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15.8G : Maladies à prions - Biologie


Les maladies à prions sont transmissibles d'hôte à hôte d'une même espèce et, parfois, même d'une espèce à une autre (comme un animal de laboratoire). Ils détruisent le tissu cérébral en lui donnant un aspect spongieux. Pour ces raisons, les maladies à prions sont également appelées encéphalopathies spongiformes transmissibles ou ESTs.

Quelques exemples:

La maladie de Creutzfeldt-JakobMCJhumains
variante de la maladie de Creutzfeldt-JakobvMCJhumains; acquis de bovins atteints d'ESB
Encéphalopathie spongiforme bovineESB"la maladie de la vache folle"
Kuruinfectieux; chez les humains qui pratiquaient le cannibalisme en Papouasie-Nouvelle-Guinée
Maladie de Gerstmann-Sträussler-ScheinkerGSSmaladie héréditaire de l'homme
Insomnie Fatale FamilialeFFImaladie héréditaire de l'homme
tremblantemaladies infectieuses des moutons et des chèvres
autres EST animaleschats, visons, élans, cerfs mulets

Avant que la victime ne décède d'une EST, les dommages au cerveau se traduisent par des signes tels que la perte de coordination et la démence chez l'homme. Les injections de tissu cérébral broyé d'un patient animal ou humain atteint d'une maladie à prions à un autre animal (de l'espèce appropriée) transmettent la maladie. Cela suggère que la maladie est causée par un agent infectieux tel qu'un virus. Mais les virus ont un génome et malgré des efforts intenses, aucune preuve d'un virus n'a jamais été trouvée dans ces extraits de cerveau. En fait, le traitement des extraits avec des agents (par exemple, la lumière ultraviolette) qui détruisent l'ADN ne réduit pas leur infectiosité.

À ce jour, les preuves indiquent que l'agent infectieux dans les EST est une protéine. Stanley Prusiner, pionnier dans l'étude de ces protéines et lauréat du prix Nobel en 1997 pour ses efforts, les a nommées protéines prions (désignées PrP) ou simplement prions. Il s'avère que les prions sont des molécules d'une protéine corporelle normale qui ont changé leur configuration tridimensionnelle.

PrPC

La protéine normale

  • est appelé PrPC (pour le cellulaire)
  • est une glycoprotéine normalement ancrée à la surface des cellules.
  • a sa structure secondaire dominée par des hélices alpha (probablement 3 d'entre elles)
  • est facilement soluble
  • est facilement digéré par les protéases
  • est codé par un gène désigné (chez l'homme) PRNP situé sur notre chromosome 20.

PrPSc

La protéine anormale, productrice de maladies

  • est appelé PrPSc (pour la tremblante)
  • a la même séquence d'acides aminés que la protéine normale; C'est, leurs structures primaires sont identiques mais
  • sa structure secondaire est dominée par la conformation bêta
  • est insoluble dans tous les solvants sauf les plus puissants
  • est très résistant à la digestion par les protéases
  • Quand PrPSc entre en contact avec la PrPC, il convertit la PrPC en plus de lui-même (même dans le tube à essai).
  • Ces molécules se lient les unes aux autres en formant des agrégats.
  • Il n'est pas encore clair si ces agrégats sont eux-mêmes la cause des dommages cellulaires ou sont simplement un effet secondaire du processus pathologique sous-jacent.

Maladies héréditaires à prions

Maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ)

10 à 15 % des cas de MCJ sont héréditaires ; c'est-à-dire que le patient vient d'une famille dans laquelle la maladie est déjà apparue. La maladie se transmet sur le mode autosomique dominant. Les patients ont hérité d'au moins une copie d'un PRNP gène. Certaines des mutations les plus courantes sont :

  • un changement dans le codon 200 convertissant l'acide glutamique (E) à cette position en lysine (K) (ainsi désigné "E200K")
  • un passage de l'acide aspartique (D) en position 178 dans la protéine à l'asparagine (D178N) lorsqu'il s'accompagne d'un polymorphisme dans les deux PRNP gènes qui codent la valine à la position 129. Lorsque le polymorphisme au niveau du codon 129 est rencontré sur les deux gènes, la mutation D178N produit à la place une insomnie familiale fatale.
  • un changement de valine (V) à la position à la position 210 à l'isoleucine (V210I)

Des extraits de tissus cérébraux autopsiés de ces patients peuvent transmettre la maladie à

  • singes (dont PRNP gène est probablement presque identique à celui de l'homme).
  • souris transgéniques qui ont reçu un Prnp gène qui contient une partie de la séquence humaine.

Ces résultats conduisent à la prise de conscience importante que les maladies à prions ne peuvent être transmises qu'aux animaux déjà porteurs d'un PRNP gène avec une séquence au moins similaire à celle qui a codé le PrPSc. En fait, les souris knock-out sans Prnp les gènes ne peuvent pas du tout être infectés par la PrPSc.

Maladie de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS)

Cette maladie à prions est causée par l'hérédité d'un PRNP gène avec une mutation codant le plus souvent

  • leucine au lieu de proline en position 102 (P102L) ou
  • valine au lieu d'alanine en position 117 (A117V)

Encore une fois, la maladie est également fortement associée à l'homozygotie pour un polymorphisme en position 129 (les deux résidus étant la méthionine).

Des extraits de cerveau de patients atteints de SGS peuvent transmettre la maladie à

  • singes et singes
  • souris transgéniques contenant une partie de l'humain PRNP gène.

Des souris transgéniques exprimant le gène P102L développent la maladie spontanément.

Insomnie Fatale Familiale (FFI)

Les personnes atteintes de cette maladie rare ont hérité

  • une PRNP gène avec asparagine au lieu de l'acide aspartique codé en position 178 (D178N)
  • le polymorphisme de susceptibilité de la méthionine en position 129 du PRNP gènes.

Des extraits de cerveaux autopsiés de victimes de FFI peuvent transmettre la maladie à des souris transgéniques.

Maladies infectieuses à prions

Kuru

Kuru a déjà été trouvé parmi la tribu Fore en Papouasie-Nouvelle-Guinée dont les rituels consistaient à manger le tissu cérébral des membres récemment décédés de la tribu. Depuis l'arrêt de cette pratique, la maladie a disparu. Auparavant, la maladie était étudiée en la transmettant aux chimpanzés à l'aide d'injections de tissus cérébraux autopsiés provenant de victimes humaines.

Tremblante

Cette maladie des moutons (et des chèvres) a été la première EST à être étudiée. Il semble se transmettre d'animal à animal dans des aliments contaminés par des tissus nerveux. Il peut également être transmis par injection de tissu cérébral.

Encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) ou « maladie de la vache folle »

Une épidémie de cette maladie a commencé en Grande-Bretagne en 1985 et avant qu'elle ne soit contrôlée, quelque 800 000 bovins en ont été malades. Son origine semble avoir été des aliments pour bétail qui contenaient des tissus cérébraux de moutons infectés par la tremblante et qui avaient été traités d'une nouvelle manière qui ne détruisait plus l'infectiosité des prions de la tremblante.

L'utilisation de ces aliments a été interdite en 1988 et après avoir culminé en 1992, l'épidémie a rapidement décliné.

Maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ)

Un certain nombre d'humains ont contracté la MCJ par exposition accidentelle à du matériel contaminé par des prions de MCJ.

  • Des greffes de dure-mère prélevées sur des patients atteints de MCJ héréditaire ont transmis la maladie à 228 receveurs.
  • Les greffes de cornée ont également transmis par inadvertance la MCJ.
  • Les instruments utilisés en chirurgie cérébrale sur des patients atteints de MCJ ont transmis la maladie à d'autres patients. Deux ans après leur prétendue stérilisation, ces instruments sont restés infectieux.
  • 226 personnes ont contracté la MCJ à la suite d'injections d'hormone de croissance humaine (HGH) ou de gonadotrophines humaines préparées à partir d'hypophyses regroupées qui comprenaient par inadvertance des glandes prélevées sur des humains atteints de MCJ.

Maintenant que la HGH et les gonadotrophines humaines sont disponibles grâce à la technologie de l'ADN recombinant, de tels accidents désastreux ne doivent jamais se reproduire.

Variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob (vMCJ)

Cette maladie humaine est apparue quelques années après l'épidémie d'ESB (Mad Cow Disease) qui a balayé les troupeaux de bovins en Grande-Bretagne. Même si la vache et l'humain PRNP les gènes diffèrent à 30 codons, la séquence de leurs prions suggère que ces patients (155 en 2005) ont contracté la maladie en mangeant du bœuf contaminé.

Tous les patients sont homozygotes pour le polymorphisme de susceptibilité de la méthionine à la position 129. L'épidémie d'ESB s'est atténuée et les techniques d'abattage qui autorisent l'utilisation de tissus nerveux bovins dans la viande bovine pour la consommation humaine sont interdites depuis 1989. Il faut maintenant attendre de voir si d'autres cas de vMCJ vont émerger ou si le danger est passé.

Maladies infectieuses diverses à prions

Un certain nombre d'EST ont été trouvées chez d'autres animaux. Les chats sont sensibles à l'encéphalopathie spongiforme féline (ESF). Les visons sont également sensibles aux EST. Même si la maladie de la vache folle n'a pas été observée en Amérique du Nord, une maladie similaire est observée chez les wapitis et les cerfs mulets dans les montagnes Rocheuses des États-Unis.

Maladies à prions sporadiques

La MCJ et la FFI surviennent occasionnellement chez des personnes qui n'ont pas d'antécédents familiaux de la maladie et aucune exposition connue aux prions infectieux. La cause de leur maladie est incertaine.

  • Peut-être qu'une mutation somatique spontanée s'est produite dans l'un des PRNP gènes dans une cellule.
  • Peut-être leur PrP normaleC la protéine s'est spontanément convertie en PrPSc former.
  • Ou peut-être que les victimes ont été simplement exposées sans le savoir à des prions infectieux, et les maladies à prions sporadiques n'existent pas !

Quelle que soit la réponse, tous les cas se retrouvent chez des personnes présentant un polymorphisme de susceptibilité dans leur PRNP gènes.

Prions dans la levure

Deux protéines dans la levure (Saccharomyces cerevisiae)

  • la protéine Sup35 ("Sup35p") et
  • la protéine Ure2 (Ure2p)

sont capables de former des prions; c'est-à-dire qu'ils peuvent exister soit

  • dans un PrPC-comme une forme fonctionnelle ou
  • dans un PrPSc-comme une forme qui ne l'est pas.

La plus grande facilité avec laquelle la levure peut être étudiée a prouvé que seule la protéine est impliquée dans la formation des prions et a fourni un aperçu de la nécessité de PrPSc trouver PrPC molécules de structure primaire similaire afin de pouvoir les convertir en PrPSc former.

Preuve que les prions sont un phénomène « protéiné uniquement »

  • Quelques molécules d'un PrPSc forme de la protéine Sup35, lorsqu'elle est introduite dans des cellules de levure, convertit la propre protéine Sup35 de la cellule de levure en agrégats de prions. Le phénotype « maladie » qui en résulte est ensuite transmis aux filles de la cellule.

    La protéine introduite a été synthétisée dans des bactéries, ce qui rend peu probable sa contamination par un agent infectieux de levure contenant un gène.

  • Les levures peuvent être « guéries » de leur « maladie » à prions en augmentant l'activité de leurs chaperons. Vraisemblablement, le chaperon aide à maintenir l'état replié (avec des hélices alpha) de la protéine.
  • Lorsque le gène du récepteur des glucocorticoïdes est modifié pour inclure des séquences codant pour une partie (domaine) de la protéine Sup35, la protéine résultante forme des prions et produit un phénotype entièrement nouveau.

Base possible de la spécificité d'espèce des prions

  • Un particulier PrPSc ne peut que convertir PrPC molécules de structure primaire identique ou au moins similaire.
  • Cette exigence de "like-with-like" réside dans une courte séquence à l'extrémité N-terminale de la protéine (plutôt comme un épitope d'anticorps).
  • Les levures modifiées pour former deux types de prions forment deux types d'agrégats « purs » dans la cellule.
  • Même dans le tube à essai, chaque type de prion trouve et s'agrège avec d'autres de son propre type.

L'image qui se dégage est donc qu'une molécule de PrPSc agit comme une "graine" fournissant un modèle pour la conversion PrPC à plus PrPSc. Ceux-ci interagissent les uns avec les autres pour former de petits agrégats solubles. Ceux-ci interagissent les uns avec les autres pour former de grands dépôts insolubles. Bien que seule une petite partie de la protéine prion soit responsable de sa spécificité, d'autres parties de la molécule sont nécessaires pour faire basculer la molécule de la conformation alpha-hélicoïdale à la conformation bêta. Toutes les protéines prions contiennent des Gln-Asn résidus qui semblent essentiels pour le processus de conversion.

Autres protéines pathogènes de type prion

Les dépôts de PrPScdans le cerveau sont appelés amyloïde. Les dépôts amyloïdes sont également présents dans d'autres maladies.

Exemples:

  • La maladie d'Alzheimer se caractérise par des dépôts amyloïdes de
    • le peptide bêta-amyloïde (Aβ)
    • la protéine tau
    dans le cerveau.
  • Le cerveau des patients atteints de la maladie de Parkinson contient des dépôts d'-synucléine.
  • Dépôts de la protéine la chasse se trouvent dans le cerveau des victimes de la maladie de Huntington.
  • Des dépôts amyloïdes de la protéine transthyrétine se trouvent dans les nerfs périphériques, les reins et d'autres organes.

Avec toutes ces maladies, il est prouvé que leurs protéines formatrices d'amyloïde, comme la PrPSc, peut agir comme une "graine" convertissant une protéine correctement pliée en une protéine mal pliée et faire en sorte que cet effet se propage d'une cellule à l'autre. Cependant, ils ne semblent pas pouvoir se transmettre de personne à personne (contrairement aux EST). C'est peut-être parce qu'ils ne sont pas aussi incroyablement résistants à la dégradation que la PrPSc est.

La plupart des cellules, y compris les neurones du cerveau, contiennent protéasomes qui sont responsables de la dégradation des protéines mal repliées ou agrégées. Dans les diverses maladies cérébrales caractérisées par une accumulation de dépôts amyloïdes, il apparaît qu'au fur et à mesure que les petits précurseurs amyloïdes insolubles s'accumulent, ils se lient aux protéasomes mais ne peuvent pas être dégradés par eux. De plus, cette liaison bloque la capacité des protéasomes à traiter d'autres protéines qui sont des candidats normaux à la destruction. En raison du rôle critique des protéasomes dans de nombreuses fonctions cellulaires, telles que la mitose, il est facile de comprendre pourquoi cette action conduit à la mort de la cellule.

Protéines de type prion pas toujours nocives

Preuve:

  • Les levures ne sont pas endommagées lorsque Sup35p et Ure2p forment des prions.
  • Le rôle de la CPEB.

CPEB ("cytoplasmique polyadénylation eélément binding protein") est une protéine qui

  • se trouve dans les neurones du système nerveux central (ainsi qu'ailleurs)
  • stimule la traduction de l'ARN messager (ARNm)
  • est nécessaire pour une facilitation à long terme (LTF)
  • s'accumule au niveau des synapses activées (par la sérotonine)
  • a la capacité de subir un changement de structure tertiaire qui
    • persiste pendant de longues périodes
    • induit le même changement de conformation dans d'autres molécules de CPEB formant des agrégats de type prion

Peut-être que l'accumulation de ces agrégats au niveau d'une synapse stimulée provoque un changement à long terme de son activité (mémoire).


Pourquoi n'y a-t-il pas de maladies pandémiques à prions ?

Apprenant la biologie à l'école, je me suis intéressé au fait qu'il n'y a pas de maladies à prions qui soient globalement infectieuses (à ma connaissance), contrairement aux maladies à virus (ex. COVID-19, SRAS etc.) ou à bactéries (ex. peste, . ). Pourquoi ?

cf. Voici mes hypothèses

  1. Les prions ne sont pas des agents pathogènes efficaces car ils n'ont pas d'ADN.
  2. De tels prions ne sont pas encore découverts ou n'existent pas.
  3. Il existe de nombreuses personnes immunisées contre ces maladies.

Y a-t-il des réponses aux questions ? Ou y a-t-il des réponses ?


Prions : la nouvelle biologie des protéines

On pense que les prions sont les agents responsables d'un groupe de maladies neurodégénératives à évolution rapide appelées encéphalopathies spongiformes transmissibles ou maladies à prions. Ce sont des isoformes infectieuses d'une protéine cellulaire codée par l'hôte connue sous le nom de protéine prion. Les maladies à prions affectent les humains et les animaux et sont uniformément mortelles. La maladie à prions la plus courante chez l'homme est la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), qui survient comme une maladie sporadique chez la plupart des patients et comme une maladie familiale ou iatrogène chez certains patients. La question de savoir si les prions sont des protéines infectieuses qui agissent seules pour provoquer des maladies à prions reste un sujet de débat scientifique. Cependant, l'accumulation de preuves expérimentales et l'absence d'une explication alternative plausible à l'apparition de maladies à prions à la fois infectieuses et héréditaires ont conduit à l'acceptation généralisée de l'hypothèse du prion.

L'intérêt pour la recherche sur les maladies à prions a considérablement augmenté après l'identification dans les années 1980 d'une grande épidémie internationale d'encéphalopathie spongiforme bovine (ESB, également connue sous le nom de maladie de la vache folle) chez les bovins et après l'accumulation de preuves scientifiques a indiqué la transmission zoonotique de l'ESB à l'homme causant une variante de la MCJ . Ces dernières années, la transmission secondaire par le sang de la variante de la MCJ a été signalée au Royaume-Uni.

Prions : La Nouvelle Biologie des Protéines décrit l'état actuel des connaissances sur le monde énigmatique des maladies à prions. Le livre est organisé en 12 chapitres pour la plupart brefs, qui résument bien les différents types de maladies à prions et les défis associés à leur diagnostic et à leur traitement. Ces sections passent en revue la biologie des prions, les hypothèses sous-jacentes de la réplication des prions et la base biochimique de la diversité des souches. Les chapitres 2 à 5 décrivent les diverses caractéristiques des prions, y compris l'évolution historique de l'hypothèse du prion, une description détaillée des mécanismes possibles par lesquels la protéine prion normale est convertie en la forme pathogène, et la biologie cellulaire et les fonctions putatives de la protéine prion normale. Les descriptions claires de l'auteur des différents sujets sont étayées par des diagrammes et des références clés. Les chapitres suivants décrivent les outils de diagnostic en laboratoire des maladies à prions disponibles ou en cours de développement. Le chapitre 9 résume succinctement les sites cibles les plus probables, de la formation de l'agent infectieux à ses effets sur la neurodégénérescence, qui peuvent être exploités pour un développement thérapeutique probable. Le même chapitre décrit les divers composés antiprions qui ont été ou sont testés en tant qu'interventions thérapeutiques pour les maladies à prions.

Le livre est inhabituel car tout son contenu a été exclusivement rédigé par une seule personne, ce qui entraîne un manque d'informations approfondies dans certains domaines, qui peuvent avoir été fournies par plusieurs auteurs. Cependant, tout bien considéré, le livre peut être une ressource précieuse pour les scientifiques qui commencent à comprendre le monde des maladies à prions, le mécanisme biochimique sous-jacent de l'apparition de la maladie et les défis associés au diagnostic et au traitement des maladies à prions.


Les scientifiques identifient les emplacements des premiers dépôts de protéines prions dans la rétine

(panneau de gauche) Au début de l'infection à prions, un agrégat de protéines prions (magenta) bloque l'entrée d'un cil (vert) dans un photorécepteur rétinien. (en bas à droite) Dans la rétine infectée par le prion, la protéine prion (magenta) s'accumule sous les synapses en forme de ruban en forme de fer à cheval (vert) trouvées dans les terminaux des photorécepteurs.

(panneau de gauche) Au début de l'infection à prions, un agrégat de protéines prions (magenta) bloque l'entrée d'un cil (vert) dans un photorécepteur rétinien. (en bas à droite) Dans la rétine infectée par le prion, la protéine prion (magenta) s'accumule sous les synapses en forme de ruban en forme de fer à cheval (vert) trouvées dans les terminaux des photorécepteurs.

Les premiers dommages oculaires causés par la maladie à prions ont lieu dans les cellules photoréceptrices des cônes, en particulier dans les cils et les synapses en ruban, selon une nouvelle étude sur l'accumulation de protéines prions dans l'œil menée par des scientifiques du National Institutes of Health. Les maladies à prions surviennent lorsque des molécules de protéines prions normalement inoffensives deviennent anormales et se rassemblent en grappes et en filaments dans le corps et le cerveau humains.

Comprendre comment les maladies à prions se développent, en particulier dans l'œil en raison de son accessibilité diagnostique pour les cliniciens, peut aider les scientifiques à identifier des moyens de ralentir la propagation des maladies à prions. Les scientifiques disent que leurs découvertes, publiées dans la revue Acta Neuropathologica Communications, peut aider à éclairer la recherche sur la rétinite pigmentaire humaine, une maladie héréditaire avec une dégénérescence similaire des photorécepteurs conduisant à la cécité.

Les maladies à prions sont des maladies lentes, dégénératives et généralement mortelles du système nerveux central qui surviennent chez l'homme et certains autres mammifères. Les maladies à prions concernent principalement le cerveau, mais peuvent également affecter les yeux et d'autres organes. Dans l'œil, les principales cellules infectées par les prions sont les photorécepteurs détecteurs de lumière appelés cônes et bâtonnets, tous deux situés dans la rétine.

Dans leur étude, les scientifiques de l'Institut national des allergies et des maladies infectieuses du NIH des laboratoires Rocky Mountain à Hamilton, dans le Montana, ont utilisé des souris de laboratoire infectées par la tremblante, une maladie à prions commune aux moutons et aux chèvres. La tremblante du mouton est étroitement liée aux maladies à prions humaines, telles que la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) variante, familiale et sporadique. La forme la plus courante, la MCJ sporadique, touche environ une personne sur un million chaque année dans le monde. D'autres maladies à prions comprennent la maladie débilitante chronique chez le cerf, le wapiti et l'orignal, et l'encéphalopathie spongiforme bovine chez les bovins.

En utilisant la microscopie confocale qui peut identifier simultanément la protéine prion et diverses protéines rétiniennes, les scientifiques ont découvert les premiers dépôts de protéine prion agrégée dans les photorécepteurs des cônes à côté des cils, des structures tubulaires nécessaires au transport des molécules entre les compartiments cellulaires. Leurs travaux suggèrent qu'en interférant avec le transport à travers les cils, ces agrégats peuvent fournir un mécanisme précoce important par lequel l'infection à prions détruit sélectivement les photorécepteurs. À un moment ultérieur de l'étude, ils ont observé des résultats similaires dans les bâtonnets.

La protéine prion a également été déposée dans des cônes et des bâtonnets adjacents aux synapses en ruban juste avant la destruction de ces structures et la mort des photorécepteurs. Les synapses rubans sont des connexions neuronales spécialisées trouvées dans les voies neurales oculaires et auditives, et leur santé est essentielle au fonctionnement des photorécepteurs rétiniens dans l'œil, ainsi qu'aux cellules ciliées de l'oreille.

Les chercheurs affirment qu'une telle identification détaillée de la protéine prion associée à la maladie et la corrélation avec les dommages rétiniens n'ont jamais été observées auparavant et sont susceptibles de se produire chez toutes les espèces sensibles aux prions, y compris les humains.

Ensuite, les chercheurs espèrent étudier si des résultats similaires se produisent dans la rétine de personnes atteintes d'autres maladies dégénératives caractérisées par des protéines hôtes mal repliées, telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson.

ARTICLE:
J. Striebel et al. La dégénérescence des photorécepteurs induite par les prions commence par une protéine prion mal repliée
accumulation dans les cônes en deux sites distincts : les cils et les synapses en ruban. Acta Neuropathologica Communications DOI : 10.1186/s40478-021-01120-x (2021).

EN RELATION:
J Striebel et al. Les microglies ne sont pas nécessaires pour la dégénérescence des photorécepteurs rétiniens induite par les prions. Acta Neuropathologica Communications DOI : 10.1186/s40478-019-0702-x (2019).

J Carroll et al. La microglie est essentielle à la défense de l'hôte contre la maladie à prions. Journal de virologie DOI : 10.1128/JVI.00549-18 (2018).


  • la protéine Sup35 ("Sup35p") et
  • la protéine Ure2 (Ure2p)
  • dans un PrP C-comme une forme fonctionnelle ou
  • dans un PrP Sc-comme une forme qui ne l'est pas.
  • prouvé que seule la protéine est impliquée dans la formation des prions et
  • a donné un aperçu de la nécessité de PrP Sc trouver PrP C molécules de structure primaire similaire afin de pouvoir les convertir en PrP Sc former.

Preuve que les prions sont un phénomène « protéiné uniquement »

  • Quelques molécules d'un PrP Sc forme de la protéine Sup35, lorsqu'elle est introduite dans des cellules de levure, convertit la propre protéine Sup35 de la cellule de levure en agrégats de prions. Le phénotype « maladie » qui en résulte est ensuite transmis aux filles de la cellule.

La protéine introduite a été synthétisée dans des bactéries, ce qui rend peu probable qu'elle puisse être contaminée par un agent infectieux contenant des gènes de levure.

Base possible de la spécificité d'espèce des prions

  • Un particulier PrP Sc ne peut que convertir PrP C molécules de la même structure primaire &mdash ou au moins similaire &mdash.
  • Cette exigence de "like-with-like" réside dans une courte séquence à l'extrémité N-terminale de la protéine (plutôt comme un épitope d'anticorps).
  • Les levures conçues pour former deux types de prions forment deux types d'agrégats « purs » dans la cellule.
  • Même dans le tube à essai, chaque type de prion trouve et s'agrège avec d'autres de son propre type.
  • agit comme une "graine" fournissant un modèle pour la conversion PrP C à plus PrP Sc.
  • Ceux-ci interagissent les uns avec les autres pour former de petits agrégats solubles.
  • Ceux-ci interagissent les uns avec les autres pour former de grands dépôts insolubles.

Bien que seule une petite partie de la protéine prion soit responsable de sa spécificité, d'autres parties de la molécule sont nécessaires pour faire basculer la molécule de la conformation alpha-hélicoïdale à la conformation bêta. Toutes les protéines prions contiennent des Gln-Asn résidus qui semblent essentiels pour le processus de conversion.


Des chercheurs du NIH découvrent comment la protéine prion endommage les cellules cérébrales

Les résultats pourraient faire progresser la compréhension de la maladie de la vache folle et des troubles connexes.

Les scientifiques des National Institutes of Health ont obtenu un aperçu majeur de la façon dont la protéine voyou responsable de la maladie de la vache folle et des maladies neurologiques connexes détruit le tissu cérébral sain.

"Cette avancée ouvre la voie aux efforts futurs pour développer des traitements potentiels pour les maladies à prions ou peut-être pour les empêcher de se produire." a déclaré Duane Alexander, M.D., directeur du NIH Eunice Kennedy ShriverInstitut national de la santé infantile et du développement humain (NICHD), où l'étude a été menée.

Les chercheurs ont découvert que la protéine responsable de ces troubles, connue sous le nom de protéine prion (PrP), peut parfois se retrouver dans la mauvaise partie d'une cellule. Lorsque cela se produit, la PrP se lie à la mahogunine, une protéine considérée comme essentielle à la survie de certaines cellules du cerveau. Cette liaison prive les cellules dans certaines parties du cerveau de mahogunine fonctionnelle, les faisant éventuellement mourir. Les scientifiques pensent que cette séquence d'événements est un contributeur important à la neurodégénérescence caractéristique de ces maladies.

Les résultats ont été publiés dans le numéro actuel de la revue Cell. L'étude a été menée par Oishee Chakrabarti, Ph.D. et Ramanujan S. Hegde, M.D., Ph.D., du programme de biologie cellulaire et métabolisme du NICHD.

Au cœur des maladies à prions comme la maladie de la vache folle et de nombreuses autres maladies se trouve le phénomène connu sous le nom de mauvais repliement des protéines, a expliqué le Dr Hegde. Les protéines sont constituées de longues chaînes de molécules appelées acides aminés. Lorsque les protéines sont créées, elles doivent être soigneusement repliées dans des configurations distinctes. Le processus de repliement des protéines est analogue à l'origami, où une feuille de papier est pliée en formes complexes. Lors d'un repliement correct, les protéines sont transportées vers des emplacements spécifiques dans les cellules où elles peuvent remplir leurs diverses fonctions. Cependant, les chaînes protéiques se replient parfois mal. Lorsque cela se produit, la protéine mal repliée prend la mauvaise forme, ne peut pas fonctionner correctement et, par conséquent, est parfois reléguée dans une autre partie de la cellule.

Dans le cas des maladies à prions, la protéine coupable qui se replie mal et cause des dommages aux cellules cérébrales est la PrP. Normalement, la PrP se trouve à la surface de nombreuses cellules du corps, y compris dans le cerveau. Cependant, le repliement et la distribution normaux de la PrP peuvent mal tourner. Si une version mal repliée de la PrP pénètre dans le corps, elle peut parfois se lier à la PrP normale et la "convertir" en la forme mal repliée.

Ce processus de conversion est à l'origine de la maladie de la vache folle, également connue sous le nom d'encéphalopathie spongiforme bovine. Les aliments préparés à partir de tissus de bovins contenant une forme anormalement repliée de PrP peuvent infecter les vaches. Dans de très rares cas, on pense que les personnes mangeant de la viande de vaches infectées ont contracté une maladie similaire appelée variante de la maladie de Creutzfeld Jacob (vMCJ). Dans d'autres troubles humains, des erreurs génétiques provoquent la production d'autres formes anormales de PrP.

"Le processus de conversion des protéines a été bien étudié", a déclaré le Dr Hegde. "Mais l'objectif de notre laboratoire a été de savoir comment - et pourquoi - des formes anormales de PrP causent des dommages cellulaires."

Pour étudier ce problème, l'équipe du Dr Hegde a étudié exactement comment, quand et où la cellule produit des formes anormales de PrP. Ils avaient découvert que de nombreuses formes anormales de PrP étaient situées dans la mauvaise partie de la cellule. Plutôt que d'être à la surface de la cellule, une partie de la PrP est exposée au cytoplasme, l'intérieur gélatineux de la cellule. De plus, plusieurs études du groupe du Dr Hegde et d'autres ont montré que lorsqu'une trop grande quantité de PrP d'une cellule est exposée au cytoplasme chez des souris de laboratoire, elles développent une détérioration du cerveau.

"La somme de ces découvertes nous a fourni un aperçu clé", a déclaré le Dr Hegde. "Nous avons réalisé que dans au moins certains cas, la PrP pourrait infliger ses dommages en interférant avec quelque chose dans le cytoplasme."

Dans la présente étude, les Drs. Chakrabarti et Hegde ont cherché à déterminer ce qui n'allait pas lorsque la PrP était exposée de manière inappropriée au cytoplasme. Leur indice suivant est venu d'une souche de souris à la fourrure de couleur acajou foncé. Bien que ces souris se développent normalement au début, certaines parties de leur système nerveux se détériorent avec l'âge. À l'autopsie, leur cerveau est criblé de minuscules trous et a la même apparence spongieuse que le cerveau des personnes et des animaux morts de maladies à prions. Le gène défectueux dans cette souche de souris est nommé Mahogunin.

"La similitude de la pathologie cérébrale entre les souris mutantes Mahogunin et celle observée dans les maladies à prions nous a suggéré qu'il pourrait y avoir un lien", a déclaré le Dr Hegde.

Pour étudier cette connexion possible, les chercheurs ont d'abord analysé la PrP et la mahogunine dans des cellules poussant dans une boîte de laboratoire. Lorsque les chercheurs ont introduit des formes modifiées de PrP dans le cytoplasme des cellules, ils ont vu que les molécules de mahogunine dans le cytoplasme se liaient à la PrP, formant des amas. Ce regroupement a conduit à des dommages dans la cellule qui étaient très similaires aux dommages se produisant lorsque les cellules sont privées de mahogunin.

Les chercheurs ont découvert que ces dommages ne se produisaient pas dans les cultures cellulaires si la PrP était confinée à la surface de la cellule, si les cellules recevaient du mahogunin supplémentaire ou si la PrP était empêchée de se lier au mahogunin.

Les chercheurs ont ensuite étudié des souris atteintes d'une version induite en laboratoire d'un trouble à prions héréditaire humain appelé GSS, ou syndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker. Cette maladie extrêmement rare provoque une détérioration neurologique progressive, entraînant généralement la mort entre 40 et 60 ans. Le Dr Hegde a expliqué que certaines mutations du GSS entraînent une forme de PrP qui entre en contact direct avec le cytoplasme. Chez les souris qui contiennent l'une de ces mutations, les chercheurs ont découvert que les cellules dans certaines parties du cerveau étaient épuisées en mahogunin. Les chercheurs n'ont pas vu cet épuisement si la PrP était conçue pour éviter le cytoplasme.

Les résultats, a déclaré le Dr Hedge, suggèrent fortement que des formes modifiées de PrP interfèrent avec Mahogunin pour causer certains des dommages neurologiques qui se produisent dans les maladies à prions.

"La PrP interfère probablement avec d'autres protéines aussi", a déclaré le Dr Hegde. "Mais nos découvertes suggèrent fortement que la perte de Mahogunin est un facteur important."

Une compréhension de la façon dont la PrP interagit avec le Mahogunin ouvre la voie à des études supplémentaires qui pourraient trouver des moyens d'empêcher la PrP d'entrer dans le cytoplasme ou de remplacer le Mahogunin qui a été épuisé.


Ces maladies sont généralement diagnostiquées cliniquement et confirmées par un examen histopathologique du tissu cérébral obtenu lors d'une biopsie ou après le décès. Les caractéristiques histopathologiques et immunohistochimiques produites par ces maladies aident à l'identification et à la confirmation définitives. L'obtention de tissus de biopsie cérébrale chez des humains ou des animaux vivants est risquée et n'est généralement pas effectuée systématiquement pour le diagnostic des maladies à prions.

Il est également important d'exclure d'autres maladies présentant des symptômes similaires. Les maladies à prions doivent cependant toujours être envisagées chez les personnes atteintes d'une démence à évolution rapide.

La batterie de tests suivante peut être utile pour étayer un diagnostic clinique

  • Imagerie par résonance magnétique (IRM) du cerveau
  • Électroencéphalogramme (EEG) qui analyse les ondes cérébrales
  • Examens neurologiques et visuels pour vérifier les lésions nerveuses et la perte de vision
  • Tests de protéines du liquide céphalo-rachidien
  • Tests génétiques
  • Biopsie des amygdales

Le seul marqueur moléculaire fiable des maladies à prions est la PrP Sc , la protéine prion pathologique qui s'accumule dans le système nerveux central et les tissus lymphoréticulaires. Pour l'ESB, plusieurs kits de diagnostic commerciaux basés sur la détection immunochimique post-mortem de la PrP Sc dans le tissu cérébral sont disponibles. Ces tests de dépistage rapide ont été utilisés dans la surveillance active de l'ESB et ont grandement amélioré la détection des bovins infectés avant leur entrée dans la chaîne alimentaire humaine.

À l'heure actuelle, aucun test de diagnostic n'existe pour la détection des maladies à prions chez les animaux vivants ou chez l'homme. De nouvelles techniques de diagnostic visant à augmenter la sensibilité et la spécificité de la détection de la PrP Sc dans les fluides corporels et à identifier de nouveaux marqueurs de substitution sont en cours de développement.


Diagnostic des prions

The ability to secure early diagnosis is vital for therapeutic interventions to be of real value. With respect to animals destined for the human food chain, there is the additional demand to determine presence of the prion agent in tissues in asymptomatic organisms, well before the appearance of any clinical symptoms. This applies equally to the detection of prions in humans, who may participate in tissue donation programs.

Prions were transmitted via blood transfusion in sheep using blood obtained from infected animals prior to the onset of clinical symptoms (48, 49). If the same route applies to humans, this could represent a nightmare scenario for the blood transfusion services (50). A transfusion recipient received blood from an individual harboring the vCJD agent 3.5 years prior to the development of any clinical signs of prion disease in the donor. The unfortunate recipient developed disease 6.5 years after the transfusion.


Connection found in pathogenesis of neurological diseases, HIV

A new study by George Washington University (GW) researcher Michael Bukrinsky, M.D., Ph.D., shows similarities in the pathogenesis of prion disease -- misfolded proteins that can lead to neurological diseases -- and the HIV virus.

La recherche, publiée dans le Journal de chimie biologique, looks at the relationship between cholesterol metabolism and prion infection as a follow-up to previous research on the relationship between cholesterol metabolism and HIV. Bukrinsky, a professor of microbiology, immunology, and tropical medicine at the GW School of Medicine and Health Sciences, and his research team found a striking relationship between impairment of cellular cholesterol transporter ABCA1 and the conversion of prion into the pathological form, which occurs in lipid rafts -- the membrane domains of neuronal cells.

"The effect of prions on ABCA1 and lipid rafts is very similar to what we found with HIV before, suggesting that while prions and viruses are very different, they seem to target the same cellular mechanism of cholesterol metabolism," said Bukrinsky. "This mechanism may be key to controlling many different diseases. It may be that drugs that stimulate ABCA1 can help not only to target prions and HIV, but also a number of other pathogens."

Under normal circumstances, an abundance of ABCA1 limits the number of lipid rafts -- and vice versa. With prions, the opposite effect takes place. During the conversion of prions into a pathogenic form, an abundance of ABCA1 in cells increases, but so does the amount of lipid rafts. The reason for this paradox is that ABCA1 in prion-infected cells is non-functional. The researchers found that ABCA1 was displaced from the plasma membrane and from lipid rafts by prions and was internalized, inhibiting its function. Stimulation of ABCA1 with drugs inhibited conversion of prions from non-pathogenic to pathogenic form, reducing the number of lipid rafts in the cell, and opening the possibility of treating prion disease with these drugs.

Bukrinsky and his research team also found that when cells are loaded with cholesterol, it likewise counteracts this effect of prions on ABCA1 and lipid metabolism in a cell. While in most circumstances having lots of lipids and fats in one's diet is not recommended, this finding suggests that being loaded with fat actually stops the conversion of prions from the non-pathogenic to pathogenic form. Neuronal cells loaded with lipids are actually less prone to becoming susceptible to prion disease. "This isn't a recommendation as we are talking about a very specific cell type and under special circumstances," said Bukrinsky, "but it's an interesting possibility."


Prion-mediated phenotypic diversity in fungi

[psi + ]/Sup35: regulating the decoding of stop codons and more

The [psi + ] prion has been the most widely studied yeast prion and much of our knowledge of prion formation, propagation, and transmission has come from studying its behavior in vivo and in vitro ( Tuite et al., 2015 , review). [psi + ] was originally identified by Cox (1965) as a extrachromosomal modifier of nonsense suppression mediated by mutant tRNAs. Such a phenotype can arise through a defect in recognition of the offending stop codon by the eRF1/eRF3 release factor (RF) complex ( Stansfield et al., 1995 ). This shifts the competition for the stop codon in favor of the nonsense suppressor tRNA and hence one gets translation of the stop codon as a sense codon. Given that the PFP that gives rise to the [psi + ] prion is eRF3 (more usually referred to by its historical name of Sup35), the [psi + ]-linked phenotype is entirely consistent with a loss of function of eRF3 possibly interfering with its key functional interaction with eRF1.

The potential benefit of decoding a premature (i.e., mutant) stop codon as sense is evident since this would restore synthesis to some level of full-length protein. The potential benefits of decoding authentique stop codons at the end of each reading frame as “sense” codons are less evident. In fact such “termination readthrough” events should be detrimental to the cell since they extend the protein sequence beyond its native C-terminus. Alternatively, the ability to extend the C-terminus of a protein may give rise to a form of that protein with an altered potentially beneficial function although one example of this in S. cerevisiae has so far been uncovered ( Namy et al., 2002 ). However, translation termination is rarely 100% efficient even at authentic stop codons with the efficiency being modulated by the choice of stop codon, the nucleotide context in which the stop codon is placed, and the presence of endogenous tRNAs able to decode a stop codon albeit inefficiently ( von der Haar and Tuite, 2007 Dabrowski et al., 2015 reviews).

Yeast cells have therefore adapted to a low level of stop codon readthrough as is evident by the neutral impact of most form of the [psi + ] prion on cell growth ( Byrne et al., 2009 ) even though some strains of S. cerevisiae contain a significant number of inactivating stop codon mutations in their genome ( Fitzpatrick et al., 2011 ). Analysis of the yeast translatome, that is, ribosome-associated mRNAs, using ribosome profiling has also revealed that over 100 proteins show a detectable level of C-terminal extension in a [psi + ] strain compared to the isogenic [psi − ] strain ( Baudin-Baillieu et al., 2014 ). However, if one introduces [psi + ] into a strain expressing an efficient nonsense suppressor tRNA such as the tyrosine-inserting SUP4 suppressor tRNA ( Cox, 1971 ) or carries a mutation in the SUP35 gene that impairs Sup35/eRF3 function ( Cox, 1977 ), the cells die presumably because of the unviable levels of stop codon readthrough.

Analysis of a wide range of phenotypes plus the differences in the transcriptome, proteome and translatome of [psi + ] strains compared to an otherwise isogenic [psi − ] strain paints a much more complex picture of the impact the [psi + ] prion has on its host. Most strikingly, the ability of a yeast cell to successfully reduce the disadvantageous impact of a variety of physical and chemical stresses ( Eaglestone et al., 1999 True and Lindquist, 2000 True et al., 2004 ) is evident although some detrimental phenotypes are exacerbated by the prion. Some of the phenotypic differences can be explained by the finding that [psi + ] cells show a significant increase in a +1 frameshift event during the translation of the OAZ1 mRNA thereby increasing the levels of the encoded protein, antizyme ( Namy et al., 2008 ). Antizyme is a negative regulator of polyamine synthesis and the changes in levels of polyamines in the cell triggered by the action of the [psi + ] prion can explain many—but not all—of the phenotypic differences between [psi + ] and [psi − ] cells first reported by True and Lindquist ( True and Lindquist, 2000 True et al., 2004 ).

The +1 frameshift event in the OAZ1 gene promoted by the [psi + ] prion indicates that the effects of the prion form of eRF3 on translation might not be restricted to just the consequences of stimulating stop codon readthrough. mutations dans le SUP35 gene can also act as suppressors of certain +1 frameshift mutations ( Wilson and Culbertson, 1988 ) although whether [psi + ] has a similar suppressor activity has not been reported. Comparisons of the transcriptome and translatome also revealed both effects of [psi + ] on the transcription of subset of some 75 genes and a significant level of errors in selecting the correct reading frame in certain genes ( Baudin-Baillieu et al., 2014 ). This raises the possibility that the phenotypic impact of [psi + ] may be via several different mechanisms not all of which are linked to a defect in translation termination. This understanding is further complicated by a report that the aggregated prion form of Sup35 actually remains active as a translation termination factor ( Pezza et al., 2014 ).

The most likely explanation for the phenotypes linked to [psi + ], but not accountable for by a translation termination defect is that the Sup35 amyloid aggregates sequester other functionally unrelated proteins ( Baudin-Baillieu et al., 2014 ). This is supported by a mass spectrometric analysis of Sup35 aggregates which revealed

40 different proteins associated with these aggregates including translation factors, molecular chaperones, and proteins involved in the oxidative stress response ( Nevzglyadova et al., 2009 ). There is also evidence that [psi + ] amyloid aggregates sequester the native binding partner of Sup35, namely eRF1 and this latter interaction can account for the observation that overexpression of Sup35 in a [psi + ] cells is toxic ( Vishveshwara et al., 2009 ).