prions en raison du manque de PrPC, éliminent les prions introduits expérimentalement dans les quatre jours. Bien que le mécanisme cellulaire et les molécules impliquées dans la clairance du prion ne soient pas connus, il existe des preuves suggérant des mécanismes possibles de clairance du prion. Les microglies sont des cellules spécialisées du cerveau et du système nerveux central, impliquées dans la phagocytose : ces cellules engloutissent et éliminent les déchets cellulaires. Notamment, dans les tranches cérébelleuses dépourvues de cellules microgliales par ablation pharmacogénétique, les niveaux de prions ont été multipliés par quinze, par rapport aux tranches cérébelleuses contenant des microglies intactes. Cela indique fortement le rôle des microglies dans l’élimination des prions du cerveau. Une autre preuve du rôle des microglies dans l’élimination des prions du système nerveux central provient du rôle des molécules cellulaires impliquées dans la phagocytose dans l’élimination des prions : le facteur de croissance épidermique 8 des globules gras du lait (Mfge8) est une molécule impliquée dans la phagocytose des cellules apoptotiques. Les souris dépourvues du facteur de croissance épidermique 8 des globules gras du lait étaient très sensibles à l’infection à prions et à la pathogenèse. La clairance des corps apoptotiques a diminué, l’accumulation de PrPSc et les titres de prions ont augmenté dans le cerveau de ces souris. Ainsi, le facteur de croissance épidermique 8 des globules gras du lait est nécessaire à la clairance des prions. Il est probable que d’autres molécules médiatrices de la phagocytose des cellules apoptotiques soient nécessaires à l’élimination des prions du cerveau.
Progrès dans la prévention et la guérison des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions
La prévention efficace à cent pour cent de contracter une EST consiste à ne pas avoir la protéine prion PrP (Adriano Aguzzi* et Caihong Zhu. Cinq questions sur les maladies à prions. Pathog PLoS. mai 2012 ; 8(5) : e1002651 réf ). Cette approche a été utilisée en éliminant le gène PRNP qui code pour la PrP par manipulation génétique. Les chèvres et les moutons souffrent de tremblante. La première tentative d’effacement du gène PRNP a été réalisée par des scientifiques qui ont cloné un PRNP dépourvu de mouton. Cependant, les animaux clonés sont morts après la naissance. Les bovins souffrent d’encéphalite spongiforme bovine. En 2007, des scientifiques ont tenté l’ablation du gène PRNP dans des cellules somatiques (non reproductrices), suivie d’un transfert du contenu nucléaire chez des bovins. Cette approche a été couronnée de succès puisque des bovins viables ont été établis. Plus tard, la perturbation ciblée des gènes du PRNP chez les chèvres a réussi, avec pour résultat des animaux viables. Outre sa valeur évidente pour l’élevage, le PRNP dépourvu d’animaux constitue une source sûre de produits thérapeutiques biologiques. De nombreux médicaments biologiques tels que les protéines et les anticorps sont produits chez les animaux, ou dans des cultures cellulaires, ces dernières étant néanmoins d’origine animale ou humaine. Il existe donc un risque imminent d’infection à prions lors d’un traitement avec des produits biothérapeutiques, qui deviennent par ailleurs de plus en plus utiles dans le traitement de nombreuses maladies et problèmes de santé graves. Par exemple, la variante de la MCJ se transmet par transfusion sanguine et par produits sanguins purifiés. L’avènement d’animaux sans PrP pour la production de produits biothérapeutiques sans prions constitue donc une avancée significative dans la lutte contre les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions. En outre, ces animaux empêcheraient des épidémies malheureuses telles que la maladie de Creutzfeldt-Jakob causée par l’ingestion de bœuf infecté. Les progrès dans le traitement des maladies à prions sont lents. De nombreux composés présentent des propriétés antiprions in vitro, par ex. dans les écrans de culture cellulaire, y compris le rouge Congo, l’amphotéricine B, les anthracyclines, les polyanions sulfatés, les porphyrines, les polyamines ramifiées, les bêta-feuillets, l’épice curcumine et les analogues phosphorothiolés simple brin d’acides nucléiques naturels (Aguzzi A, Calella AM. Prions : agrégation de protéines et maladies infectieuses. Physiol Rév. 89 : 1105-1152, 2009 ; est ce que je:10.1152/physrev.00006.2009 réf ). Cependant, la plupart ne montrent aucun effet anti-prion in vivo. Le manque d’efficacité peut être dû à des facteurs tels qu’une activité/efficacité in vivo insuffisante, la pharmacocinétique, le métabolisme et la biodisponibilité du médicament, ainsi que l’innocuité/la toxicité des médicaments antiprions potentiels. À titre d’exemple, les cellules de neuroblastome traitées à la quinacrine et infectées par la tremblante en culture deviennent exemptes de prions. Cependant, la quinacrine ne contrôle pas l’infection à prions chez les souris infectées par la tremblante et chez les patients atteints de MCJ et est également hépatotoxique. Le contrôle de l’infection à prions peut être réalisé en théorie en exploitant le système immunitaire de l’hôte, en améliorant ou en supprimant certains paramètres immunitaires en fonction du rôle qu’ils jouent dans la pathogenèse et le contrôle des prions. Les systèmes immunitaires acquis et innés peuvent être adaptés non seulement pour contrôler l’infection à prion, mais même pour la prévenir. Essentiellement, quatre approches fondamentales sont en cours expérimentalement :
- Les cellules dendritiques folliculaires des organes lymphoïdes hébergent et favorisent la réplication des prions. Par conséquent, l’élimination des cellules dendritiques folliculaires diminuerait ou éliminerait l’infectiosité des prions.
- Améliorer l’activité immunitaire innée contre l’infection à prion
- L’élimination de la PrPSc et/ou de la PrPC à l’aide d’anticorps anti-PrP, afin que la PrPC ne puisse pas être convertie en PrPSc
- L’élimination de la PrPSc et/ou de la PrPC à l’aide d’agents qui lient la PrPSc et la PrP, les rendant indisponibles pour la conversion et la réplication des prions.
La souris de laboratoire a été adaptée pour un modèle d’infection par la tremblante, et comme toutes les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions présentent le même mécanisme pathogène et la même implication des organes lymphatiques dans la propagation des prions, les résultats du modèle de souris tremblante sont considérés comme applicables pour le contrôle potentiel de toutes les encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions. Outre l’adaptation du système immunitaire inné et acquis, la vaccination prophylactique est également en cours de développement. Les approches immunitaires acquises comprennent à la fois l’immunisation active et passive. L’exposition à la protéine prion recombinante a entraîné une immunisation active chez la souris, avec un retard dans l’apparition de la maladie à prion, bien que l’infection soit restée mortelle. L’immunité protectrice contre les prions en générant une intolérance à la PrP est une autre approche populaire. Les tentatives incluent l’introduction de la partie antigénique de la protéine PrP ainsi que des chaperons bactériens. Les chaperons bactériens sont nécessaires pour induire une réponse immunogène contre l’antigène prion. Vaccin oral composé de la protéine PrP ainsi que d’immunoglobulines Ig A anti-PrP atténuées (virulence diminuée) induites par Salmonella dans les muqueuses de l’intestin et d’Ig G anti-PrP systémiques chez la souris. Des titres élevés d’Ig A anti-PrP muqueuse et des titres élevés d’Ig G sériques ont été obtenus. Les souris ont été confrontées à la souche PrPSc 139A de la tremblante par administration orale et sont restées asymptomatiques après 400 jours. Il a été observé dans plusieurs cas que la présence concomitante de deux fragments PrPC qui diffèrent subtilement s’oppose à la réplication du prion. Le mécanisme moléculaire à l’origine de ce phénomène reste à élucider. Il est possible que la PrPC légèrement variable lie la PrPSc entrante et l’empêche d’être disponible pour la réplication. Cette hypothèse a été testée dans un modèle de souris transgénique exprimant la PrP de souris dimère soluble (deux unités liées entre elles par fusion avec la partie Fc de l’Ig G1 humaine) (appelée PrP-Fc2). Après exposition à une infection à prion, les souris sont restées indemnes de maladie. Le PrP-Fc2 n’a pas provoqué de maladie ni ne s’est transformé en une isoforme de prion pathogène. Lorsque ces souris exprimant PrP-Fc2 ont été rétro-croisées avec des souris de type sauvage et que leur descendance a été confrontée à des prions, la descendance a résisté au développement de la maladie, avec une réduction de cent mille fois du titre en prions. Ce contrôle de l’infection à prions a été observé lors d’une provocation intra-cérébrale ou intra-péritonéale avec le prion de la tremblante, et dans deux lignées différentes de souris transgéniques exprimant PrP-Fc2, suggérant que la PrP-Fc2 neutralise le prion à la fois dans le cerveau et dans la rate. La PrP-Fc2 ne peut pas être convertie en une particule de prion pathogène, insoluble et résistante à la protéase, PrPSc, et par conséquent, l’explication la plus probable du contrôle des prions par la PrP-Fc2 est qu’elle se lie au prion de la tremblante, PrPSc, et rend ainsi la PrPSc indisponible pour la liaison et la conversion de la PrPC en PrPSc. Une expérience parallèle a été réalisée dans laquelle le gène exprimant PrP-Fc2 a été transféré par transfert de gène lentiviral au cerveau de souris. Lorsque ces souris ont été confrontées au prion de la tremblante, l’apparition et la progression de l’infection ont été très lentes, la réplication de la PrPSc diminuant de manière significative. Par conséquent, le transfert de gènes somatiques PrP Fc-2 et d’autres molécules antagonistes des prions peuvent neutraliser efficacement l’infection à prions après exposition et contrôler les maladies à prions. D’autres études révéleront le bénéfice thérapeutique des médicaments antagonistes du prion en clinique.
Épidémiologie des encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou maladies à prions
La MCJ est l’EST la plus courante, survenant à raison d’une personne sur un million, aux États-Unis et dans le monde (medscape : Maladies liées aux prions. Auteur : Tarakad S Ramachandran, MBBS, FRCP, FRCPC ; Rédacteur en chef : Niranjan N Singh, MD, DM réf ). Cinq pour cent des EST sont de nature acquise. Les maladies à prions résultant de la transmission autosomique dominante de mutations du gène PRNP provoquent des EST familiales. Les EST familiales ou héréditaires de type Gerstmann-Sträussler-Scheinker et les insomnies familiales mortelles sont beaucoup plus rares. Dix pour cent des cas de MCJ sont de nature familiale. La Variante de la MCJ a été signalée pour la première fois en 1996. À ce jour, deux cent vingt-neuf patients atteints de la variante de la MCJ provenant de douze pays ont été signalés. Au 2 juin 2014, la grande majorité des cas, soit cent soixante-dix-sept, provenaient du Royaume-Uni, la quasi-totalité des cas restants provenant de toute l’Europe et un du Japon, d’Arabie Saoudite et de Taiwan. Aux États-Unis d’Amérique, deux cas sur quatre seraient liés à la consommation de viande de bœuf (http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/vcjd/epidemiology.htm réf) Comme déjà mentionné, il n’existe à l’heure actuelle aucun remède ni aucune méthode préventive pour les maladies à prions, et les EST sont invariablement progressives et mortelles. La durée de la maladie et son acuité dépendent du type d’EST : sporadique, acquise ou familiale. La MCJ sporadique survient sur une période moyenne de 8 mois, tandis que la variante de la MCJ survient sur une période moyenne de 14 mois. La MCJ familiale survient sur une période moyenne de 26 mois. La durée moyenne de l’étude Gerstmann-Sträussler-Scheinker est comparativement plus longue, soit 60 mois. Toutes les races sont sensibles aux EST. La susceptibilité aux maladies à prions dépend également de l’origine raciale. Deux populations sont exceptionnellement sensibles à la MCJ. Les Israéliens de Libye et certaines populations d’origine slovaque signalent une incidence de MCJ 60 à 100 fois plus élevée que d’habitude. Les études cas-témoins réfutent le raisonnement initial selon lequel l’incidence élevée de la MCJ dans ces populations était due à un régime alimentaire contenant des prions. La véritable explication a ensuite été trouvée : ces personnes sont porteuses de mutations du codon 200 dans le gène PRNP, ce qui les rend très sensibles à l’infection à prion. Chez les personnes porteuses de cette mutation, la MCJ est caractérisée par une neuropathie périphérique en plus de la physiopathologie normale de la MCJ observée chez les personnes de toutes races. La maladie à prions acquise, telle que la variante de la MCJ, est apparue au Royaume-Uni suite à la consommation de bœuf provenant de vaches souffrant d’encéphalopathie spongiforme bovine et se trouve presque exclusivement en Europe. Biologiquement, les hommes et les femmes sont également sensibles aux encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST) ou aux maladies à prions. Les EST peuvent survenir chez des personnes d’une large tranche d’âge, de 17 ans à 83 ans. L’âge moyen d’apparition de la MCJ est de 62 ans. L’incidence de la MCJ sporadique est d’un cas sur un million dans la population globale, mais elle est plus élevée dans les populations âgées de 60 à 74 ans, soit cinq cas sur un million. L’âge moyen d’apparition de la variante de la MCJ est de 28 ans. L’âge moyen d’apparition des maladies familiales à prions comme la MCJ familiale, la maladie de Gerstmann-Sträussler-Scheinker et l’insomnie familiale mortelle est de 45 à 49 ans.
