Recherche fondamentale en infectiologie

Nicolas Genoud Zurich

Résumé
Les maladies à prions sont des affections neuro-dégénératives inévitablement mortelles qui touchent l'espèce humaine et une large variété d'animaux; appelées aussi encéphalopathies spongiformes transmissibles (EST), elles incluent la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) chez l'homme ou la maladie de la vache folle chez les bovins. Les maladies à prions peuvent présenter certains traits morphologiques et physiopathologiques parallèles à ceux d'autres encéphalopathies progressives, comme la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, mais ce sont des affections uniques par le fait qu'elles sont transmissibles. Les maladies à prions humaines sont rares, mais une proportion de la population européenne a été exposée à des vaches infectées par l'encéphalopathie spongiforme bovine (ESB), et est à risque de développer une variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob.

Lauréat du prix Nobel, Stanley Prusiner a posé il y a vingt ans le postulat de l'hypothèse de « la protéine seule », c'est-à-dire que l'agent infectieux qui provoque la maladie à prions consiste exclusivement en une protéine à repliement anormal. Cette protéine, selon Prusiner, se multiplie en se liant à la protéine prion normale (PrPC), la transformant en une forme pathogène (PrPSc). La conversion de la protéine prion normale PrPC en PrPSc est un événement central dans la pathogenèse du prion, mais les détails de la conversion restent largement inexpliqués. PrPC est essentielle au développement de la maladie à prions et son absence confère la résistance à la maladie. Toutefois, on ne dispose actuellement d'aucune preuve montrant la réalité de cette liaison entre protéine normale et protéine pathologique du prion dans un organisme vivant.

Pour tester cette hypothèse, nous avons fabriqué une protéine artificielle modifiée du prion à laquelle une molécule d'anticorps humain (Fc) a été attachée (dénommée PrP-Fc). Le but visé par la fusion de ce fragment à la protéine du prion était de pouvoir l'utiliser comme marqueur pour visualiser la réaction de liaison et de différencier la protéine du prion modifiée de celle associée à la maladie, PrPSc. Des souris génétiquement modifiées exprimant la protéine de fusion PrP-Fc ont été générées. Ces souris transgéniques qui exprimaient aussi la protéine normale PrPC, ont reçu des prions par injection, l'agent infectieux qui provoque la maladie à prions. Après la mort de ces souris, nous avons recueilli leur cerveau pour évaluer une liaison possible entre PrP-Fc et PrPSc. Afin de tester cette hypothèse, nous avons incubé leurs cerveaux avec des billes magnétiques chargées de capturer le marqueur Fc (et par là même la molécule PrP-Fc) et nous avons alors recherché la présence associée de PrPSc. De façon tout à fait excitante, PrPSc n'a été retrouvé qu'en présence de PrP-Fc mais jamais en son absence, ce qui suggère que protéine normale et pathologique du prion interagissent l'une avec l'autre pendant la réplication de PrPSc.
Afin de confirmer ces résultats, nous avons alors utilisé une approche complémentaire. Au niveau cellulaire, PrPSc est localisée dans des radeaux lipidiques, qui sont des domaines riches en cholestérol présents dans les membranes cellulaires. PrP-Fc est une protéine soluble, raison pour laquelle elle n'a pas été détectée dans les radeaux lipidiques. Cependant, chez des souris infectées par des prions, PrP-Fc a été déplacée de sa localisation normale vers des radeaux lipidiques dans les mêmes fractions dans lesquelles PrPSc a été détectée ! Voilà pourquoi la protéine normale du prion interagissait avec la PrPSc pathologique, confirmant un événement central de l'hypothèse de Prusiner sur la « protéine seule ».

Cependant, la découverte la plus excitante est que la protéine modifiée du prion PrP-Fc, lorsqu'elle est exprimée par des souris génétiquement modifiées, gêne significativement la survenue de l'infection à prions. Des souris transgéniques exprimant PrP-Fc ont succombé à la maladie beaucoup plus tard que des souris de type sauvage. Dans des cerveaux ou des rates, deux organes qui accumulent de grandes quantités de PrPSc, la présence de PrPSc était, par comparaison avec des animaux de type sauvage, significativement réduite ou même absente mesurés à différents moments au cours de la progression de la maladie. Cet effet était très puissant : de petites quantités de la protéine modifiée PrP-Fc suffisaient à inhiber la réplication du prion.
Pour comprendre la cause de cette inhibition, nous avons voulu déterminer si la protéine modifiée du prion pourrait elle-même être convertie en une forme pathologique. C'est la raison pour laquelle nous avons injecté des prions à des souris transgéniques exprimant la protéine modifiée du prion mais n'exprimant pas la protéine PrPC normale. Nous avons montré qu'en absence de PrPC, les souris étaient résistantes aux maladies à prions. Dans notre cas, nous voulions déterminer si la protéine modifiée du prion pourrait se substituer à l'absence de la PrPC normale. Néanmoins, les souris transgéniques ne sont jamais tombées malades et n'ont accumulé aucune forme anormale de la protéine prion. C'est la raison pour laquelle la protéine modifiée du prion s'attache à la protéine PrPSc pathologique, mais ne peut être convertie en une forme pathologique elle-même. Ainsi, des prions infectieux sont séquestrés sous forme inactive et ne peuvent pas se répliquer ultérieurement, ce qui explique pourquoi PrP-Fc antagonise les maladies à prions.

Importance de ce travail
D'un point de vue biologique, ce travail confirme un résultat essentiel de l'hypothèse « protéine seule » concernant l'interaction entre la protéine normale du prion et son isoforme associée à la maladie. C'était l'une des questions décisives non résolues au cours de ces vingt dernières années concernant le développement de la maladie à prions.
D'un point de vue thérapeutique, la découverte la plus passionnante est que la protéine modifiée du prion attachée à un fragment d'anticorps humain, lorsqu'elle est exprimée par des souris génétiquement modifiées, a significativement entravé le développement de l'infection à prions. Ceci signifie que la molécule modifiée est capable d'interférer avec la réplication du prion pathologique. Les maladies à prions sont des affections neuro-dégénératives mortelles pour lesquelles il n'existe à ce jour ni protocole thérapeutique ni protocole prophylactique disponible. Les données décrites ici indiquent que la protéine modifiée du prion PrP-Fc peut servir de prototype à une nouvelle classe de médicaments anti-prions.
La prochaine étape sera de déterminer le potentiel anti-prion de PrP-Fc en dehors d'un modèle de souris transgéniques. C'est la raison pour laquelle nous traiterons des animaux de type sauvage souffrant d'une maladie à prions par PrP-Fc pour évaluer sa capacité à agir comme composé thérapeutique.

Meier P, Genoud N, Prinz M, Maissen M, RülickeT, Zurbriggen A, Raeber AJ, Aguzzi A.
Soluble dimeric prion protein binds PrPSc in vivo and antagonizes prion desease
Cell, Vol. 113 (1): 49-60
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Résumé du travail primé
Une nouvelle perspective thérapeutique pour les maladies à prions	70 Kb