Daniel CUCHE - professeur de SVT au lycée CHATEAUBRIAND de RENNES
Bernard LE VOT - Inspecteur général de l'Education nationale

L'ESB, encéphalopathie spongiforme bovine, qui défraie tant la chronique actuellement n'est qu'une des maladies neurodégénératives affectant plusieurs espèces de Vertébrés - essentiellement dans la classe des Mammifères - dont l’étude a conduit à envisager l'existence d'un type nouveau d'agent pathogène : le prion.

1. LES ENCEPHALOPATHIES SPONGIFORMES SUBAIGUËS TRANSMISSIBLES (ESST).

1.1. Recensement

On les connaît chez de nombreuses espèces de Mammifères et parfois depuis longtemps. Ainsi la "tremblante du mouton" est répertoriée en Angleterre depuis 1732 au moins et la maladie de Creutzfeld-Jakob (MCJ), affectant l'Homme, est décrite pour la première fois en 1920.
Les formes animales les plus connues sont la "tremblante du mouton" touchant les ovins et les caprins, l'ESB plus connue chez les bovins sous le nom de "maladie de la vache folle" mais qui atteint également les ruminants exotiques (exemple de l’antilope koudou du zoo de Londres). Les carnivores ne sont pas épargnés avec l'encéphalopathie du vison aux USA, l'encéphalopathie spongiforme féline (chat domestique, puma et guépard au zoo).
Quant à l'Homme, deux affections dominent : le kuru qui a sévi en Nouvelle Guinée jusqu’en 1974 et presque totalement éteint et la MCJ dont un nouveau variant (nvMCJ) apparaît en Grande Bretagne en 1996.

2.2. Caractéristiques

Toutes ces ESST se traduisent par un tableau clinique offrant de nombreux points communs : troubles de la motricité (équilibre, incoordination des mouvements, tremblements), de la sensibilité (réactions exagérées au contact, au bruit), des comportements (crainte ou agressivité puis torpeur) et, chez l'Homme, une démence progressive plus ou moins précoce. Ces symptômes sont l'expression d'une atteinte du système nerveux central notamment du cervelet, impliqué dans la coordination des mouvements, et des centres cérébraux supérieurs supportant les fonctions cognitives, la mémoire et les schémas comportementaux. Actuellement, l'affection est inéluctablement mortelle et l'étude neuropathologique des cerveaux prélevés lors de l'autopsie confirme chez l'animal et l'Homme l'existence d'une dégénérescence encéphalique :

  • spongiose (le tissu nerveux a l'aspect d'une éponge) qui correspond à la vacuolisation des neurones atteints et aux "trous" laissés par leur disparition finale,

  • "plaques amyloïdes" dans les espaces intercellulaires, correspondant à des dépôts protéiques.

Coupe histologique dans le cortex d'un cerveau humain atteint de la maladie de Creutzfeld-Jakob.
Photographie aimablement prêtée par "University of Iowa's Virtual Hospital" (USA).
Coupe histologique dans un cerveau humain atteint par le Kuru.
Photographie aimablement prêtée par "University of Iowa's Virtual Hospital" (USA).
Coupe histologique dans un cerveau humain atteint par le Kuru. On y distingue des plaques amyloïdes dans les espaces intercellulaires.
Photographie aimablement prêtée par "University of Iowa's Virtual Hospital" (USA).
Coupe histologique dans une moelle de vache atteinte d'encéphalopathie spongiforme bovine. 
Photographie aimablement prêtée par National Institute of Animal Health (Japan) Photographed by Dr. M. KUBO NIAH.
Coupes histologiques dans la substance grise d'un cerveau de mouton. On observe nettement sur la photographie de droite une grande vacuole dans chacun des deux neurones. Cette vacuole pousse sur les bords de la cellule le noyau et les autres organites cytoplasmiques.
Photographies aimablement prêtées par Dr. R. Higgins, School of Veterinary Medicine, University of California, Davis (USA).

3.3. modes de transmission

Des études épidémiologiques remarquables ont conduit à envisager la transmissibilité de ces maladies par voie orale : le kuru rattaché avec certitude (voir plus loin) à la pratique du cannibalisme rituel dans la tribu Fore de Nouvelle Guinée, l'ESB reliée à la consommation de farines animales issues de carcasses d'ovins et de bovins atteints, le nvMCJ par consommation de "vache folle". La transmission expérimentale par voie parentérale est aussi possible : injections intracérébrales d'extraits d'organes atteints à des ruminants, des rongeurs (souris, hamster), des primates ; transmissions accidentelles lors d'opérations (greffes de dure-mère, de cornée) ou de traitements (hormone de croissance isolée à partir d'hypophyses de patients décédés de la MCJ). L’effet, chez l’animal, de la scarification expérimentale des gencives sur la transmission par ingestion orale, fournit au moins une explication de celle–ci (v.§ III). Il a ainsi été établi la variabilité de la période d'incubation en fonction de l'espèce et du mode d'inoculation. Chez l'Homme, l'incubation du kuru était égale ou supérieure à 20 ans, celle de la MCJ après greffe ou injection variait de 7 mois à plus de 10 ans. Il faut dire enfin que, au moins chez l’Homme, on peut identifier une prédisposition héréditaire à la transmission de la MCJ (v.§.II)

Ces maladies neurodégénératives, assez bien caractérisées au plan clinique, sont –quoique inégalement- transmissibles sans que soit identifié un agent infectieux de type protiste, bactérie ou virus. Lorsqu’elles sont éradiquées, c’est par interruption de la voie de contamination (cas du Kuru). Elles posent la question d’un agent causal commun , de type nouveau.

 

2. UN AGENT TRANSMISSIBLE NON CONVENTIONNEL (ATNC) : LE PRION.

2.1. propriétés caractéristiques de l’agent transmissible

L'agent des ESST n'est pas conventionnel à plusieurs égards. D'abord il affecte des groupes phylogénétiquement parfois éloignés : ovins, caprins, bovins mais aussi rongeurs, mustélidés, félidés, primates dont l'Homme. Ensuite des extraits purifiés de cerveau atteint conservent leur infectiosité (pouvoir infectieux) malgré une exposition aux ultraviolets, aux radiations ionisantes, à la chaleur humide ou sèche (130°C), aux protéases, aux nucléases, ce qui conduit à envisager l'intervention d'un agent non cellulaire et même non viral, dépourvu d'acide nucléique !

2.2. Recherche de l’agent transmissible : concept de prion et protéine PrP

Les travaux de Prusiner et de son équipe, à partir des années 1980, confirment le caractère très particulier de l'agent supposé responsable. Des extraits hautement purifiés de cerveaux de hamster auxquels on a inoculé la "tremblante" contiennent une glycoprotéine hydrophobe qui se révèle étroitement liée au pouvoir infectieux. Pour cette raison, cette glycoprotéine, ensuite identifiée comme constituant essentiel des "plaques amyloïdes" observées dans les cerveaux atteints, a été baptisée prion (pour "protinaceus infectious particle") et notée PrP (pour "protease resistant protein"). Les études ultérieures du prion, menées in vitro et en microscopie électronique, montrent qu'il s'agit d'une molécule globulaire capable de s'agréger en filaments de 10-20 nm de diamètre et de 100-200 nm de long en formant les "plaques amyloïdes".

Photographie extraite de "Columbia University - Record - Vol.23, n°7, october 24, 1997"
En janvier 2000, des chercheurs du Fonds national suisse ont dévoilé la structure tridimensionnelle de la PrP saine de l'homme. Le domaine, de forme sphérique, contient trois sections en spirale, une structure en forme de dépliant et un fil.
Document aimablement prêté par le site du Courrier de l'environnement de l'INRA (dessin non original).
Représentation de la forme normale de la protéine PrP (à gauche) et de la forme infectieuse (à droite), le prion (PrP-res), selon l'équipe de Stantley B. Prusiner

En 1985, grâce au génie génétique, le gène de la PrP est localisé, séquencé et on constate avec surprise, qu'il est normalement fonctionnel et se retrouve étonnamment semblable dans le génome normal des espèces sensibles. Le gène de la PrP normale, cellulaire (notée PrPc) est morcelé en 2 ou 3 exons suivant les espèces. Chez l'Homme, où il est localisé sur le chromosome 20, un certain nombre de mutations ont été répertoriées dont certaines prédisposent aux ESST et - ou - en influencent le cours (âge d'apparition, durée d'évolution, séquence des symptômes), expliquant la diversité des ESST et les maladies familiales (héréditaires).

La PrPc est synthétisée dans le réticulum endoplasmique des neurones (parmi d'autres cellules productrices), glycosylée dans l’appareil de Golgi et sécrétée à la surface de la cellule où elle s'ancre dans le plasmalemme. Elle est rapidement recyclée grâce à sa sensibilité aux protéases. Son rôle paraît énigmatique puisque des souris transgéniques dépourvues du gène de la PrPc ne semblent manifester aucun trouble majeur, sauf - peut-être - une légère diminution des capacités de mémoire et d'apprentissage. La résistance de ces souris à l’inoculation des ESST atteste du rôle central que joue la PrP dans celles - ci. Récemment l'équipe CNRS-Institut Pasteur d'Odile KELLERMANN (voir "Pour la Science" n°278-décembre 2000-p.21) a observé que la stimulation de la PrPc sur la face exocellulaire du plasmalemme enclenche une réaction en face endocellulaire; la PrPc serait ainsi impliquée dans une transduction de signal (nerveux ? hormonal ? ).

2.3. De la PrP au prion

Les ESST semblent donc causées par l'accumulation dans le milieu extracellulaire et dans les lysosomes des neurones atteints, d'une forme anormale de la PrP, notée PrPres du fait de sa résistance aux protéases qui assurent normalement le recyclage de la PrPc. L'étude structurale comparée de la PrPc et de la PrPres est instructive : à séquence primaire identique, la première est riche en hélices a (42%) tandis que la seconde compte 43% de feuillets b . La maladie semble le résultat de la conversion de la PrPc en PrPres par un changement de conformation expliquant la grande résistance de la PrPres aux agents physico-chimiques puisque les feuillets b autorisent une plus grande compacité moléculaire que les hélices a , conférant notamment une protection contre l’hydrolyse.
Ainsi la PrP constituant les "plaques amyloïdes" est synthétisée par l'animal malade et devient prion par changement de conformation, après infection par le prion pathogène provenant d'un autre animal atteint, de même espèce ou non.

Inventer le prion remet en cause un dogme de la biologie qui veut que toute reproduction fasse intervenir une information moléculaire représentée par au moins un acide nucléique. L’invoquer ne répond pas à toutes les questions et en particulier pas à celle de son mécanisme d'action.

3. INCERTITUDES SUR L’ATNC ET POSSIBILITES DE LUTTE

3.1. Un concept en discussion

L’unanimité n’est pas faite autour du prion en tant qu’agent infectieux des ESST. Pour certains auteurs la PrP doit, en réalité, être associée à un acide nucléique et l'ATNC serait à rapprocher des virus, mais il resterait original par ses très faibles dimensions. La longue période d'incubation peut évoquer les rétrovirus. Mais toutes les tentatives de mise en évidence d'un acide nucléique (ADN ou ARN) dans les extraits purifiés infectieux ont échoué. De plus l'absence de réactions immunitaires ne milite pas en faveur de cette hypothèse sauf à invoquer un virino, c'est à dire un acide nucléique étranger de très petite taille, enveloppé de protéines de l'hôte ; mais alors quel mode d'action réserver à cet ADN ou ARN ?
Prusiner, auteur de la notion de prion, en a d'abord fait une protéine infectieuse, autoréplicable sans le secours d'un quelconque acide nucléique. Puis le prion est devenu le produit du changement de conformation d'une protéine normale : la PrPc est convertie en PrPres. Cette dernière pourrait servir de "moule" de conversion à la PrPc, à la manière d'une chaperonine*, ce qui, s’ajoutant à la résistance au recyclage normal, expliquerait la "multiplication" de la forme pathogène sans intervention d'un acide nucléique. Mais comment l'infection par une protéine peut-elle passer par l'alimentation ? Certes la PrPres est caractérisée par sa résistance aux protéases et peut échapper ainsi à la digestion mais il reste la question du franchissement de la barrière intestinale, normalement imperméable aux protéines. Comme il a déjà été dit plus haut (v.§.I), des expériences de transmission orale de la "tremblante" ont à cet égard montré le rôle très favorisant de lésions gingivales par lesquelles l'agent pathogène pourrait passer dans le sang et la lymphe.

3.2. les précautions à prendre

Malgré et à cause de ces incertitudes persistantes, des précautions élémentaires ont dû être prises :

  • stérilisation renforcée des instruments chirurgicaux pour tenir compte de la résistance exceptionnelle de l'ATNC,

  • utilisation de neurohormones "propres" issues du génie génétique,

  • alimentation sécurisée par l'interdiction à la distribution des organes à risques du bœuf **, par l'interdiction des farines animales dans l'alimentation du bétail quel qu'il soit, en raison des possibilités de franchissement de la barrière interspécifique.

L'imparfaite connaissance de l'agent pathogène et de son mode d'action entache d'une marge d'erreur importante toute tentative de projection épidémiologique concernant le développement chez l'Homme du nvMCJ. A l'heure actuelle on a recensé en France moins de 5 cas, chiffre sans commune mesure avec celui qui concerne l'épidémie de SIDA (les durées d’incubation sont fort différentes il est vrai …) et si les mesures prises récemment sont justifiées, toute psychose serait exagérée. Somme toute, le kuru a, en quelques années, quasiment disparu avec la fin du cannibalisme rituel …

La compréhension des maladies classiques a permis de les combattre efficacement ce qui fait d'autant mieux ressortir les nouvelles pathologies. L’exploration de ces dernières permet de mettre au jour de nouvelles entités, des mécanismes inédits et ainsi de faire progresser constamment notre connaissance des êtres vivants. Cela passe, comme toujours en sciences, par la nécessaire remise en cause des dogmes antérieurs.


* Chaperonines : protéines qui guident l'enroulement d'autres protéines en cours de synthèse et leur permettent d'accéder à leur conformation fonctionnelle.

** Organes à risques du bœuf : les organes, qu'ils soient consommés ou non, ont été répartis en 4 catégories (de I à IV) d'infectiosité décroissante :

  • catégorie I : système nerveux central et tout ce qui s'y relie (yeux, méninges),

  • catégorie II : ganglions lymphatiques, rate, amygdales, intestin, placenta, rein,

  • catégorie III : glandes surrénales, thymus, moelle osseuse, poumons, pancréas, muqueuse nasale, liquide céphalo-rachidien,

  • catégorie IV : les muscles sont considérés comme sains car ne présentant pas de titre infectieux détectable.

Bibliographie:

  • Maladie de Creutzfeld-Jakob et autres maladies à prion - Pierre BEAUVAIS et Thierry BILLETTE DE VILLEMEUR - Médecine-Sciences Flammarion.

  • La Recherche - N°332 de juin 2000 - Vache folle : transmission expérimentale (p. 46).

  • Pour la Science - N°278 de décembre 2000 - La fonction du prion (p. 21).

Quelques sites utiles sur la toile :

www.encyclo.wanadoo.fr 
www.frm.org/Scientifique/Sujetsfond/Prions/cadprion.htm
 
www.infoscience.fr/dossier/prion/prion1.html
 
www.infobiogen.fr/people/dessen/prp
www.inra.fr/Internet/Produits/dpenv/vfol___5.htm

( recherche iconographique C. LIEVRE )

Origine : FRANCE - Académie de Rennes - site SVT - http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/svt