LES MALADIES CONFORMATIONNELLES

I. Définition

Les pathologies conformationnelles sont des maladies génétiques ou neurodégénératives consécutives à un repliement défectueux de protéines entraînant leur dégradation ou leur accumulation sous forme d'agrégats, responsables de ces pathologies conformationnelles

II. Repliement

A. Généralités

Le processus de repliement des protéines est un processus physique qui lui permet d'adopter sa structure tridimensionnelle lui donnant sa fonction cellulaire. C'est par cette fonction qu'elle pourra vivre au sein de la cellule, communiquer avec d'autres protéines ou encore communiquer avec un récepteur.

Le repliement est tributaire de la composition en acides aminés de la protéine.

Ainsi la structure primaire influence la structure secondaire qui influence elle-même la structure tertiaire puis quaternaire.

B. Protéines chaperonnes

Ce repliement est souvent aidé par les protéines chaperonnes qui sont des protéines dont la fonction est d'assister d'autres protéines dans leur maturation, en leur assurant un repliement tridimensionnel adéquat.

Exemples :

HSP 70 (Heat Shock Protein), HSP 90 BIP qui se lie aux immunoglobulines

C. Rôle de la conformation protéique

A l'aide de protéines chaperonnes, les protéines vont se conformer selon une structure particulière pour pouvoir agir. Il existe des pathologies, comme dans les maladies à prion, où on a des repliements pathologiques.

La conséquence est la même que dans une maladie génétique : la protéine est absente. On a donc l'absence de la fonction qu'elle devait réaliser.

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Ainsi, les maladies à prion sont des infections par des agents transmissibles non conventionnels (ATNC).

En effet, dans les maladies à prion, on peut avoir une contamination par un agent externe qui va venir déstabiliser la structure tridimensionnelle de la protéine, inhibant donc son activité.

III. Les prions

A. Caractéristiques principales des prions

Ce sont des agents infectieux non conventionnels qui sont des parasites obligatoires.

Ils sont composés uniquement de protéines (Prion = PRoteinaveaus Infectious particles ONly).

Leur mode de réplication est lent et suppose des modifications post-traductionnelles de protéines endogènes, c'est-à-dire des protéines présentes à l'intérieur même de la cellule infectée.

Néanmoins, il existe des formes non infectieuses (génétiques) des maladies à prion.

Ces protéines prions sont très résistantes aux produits de dénaturation classique comme les UV, la chaleur ou la trypsine. Par contre, elles ne sont pas résistantes à des produits très dénaturants.

Ces protéines prions sont résistantes à la protéinase K, d'où le nom PrPRes.

Chez l'hôte il n'y a pas d'anticorps développés contre cette protéine prion. En effet, généralement il existe une forme endogène de la protéine prion qui la même structure primaire et qui est donc reconnue par l'organisme.

B. Conformation des prions

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Les prions ont une forme cellulaire PrPc (pour cellular) qui a la même structure primaire que la forme PrPsc (pour Scrapie) (ou PrPres pour résistante).

La différence entre la protéine endogène PrPc et la protéine prion PrPRes réside dans la structure secondaire et tertiaire.

Ici on a pour la protéine endogène des hélices α alors qu'on a des feuillets β dans la protéine prion.

D. Nocivité des prions

Ces protéines prions sont très nocives car lorsqu'elles sont en contact d'une cellule PrPc normale elles entraînent sa modification la faisant passer d'un état normal (avec des hélices α) à un état pathologique (avec des feuillets β). Ainsi, après quelques temps toutes les protéines sont transformées.

E. Protéine prion humaine normale PrP c

1. Caractéristiques

Cette protéine prion humaine PrP est codée par un gène : le gène PRNP.

Ce gène est retrouvé sur le chromosome 20 (chez l'homme). On va retrouver des protéines homologues dans les autres espèces infectées (d'où le même type de maladie chez plusieurs espèces).

Ce gène est composé de 3 exons dont seul le 3ème code pour la PrP :

Chez l'Homme on retrouve 253 résidus (acides aminés) pour 27 kDa Chez la souris, le hamster on en a 254 Chez le mouton 256

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2. Distribution anatomique

Cette protéine est retrouvée de façon ubiquitaire, surtout au niveau du système nerveux central (cortex cérébral et cérébelleux, hippocampe, tronc cérébrale), mais surtout au niveau des neurones et de la glie. Ainsi la neuro-inflammation associée à la maladie est due à la présence des protéines prions au niveau des cellules neuronales et gliales.

Mais elle est aussi retrouvée :

Dans le système nerveux périphérique (neurones des plexus du tube digestif) Dans les organes lymphoïdes (rate, ganglion, amygdales, thymus) : lymphocytes, monocytes,

cellules réticulaires dendritiques (présentatrices d'antigènes) Dans le sang circulant (plaquettes, sérum, lymphocytes, monocytes). Toutefois, il semble

qu'il y ait peu de risque de transmission par voie sanguine. Dans le placenta. Par contre, il n'ya pas de transmission fœto-maternelle clairement établie. Au niveau des muscles squelettiques, plus précisément au niveau de la jonction neuro-

musculaire. Testicule, ovaire, intestin, (poumon), pancréas (îlots endocrines), glandes salivaires (à

sécrétion muqueuse), foie, estomac, intestin, rein (certaines portions tubulaires du néphron).

3. Fonction naturelle de la PrP

A l'état normal cette protéine est impliquée dans certains métabolismes comme le métabolisme de certains ions (Cuivre et Zinc). Ce sont des ions divalents qui induisent l'endocytose de PrP intacte mais pas celle de la PrP dépourvue du domaine N-terminale qui ne pourra pas se fixer aux ions.

La PrP a une activité superoxide dismutase, c'est-à-dire qu'elle a un rôle dans la lutte contre le stress oxydant (protection contre les radicaux O2).

Il y a une interaction de PrP avec des composants de la matrice extra-cellulaire (laminine, glycosaminoglycanes sulfatés) et leur récepteur (de laminine, complexe dystoglycan).

La PrP a un rôle de transduction du signal. L'agrégation de la PrP active la tyrosine-kinase Fyn par l'intermédiaire de la cavéoline 1.

La PrP peut se fixer à l'ADN. Par cet intermédiaire, la PrP possède des propriétés proches de celles de la protéine NCp7 de la capside du virus du SIDA vis-à-vis de l'ARN viral

Par contre, des études sur de souris déficientes en PrP n'ont montré aucune déficience phénotypique marquée.

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4. Biosynthèse, maturation

La synthèse de cette protéine se fait au niveau du réticulum endoplasmique.

Le clivage de cette protéine se fait au niveau de la membrane plasmique avec une libération dans le milieu extracellulaire.

F. Formes pathogènes de la PrP (PrP Sc ou PrP res )

1. Génotype

C'est le même gène qui code pour la PrPC et la PrPres. Ainsi il peut exister une forme génétique avec une modification de ce gène entraînant une synthèse de PrPres.

2. Caractéristiques physico-chimiques

Les caractéristiques physico-chimiques sont différentes entre les deux formes de PrP.

En particulier, la PrPres est résistante à la protéolyse par la protéinase K. L'utilisation de la protéinase K est d'ailleurs un bon test pour identifier la PrPres.

3. Caractéristiques biochimiques

La PrPres est capable d'induire la transformation de PrPc en PrPres.

Les caractéristiques biochimiques sont différentes entre les deux protéines.

Cette protéine PrPres a une capacité d'inactivation du système nerveux central importante.

Il existe néanmoins une barrière d'espèce, c'est-à-dire que la protéine d'une autre espèce ne peut pas transformer la protéine humaine.

4. Maladies associées

Ces formes anormales de protéines seront à l'origine de maladies conformationnelles.

Pour la plupart ces maladies sont des encéphalopathies subaiguës spongiformes transmissibles (ESST)

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G. Pathologies chez l'homme

Ce type d'encéphalopathie est décrit dans plusieurs maladies :

La maladie de Creutzfeld-Jacob (MCJ) qui se décline en 4 formes : La forme sporadique d'origine indéterminée La forme familiale qui est génétique La forme iatrogène après une contamination (chirurgicale par exemple) Des nouveaux variants de la maladie de Creutzfeld-Jacob (nvMCJ) dus,

probablement, à la consommation de matériel bovin atteint d'Encéphalopathie spongieuse bovine

Les insomnies fatales familiales (FFI) dues à des mutations héréditaires du gène PRNP. L'insomnie fatale sporadique qui est due a des mutations spontanées. Le syndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) qui est une mutation héréditaire du

gène PRNP. La maladie de Kuru qui est due à la consommation d'organes de cadavre lors de rites de

cannibalisme mortuaire.

IV. Maladie de Creutzfeld-Jacob

C'est une dégénérescence du système nerveux central caractérisée par l'accumulation d'un prion (forme anormale de la protéine). Cette dégénérescence est sans réponse inflammatoire (et donc sans réponse immunitaire).

C'est une maladie d'incubation longue (jusqu'à 10 - 20 ans) et silencieuse. Ainsi, il n'y a aucune symptomatologie pendant l'incubation. Cette maladie évolue toujours vers le décès de la personne.

A. Historique

La maladie de Kuru est une maladie qui a été décrite en Nouvelle-Guinée chez une population mangeant des organes de cadavres. Ainsi la transmission homme-homme est connue par voie digestive.

B. Epidémiologie

Il existe 3 formes de cette maladie :

Une forme sporadique Une forme génétique Une forme iatrogène

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1. La forme sporadique

a. Caractéristiques

Généralités-Forme la plus fréquente (80% des cas) mais très rare (1,5 cas par million d'habitants).

-Pas de mutation du gène PRPN

Âge de début 60 ans

Incubation 10 à 20 ans

Durée d'évolution

6 mois à 1 an

Symptômes- Démence- Anomalies neurologiques (myoclonie, déficience visuelle, atteintes des neurones pyramidaux)

Cause Inconnue

Examens

EEG Peut montrer des anomalies périodiques

IRM Dans 50% des cas, hypersignaux dans les noyaux gris centraux et dans les cortex cérébraux et cérébelleux

Protéine 14-3-3 (Prion) dans le LCR

Oui

b. Formes cliniques

Forme de Heidenhain On a une atteinte pariéto-occipitale avec une prédominance des signes visuels (cécité corticale, agnosie visuelle).

Forme de Brownell et Oppenheimer On a une atteinte cérébelleuse dominée par l'ataxie (manque de coordination fine des mouvements).

Forme thalamique de Garcin Elle est caractérisée par l'intensité de la démence et des mouvements anormaux.

Forme amyotrophique On a une atteinte de la corne antérieure de la moelle et un syndrome extra-pyramidal

Forme japonaise ou panencéphalique On a des lésions de la substance blanche. C'est une forme de longue durée d'évolution (elle peut évoluer sur 10 ans).

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2. Forme génétique

a. Caractéristiques

Elle est plus rare (10 à 15% de l'ensemble des maladies à prion).

On a une transmission autosomique dominante avec une pénétrance variable.

Cette forme génétique est liée à des mutations ou des insertions sur le gène PRNP codant pour la protéine prion portée par le chromosome 20.

b. Mutations

On a comme mutation :

Une mutation du codon 200 (la plus fréquente). Les signes cliniques et la durée d'évolution sont comparables à ceux de la forme sporadique.

Une mutation du codon 178 On a des différences avec la forme sporadique car elle est beaucoup plus précoce. Par contre, la durée d'évolution est plus longue. De plus, on a l'absence des signes EEG caractéristiques.

D'autres mutations

c. Insertion

Dans ce cas là, l'analyse des phénotypes est difficile. En effet, chaque insertion n'ayant été décrite que dans une famille.

Les signes cliniques ne dépendent pas du nombre d'insertions. Par contre, plus il y a d'insertions plus l'âge de survenue de la maladie est précoce et plus la durée d'évolution de la maladie est lente.

3. Forme iatrogène

La forme iatrogène est la forme acquise provoquée par l'inoculation de l'agent infectieux selon 2 voies :

La proximité cérébrale via des greffes de cornée ou de dure-mère. On a aussi le cas d'électrodes ou d'instruments insuffisamment stérilisés.

Par voie périphérique c'est-à-dire par voie orale ou par injection d'hormone de croissance

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a. La maladie de Kuru

Durée d'évolution4 à 40 ans. Plus longue chez les hétérozygotes méthionine/valine au codon 129

Symptômes-Ataxie cérébelleuse-Tremblements et autres mouvements anormaux-Dysarthrie aboutissant au mutisme-Hypertonie extra-pyramidale

Cause Cannibalisme d'organes sur des morts lors de rites

b. Par inoculation de proximité cérébrale

Incubation 6 ans en moyenne (de 1,5 à 18 ans)

Durée d'évolution 7 mois en moyenne

Symptômes-Idem que la Maladie de Creutzfeld Jacob Spongiforme-Mais ataxie cérébelleuse plus souvent inaugurale

Cause -Greffes de cornée et de dure-mère -Electrodes ou matériel chirurgical mal stérilisés

Examens

EEG Positif

IRM

Protéine 14-3-3 (Prion) dans le LCR

Positif

c. Par inoculation périphérique

Durée d'évolution 18 mois en moyenne

Symptômes

-Ataxie cérébelleuse-Troubles oculomoteurs avec parfois fatigabilité-Troubles du comportement (euphorie, indifférence)-Tremblements-Céphalées-Polyphagie-Insomnie

Cause Inoculation d'hormones de croissance contaminées

Examens

EEG Ralentissement ou bouffée pseudo-périodique. Aspect périodique rare

IRM

Protéine 14-3-3 (Prion) dans le LCR

Positif après quelques mois d'évolution

d. Nouveau variant de la maladie de Creutzfeld-Jacob

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Incubation 6 ans en moyenne (de 1,5 à 18 ans)

Âge moyen 29 ans (entre 14 et 74 ans)

Durée d'évolution 14 mois (entre 6 et 40 mois)

Cause Ingestion de viande bovine atteint d'Encéphalopathie spongieuse Bovine

Examens

EEG Jamais d'anomalies périodiques

IRM Hypersignaux caractéristiques à la partie postérieure du thalamus

Protéine 14-3-3 (Prion) dans le LCR

Positif dans 50% des cas

C. Coupes histologiques

A gauche, les colorations marron sont des accumulations de protéines PrPres.

L'image de droite montre la formation de grosses vacuoles intra-cytoplasmiques empêchant le bon fonctionnement du cerveau.

D. Diagnostic

Il ne se fait avec certitude que sur des prélèvements cérébraux post-mortem.

Sur ces prélèvements on observera la présence de plaques entourées de bulles spongieuses.

On pourra aussi analyser le LCR.

Il n'y a pas de traitement à ce jour.

E. Examens

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1. L'EEG

Il est en faveur de la MCJ en cas d'anomalies pseudo-périodiques ou périodiques. Néanmoins il peut ne montrer qu'un ralentissement diffus non spécifique au début de la maladie.

2. Le scanner

Il est en faveur de la MCJ s'il est normal ou ne montre qu'une atrophie cérébrale légère.

3. L'IRM

Elle est en faveur de la MCJ si elle est normale ou ne montre qu'une atrophie cérébrale légère et surtout en cas de détection d'hypersignaux dans les noyaux gris centraux ou le cortex.

4. Etude génétique

Dans la forme génétique on peut étudier le gène PRNP (codant pour la protéine prion).

Cette étude nécessite un consentement signé du patient de sa famille.

On recherche une mutation des codons 200 ou 178 ainsi qu'un polymorphisme du codon 129.

Si on ne trouve pas d'anomalies sur ces codons on va séquencer la totalité du gène pour regarder si on n'a pas une délétion ou une insertion sur celui-ci.

5. Tests post-mortem

On réalisera des coupes histologiques ainsi que 3 tests de dépistage basés sur l'extraction des protéines à partir du cerveau.

On fera une injection de broyats de cerveaux à des souris pour voir si elles développent la maladie.

6. Critères cliniques

On recherchera une augmentation de la protéine 14-3-3 dans le LCR (pas pour le nvMCJ)

On réalisera en plus, un dépistage sur les amygdales.

On essaye de détecter de façon précoce dans le sang la protéine. C'est un enjeu primordial pour les transfusions.

F. Quand suspecter une maladie de Creutzfeld-Jacob ?

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La suspicion d'une MCJ ou d'une autre maladie à prions se pose devant :

Des troubles intellectuels d'évolution rapide et/ou Un signe neurologique évocateur (myoclonies, syndrome cérébelleux, trouble visuel…)

V. La maladie de Gaucher

C'est la plus fréquente des maladies lysosomales.

On a des mutations de la β-glucosidase acide ou de la glucocérébrosidase qui est une enzyme membranaire entraînant un défaut de la conformation qui devient donc inactive.

Cette enzyme transforme le glucosylcéramide en glucose et céramide.

Pour ce type de maladie, il existe une thérapie : les thérapies chaperonnes (ou conformationnelles) qui vont consister à apporter des molécules chaperonnes à l'individu pour reconformer l'enzyme pour qu'elle remplisse sa fonction.

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