LES AGENTS TRANSMISSIBLES NON CONVENTIONNELS

(ATNC)

cette dénomination s'applique à deux types d’agents transmissibles qui ne sont ni des bactéries ni des virus :

1° - les viroïdes : une information génétique sans protéine,

2° - les prions : une protéine sans information génétique ?


1° - LES VIROÏDES

Ce sont des molécules d'ARN libres :

Un viroïde est constitué d'un ARN (- ) circulaire (sans extrémités libres) prenant la forme d'un bâtonnet par appariement d'une grande partie des nucléotides.

Cet ARN ne code aucune protéine. Ce sont des enzymes cellulaires qui assurent sa réplication.

A ce jour les viroïdes n'ont été observés que dans le règne végétal. Les maladies qu'ils provoquent sont liées aux perturbations du métabolisme cellulaire (modification des ARN messagers cellulaires et des ribosomes).

L'ARN circulaire permet l'appariement des bases, ce qui compacte le génome et lui procure un certain degré de résistance dans le milieu extérieur.

Le premier viroïde, isolé en 1967, est responsable d'une maladie de la pomme de terre : la maladie des tubercules en fuseaux de la pomme de terre. Les tubercules sont allongés, noueux et leur surface est sillonnée de profondes crevasses, ce qui les rend impropres à la consommation.

La réplication des viroïdes est encore mal connue. Elle semble effectuée dans le noyau des cellules par l'ARN polymérase cellulaire (qui reconnaît normalement l'ADN !).

Le virus de l'hépatite delta

Le virus delta (VHD) est un virus satellite du virus de l'hépatite B (VHB) à qui il emprunte son enveloppe. Le VHB est un virus helper.

Le génome du VHD est une molécule chimérique :

un ARN circulaire (- ) ressemblant à celui des viroïdes est associé à un gène (d'origine cellulaire ?) qui code l'antigène delta, fixé au génome du virus.

L'antigène d dirige la réplication, la morphogenèse et la libération des nouveaux virus.

Puisque le VHD a besoin du VHB, la vaccination contre l'hépatite B protège également de l'hépatite D.

 

2° - LES PRIONS

Diverses maladies neurodégénératives rares, transmissibles et toujours fatales ont été rassemblées sous la dénomination d'encéphalopathies spongiformes transmissibles (les EST).

Plusieurs espèces de mammifères, dont l'homme, sont susceptibles de développer une EST.

L'incubation de ces maladies est très longue (en moyenne, l'incubation est au moins égale à la moitié de l'espérance de vie de l'espèce considérée, environ 35 ans chez l'homme)

Une EST est une affection neurodégénérative caractérisée par une spongiose (par suite de l'apparition de vacuoles dans le corps et le prolongement des neurones), une perte de neurones et une gliose.

Il n'y a ni réaction inflammatoire, ni réaction immunitaire (en particulier absence d'anticorps)

La maladie est transmissible

Une fraction infectieuse peut être extraite d'un broyat de cerveau malade. Cette fraction se révèle insensible à la plupart des traitements physiques et chimiques qui détruisent les acides nucléiques. Elle est par contre sensible à certains produits dénaturant les protéines.

Ces agents infectieux seraient donc de nature protéique : on les appelle des prions (Proteic virions).

 

CLASSIFICATION DES EST

EST DE L'HOMME

EST DES ANIMAUX

On peut transmettre expérimentalement les EST aux animaux de laboratoire, la souris en particulier.

 

HISTOIRE DES ENCÉPHALOPATHIES SPONGIFORMES TRANSMISSIBLES

1° La tremblante du mouton - XVII° siècle

Cette maladie est endémique dans les troupeaux de moutons. En Angleterre, on l'appelle la scrapie (to scrape = se gratter) : les signes cliniques de la maladie sont le tremblement et le prurit intense.

En 1938, des vétérinaires français ont montré le caractère infectieux de la maladie : l'inoculation d'un broyat de cerveau malade à des animaux sains transmet la maladie.

L'agent infectieux est présent dans différentes viscères et le placenta.

2° - Le kuru - 1957

Une île, la Nouvelle-Guinée, (au nord de l'Australie, à l'est de l'Indonésie). C'est une ancienne colonie allemande qui a été administrée par l'Australie de 1921 à 1973...

Une maladie curieuse attire l'attention de Vincent Zigas, médecin australien de la santé publique : elle atteint spécifiquement une tribu, les Fore, qui compte environ 15.000 membres. Ils appellent cette maladie le " kuru ", ce qui signifie " trembler de peur ".

La maladie atteint surtout les femmes et les enfants et se manifeste par des signes d’ataxie cérébelleuse, des tremblements de la tête, du tronc et des membres. Ces symptômes s’amplifient progressivement, d’où une démarche chancelante. En phase terminale, le malade devient incapable de se mouvoir et meurt des complications du décubitus (le sujet devenant grabataire et incontinent).

Vincent Zigas communique ses observations au célèbre Pr Burnet (immunologiste de Melbourne et Prix Nobel de Médecine en 1960). Il lui envoie un jeune médecin américain, stagiaire dans son laboratoire de virologie, Daniel Gajdusek.

L’observation des lésions cérébrales révèle une spongiose diffuse, conséquence de la dégénérescence des neurones avec vacuolisation du cytoplasme, et une gliose se traduisant par la prolifération des astrocytes.

Quelle peut être la cause de cette maladie :

Gajdusek a d'abord pensé à une intoxication par le cuivre.

on remarque en effet une forte prévalence de la maladie dans un isolat de population fortement consanguine et l'atteinte fréquente de certaines familles.

aucun agent infectieux ne peut être isolé du cerveau des sujets atteints...

3° - Le kuru et la tremblante du mouton - 1959

Un vétérinaire américain, Hadlow, a lu les travaux de Zigas et Gajdusek. Dans une lettre adressée au Lancet, il attire l’attention sur la similitude étonnante entre le kuru et une maladie connue depuis 1730 qui affecte le mouton : la tremblante du mouton.

Hadlow termine sa lettre en suggérant d’inoculer du tissu cérébral de sujets atteints de kuru à des singes et d’attendre longtemps pour voir si cette maladie est transmissible comme la tremblante.

En 1966, Gajdusek démontre que le kuru est transmissible au chimpanzé : on retrouve chez l'animal les lésions du kuru 20 mois après l’inoculation intracérébrale.

Mais l’agent infectieux ne peut être isolé...

Le kuru est donc lié au cannibalisme rituel pratiqué par la tribu des Fore : la famille mange le cerveau des parents morts afin de s'imprégner de sa force spirituelle.

Les femmes, chargées de la préparation du cerveau (et leurs enfants qui touchent à tout…) se contaminent par la voie cutanée ou en respectant la coutume se frotter les muqueuses oculaires et nasales avec la cervelle du défunt.

4° - Le kuru et la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ)

La maladie de Creutzfeldt-Jakob est la plus fréquente des encéphalopathies spongiformes transmissibles humaines.

C'est une maladie rare… environ un cas par million d’habitants et par an. La répartition mondiale de cette maladie étant uniforme n'évoque pas une maladie génétique.

La maladie porte le nom des deux médecins qui l'ont décrite en 1920.

La MCJ débute généralement entre 55 et 65 ans par des troubles de l’élocution et de la marche, avec des signes d’ataxie cérébelleuse puis une démence progressive. L’issue, toujours fatale, survient généralement en 3 à 6 mois.

En 1968, Gajdusek démontre que la MCJ est transmissible au chimpanzé : on retrouve chez l'animal les lésions caractéristiques un an après l’inoculation intracérébrale.

Mais l’agent infectieux ne peut être isolé...

5° - La tremblante et l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB)

Angleterre, novembre 1986...

Une nouvelle maladie dite "maladie des vaches folles" apparaît dans les élevages de vaches laitières (en moyenne 1 élevage sur 2). Elle est aussitôt reconnue comme apparentée à la tremblante du mouton.

L'origine de cette épidémie soudaine est assez rapidement découverte : l'utilisation de farines de viande et d'os ajoutées à la nourriture pour accroître le rendement en lait.

Le recyclage industriel des carcasses d’animaux abattus par les fermiers ou refusées par les services vétérinaires des abattoirs fournit des protéines et des matières grasses (le suif).

Vers la fin des années 1970, le suif étant moins demandé, on a supprimé l'extraction des lipides par des solvants organiques ce qui a supprimé un traitement thermique pour éliminer les traces de solvant, ce qui a permis la persistance de l'agent infectieux.

La consommation de ces farines a probablement sélectionné une souche particulièrement apte à l’infection par voie orale puisque 1 gramme de cerveau de vache atteint d'ESB suffit à contaminer un veau per os.

En Angleterre, l'épidémie a affecté plus de 40.000 troupeaux. La moitié des troupeaux n'ont présenté qu'un seul cas, ce qui est tout à fait inhabituel pour une maladie infectieuse. Jusque mars 1996, on a recensé 170.000 bovins atteints en Angleterre, contre 300 cas sur le continent européen (dont 26 en France).

Après la loi interdisant l'utilisation des protéines (juillet 1988), l'incidence de la maladie a rapidement décliné (7000 cas en 1996).

L’inoculation intracérébrale de cerveau de vache folle au mouton, au porc, à la souris entraîne l’apparition de la maladie.

Mais l’agent infectieux ne peut être isolé.

L'encéphalopathie de la " vache folle " ne serait-elle pas transmissible à l’homme ? Il semblerait bien que oui :

En 1997, en Angleterre, on a décrit une dizaine de cas de MCJ atypiques (une nouvelle variante de MCJ ou nvMCJ) : la maladie atteint des sujets jeunes (27 ans). L'agent infectieux, extrait des cerveaux, possédait, dans tous les cas, les mêmes caractéristiques que la "souche" responsable de l'ESB.

 

ÉTIOLOGIE  DES EST : DES ATNC AUX PRIONS

Jusqu’à présent il a été impossible d’isoler les agents responsables des diverses encéphalopathies spongiformes transmissibles animales ou humaines.

- ils ressemblent à des virus :

2 ° - mais sans en avoir toutes les caractéristiques :

Les procédés d'inactivation habituellement efficaces sur les acides nucléiques des virus ne parviennent pas à réduire le pouvoir infectieux des cerveaux contaminés, comme si l'agent responsable semblait dépourvu de ce qui caractérise un virus : les acides nucléiques.

En revanche, l'agent est sensible à certains procédés drastiques qui dégradent les protéines : urée, soude, eau de Javel.

Protéine, Prion, PrP et… Prusiner

Depuis 1982, par l'ensemble de ses travaux, un américain, Stanley Prusiner, s'est fait le champion de la nature protéique de l'agent infectieux qu'il appelle le prion.

la protéine du prion ou PrP.

Stanley Prusiner a obtenu le Prix Nobel en Médecine en 1997.

1 - La PrP-c, forme normale de la PrP

la PrP-c est une glycoprotéine de surface synthétisée par presque toutes les cellules.

c'est dans les neurones du SNC qu'on observe les plus hauts niveaux de production.

Chez l'homme, le gène PrP , situé sur le bras court du chromosome 20, code une protéine native de 253 aa.

la PrP-c est glycosylée, l'extrémité C terminale de la protéine native est amputée d'une séquence de 23 aa qui est remplacée par un résidu glyco-phosphatidyl-inositol (GPI) qui permet la fixation de la protéine à la surface de la cellule

Le turn-over de la PrP-c est rapide : elle est endocytée et catabolisée par la cellule et sa demi-vie n'est que de quelques heures. Sa fonction est encore hypothétique (rôle dans la transmission synaptique ?).

2 - La PrP-res, forme anormale de la PrP

La PrP-res est la forme pathologique de la PrP : on ne la retrouve que dans le cerveau des personnes ou des animaux atteints d'encéphalopathie spongiforme transmissible.

Comparée à la PrP-c, il n'a pas été possible de mettre en évidence une différence de séquence en acides aminés, ni l'addition d'autres oligosaccharides.

La seule modification constatée est de type conformationnel : la PrP-res possède davantage de feuillets plissés b que la PrP-c :

PrP-c

PrP-res

 

 

hélices a

(les cylindres)

42 %

hélices a

(les cylindres)

30 %

feuillets b

(les flèches)

3 %

feuillets b

(les flèches)

43 %

La PrP-res possède de ce fait des propriétés physico-chimiques particulières : l'agrégabilité lui permet d'échapper au catabolisme cellulaire par les protéases.

L'EST serait la conséquence d'un catabolisme défectueux d'une protéine conduisant à son accumulation dans le SNC sous une forme pathologique :

- l'infectiosité de la PrP-res serait liée à son aptitude à convertir les molécules de PrP-c de l'hôte en une isoforme PrP-res :

une molécule de PrP-res forme un hétérodimère avec une molécule de PrP-c et lui imprime sa conformation.

Une fois séparés, les deux monomères peuvent interagir avec d'autres molécules de PrP-c :

- la conversion progressive en PrP-res est responsable de l'effet pathogène : résistant à l'action des protéases, la PrP-res s'accumule dans les neurones, car elle ne peut être dégradée par les protéases cellulaires.

PHYSIOPATHOLOGIE DE l'ATTEINTE DU SNC

Que l'agent infectieux soit une protéine ou un virus (théorie soutenue par d'autres spécialistes des EST), il se réplique dans les neurones et à un degré moindre dans le système immunitaire (thymus, rate, ganglions, plaques de Peyer).

Dans les neurones, cette multiplication a pour conséquence l'accumulation de la PrP sous forme de PrP-res : cette forme anormale dérive de la forme normale PrP-c endocytée par la cellule.

La PrP-c transformée en PrP-res acquiert ses propriétés : elle n'est pas digérée par les protéases cellulaires et s'accumule dans des vacuoles. Quand les vacuoles fusionnent, elles conduisent à la spongiose optiquement visible : le neurone meurt et libère la PrP-res.

La PrP-res extracellulaire :

ATNC

transconformation de la PrP-c en PrP-res

 

 

accumulation de la PrP-res dans la cellule infectée

 

 

mort neuronale liée à l'accumulation de PrP-res

 

 

Présence extracellulaire de PrP-res

 

mort neuronale

par apoptose

activation des astrocytes :

gliose ð cytokines

 

3 - Encéphalopathies et origine de la PrP-res

En ce qui concerne la maladie de Creutzfeldt-Jakob on peut décrire trois formes qui sont toutes transmissibles :

forme

 

Origine de la PrP-res :

1 sporadique

85 %

- une mutation somatique ?

2 familiale

15%

- une mutation germinale

3 infectieuse

rare

- une contamination par une PrP-res

- dans les formes sporadiques

l'origine de la transformation n'est pas connue : il peut s'agir de l'apparition d'une mutation somatique ou d'un changement conformationnel spontané (1). La protéine anormale imprime sa conformation aux protéines normales qui amplifient à leur tour cet événement initial (2).

- dans les formes héréditaires

la mutation du gène codant la PrP-c favorise la conversion spontanée de la forme normale en forme anormale (1) qui devient à son tour capable d'imprimer sa conformation aux protéines normales (2).

- dans la forme infectieuse

La protéine PrP-res est introduite dans l'organisme par un acte iatrogène (greffe de dure-mère, de cornée, de tympan provenant d'une MCJ ; examens ou chirurgie avec des instruments contaminés ; injections d'hormones hypophysaires extractives, en particulier l'hormone de croissance). Elle induira la transformation de la protéine normale.

 

LES ENCÉPHALOPATHIES SPONGIFORMES TRANSMISSIBLES :

- chez l'animal :

- chez l'homme

LA TRANSMISSION DES ENCÉPHALOPATHIES ENTRE ESPÈCES

L'efficacité de la transmission dépend de l'identité de séquence entre la PrPSc de l'inoculum et la PrPc de l'hôte. La modification d'un seul acide aminé dans la séquence de cette dernière peut suffire à abolir la transmission.

Tous les résultats obtenus suggèrent que la conversion nécessite une interaction très spécifique entre la PrPSc et la PrPc.

L'apport des résultats fournis par l'inoculation des souris transgéniques éclaire un ensemble de questions :

 

A - Souris sans gènes PrP

(souris prnp -/- ou souris knock-out) :

les souris résistent à l'infection et à la propagation des prions de souris.

 

B - Souris + gène PrPc de hamster

on remplace les gènes PrP de la souris par celui du hamster.

cette souris devient peu infectable par les prions de souris mais infectable à 100 % par les prions du hamster :

On peut augmenter le nombre de gènes de hamster dans la souris : la période d'incubation diminue proportionnellement avec le nombre de copies.

La PrPSc produite par la souris est du même type que l'inoculum.

C - souris porteuse du gène muté P102L

(en position 102 de la PrP la proline est remplacée par la leucine)

la souris développe spontanément une encéphalopathie spongiforme transmissible.

 

D - Souris + gènes de la PrP humaine et prions humains

L'injection de prions humains chez les souris normales déclenche une encéphalite après une très longue période d'incubation (> à un an).

La souris transgénique n'a pas une sensibilité plus grande aux prions humains. Un facteur X doit intervenir pour la conversion de la PrP et il est absent chez la souris :

 

E - Souris + gènes de la PrP humaine et prions bovins

la sensibilité de ces souris aux prions de l'ESB n'est pas augmentée par l'expression de la PrPc humaine et la PrPSc obtenue est de type souris, suggérant que la PrP humaine n'est pas un bon substrat pour les prions de l'ESB :

Comme on peut le voir, il faut une compatibilité entre la PrP de l'inoculum et la PrP de l'hôte.

C'est la différence de séquence entre acides aminés des deux PrP qui constitue la base moléculaire de la barrière d'espèce entre les bovins et les humains

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