Le Monde des virus et des Prions

F.Morinet

Les Prions

Les maladies neurodégénératives

Alzeimer-cortex enthorinal-mémoire-35 106 patients

protéine β amyloide (accumulation extra-cellulaire)

protéine Tau(microtubule)

Parkinson-noyaux gris centraux(neurones dopaminergiques)- 4 106 patients

tremblement

protéine α synuclein(corps de Lewy cytoplasmiques)

Maladie à Prions: maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ)1-2cas/106/an France

MCJv(maladie de la vache folle) 200 décés

Atteinte neuronale qui s'étend à d’autres régions du cortex

Dennis Science 2012Hardy N Engl J Med 2012Polymenidou J Exp Med 2012

[P]= nbre de protéines présentant les motifs d’agrégation[nP]= nbre de fibres agrégées contenant [P]

si P augmente [P]n est très grand , le ln est négatif ; ΔG est négatif.La formation de fibrilles est hautement favorable et spontanée

La concentration de protéines mal repliées doit donc atteindre un seuil critique pour qu’il y ait formation de fibrilles; il s’agit d’une rupture d’équilibre avec les formes solubles de ces mêmes protéines.

Une fois ce seuil atteint il existe un processus de nucléation (cristallisation) assurant la dissémination; ce processus est stochastique et rare expliquant peut-être l’émergence tardive des maladies neurodégénératives.

Eisenberg Cell 2012

Simondon in « L’individu et sa genèse physico-biologique » 1995

La vie est associée à la production d’entropie et donc aux processus irréversibles

La production de protéines prions et de plaques amyloïdes débouche sur une nouvelle organisation spatio-temporelle; peut on parler de « structures dissipatives »?

Prigogine 1998

Les maladies à Prions sont des maladies neurodégénératives

transmissibles (matériel de neurochirurgie)

résultant de l’accumulation d’une protéine cellulaire normale mutée

ce sont donc des maladies conformationnelles

Eisenberg Cell 2012Freed N Engl J Med 2001

Carrell Lancet 1997

PrPc : 253 AA

région N-ter clivage d ’un peptide signal de 22AA

région C-ter clivage d ’une région hydrophobe de 23AA

incorporation d ’un phospholipide glyco-inositol (GPI) ancrage dans les radeaux lipidiques

40% d ’hélices alpha

La protéine « Prion » cellulaire

Aguzzi Physiol Rev 2009

Les isoformes anormales de la PrPc

modification post traductionnelle de la PrPc

conversion en PrPsc : proteine prion

40% feuillets beta , 30% hélices alpha

insoluble en présence de détergent non dénaturant

résistante partiellement à la protéinase K

accumulation de PrPsc : formation d’agrégats formation de fibrilles amyloides(10% MCJ-100%MCJv)

notion de souche(repliement)

Protéasome 26s ATP protéine-ubiquitine

ADP + Pi

protéine dégradée

Ubiquitine recyclée

Protéine Prion

Goldberg N Engl J Med 2007

De nombreux organismes ont des prions

Chévre et mouton(scrapie), bovins(encéphalopathie bovine spongiforme-maladie de la vache folle),vison, chats, cervidés……

Il s’agit le plus souvent de formes infectieuses

Colby C S H Biol Perspectives 2011

Les protéines Prions peuvent avoir un rôle bénéfique

« La matiére devient plus active »

Levure : la forme Prion apparue lors d’un stress permet de

résister à une modification de l’environnement

Drosophile: Orb2 qui contient un domaine prion joue un rôle

dans la mémoire à long terme

In vitro: la protéine MAVS s’agrège en forme Prion lui

permettant de reconnaitre l’ARN viral et déclencher

la synthèse d’Interféron alpha

Li Neuron 2012Ye Cell 2011Halfmann Science 2010Prigogine 1998

Les maladies humaines à Prions (1)

Le Kuru La maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) Le syndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS) L ’insomnie fatale familiale (IFF) L ’angiopathie amyloide cérébrale (AAC)

La maladie de la vache folle (MCJv)

Les maladies humaines à Prions (2)

Formes sporadiques : MCJ , 90%

Formes familiales : MCJ ,5% à 10% , insertion/mutation du géne PRPN mode autosomique dominant, pénétrance variable. MCJ la plus fréquente, mutation au codon 200

Formes iatrogènes : MCJ ,10% , extraits hypophysaires, greffe de cornée greffe de dure-mère, électrodes intra-cérébrales

Formes alimentaires : MCJv

Cellule nationale de référence des maladies de Creutzfeld-JakobGroupe Hospitalier Pitié-Salpêtrière 2009

MCJ forme sporadique :

62 ans état dépressif 1à 2mois

syndrome démentiel (100%) myoclonies (88%) syndrome extra-pyramidal (66%) syndrome cérébelleux (62%)

évolution fatale en 6mois

Les maladies humaines à Prions (3)

MCJv : 19-39 ans

présentation psychiatrique ataxie cérébelleuse

évolution vers le coma et la mort en 14 mois

Les maladies humaines à Prions (4)

Diagnostic des maladies à Prions

Approches diagnostiques :Biomarqueurs LCR 14-3-3 +++(OMS) NSE Amygdale (MCJv)PrPsc

Autres tissus ?? Imagerie IRM (MCJv)

Certitudes diagnostiques : Biopsie cérébrale spongiose gliose astrocytaire perte neuronale

PrPsc

Les Virus

Exemples de Virus à ADN

Exemples de virus à ARN

Réplication virale

Origine des Virus

Les rétrovirus endogènes

La causalité

Exemples de Virus à ADN

AdénovirusConjonctivites

Pneumopathies

PapillomavirusCancer du col utérin

Le cancer du col utérin est une maladie infectieuse sexuellement transmise.

Il se déclare 10-15 ans après une infection génitale par des papillomavirus oncogènes , types 16 et 18.

Pendant ces 10-15 ans les lésions génitales peuvent être détectées par frottis et traitées par chirurgie si nécessaire.

Les protéines E6 et E7 des papillomavirus oncogènes activent le cycle cellulaire.

Il existe des cofacteurs à ce processus cancéreux: le tabac.

Des vaccins préventifs sont mis sur le marché, des vaccins thérapeutiques sont en cours d’étude.

La détection des anomalies du col utérin induites par l’infection à papillomavirus par un frottis reste prépondérante

Frazer Annu Rev Immunol 2011 Dervaux Institut de Veille Sanitaire Mars 2007

HerpesvirusBouton de fiévre

Herpes génitale

Varicelle-Zona

Mononucléose infectieuse

Exemples de virus à ARN

Grippe ATractus Respiratoire

CoronavirusSyndrome de détresse respiratoire

Rage

EbolaFièvre hémorragique

VIH-1SIDA

Temin 1963Des virus à ARN sont capable de se convertir en ADNet s’intégrer au génome cellulaire

Temin & Mitzutani 1970 Baltimore Découverte de la Réverse Transcriptase

Un nouveau Paradigme (Kuhn)Une nouvelle Epistémè (Foucault)

Les vecteurs rétroviraux

Ce sont des rétrovirus que l’on a rendu non pathogènes et quicomporte un gène médicament . Il y a production du gène insérésans production virale.

Utiles donc pour les maladies monogéniques

# Déficit immunitaire (chaine Υc du récepteur à l’IL-2) bébés bulles 1998 équipe Fischer&Cavazzana-Calvo

# Maladie démyélinisante du SNC liée X (Adrenoleucodystrophie) 2007 équipe Cartier&Aubourg

# Anomalie de synthèse de l’Hémoglobine (β Thalassemie) 2010 équipe Leboulch-Beuzard

Probléme: mutagénèse insertionnelle 2008 Hacein-Bey-Abina

APHP-INSERM-Université-Institut Hématologie-CEA

Réplication virale

1102

104

106

108

1010

1012

1014

Virions extracellulaires

Virionsintracellulaires

Titreviral

Tempsheures

4 8 12 16 20 24

Latence

Eclipse

Pol. VPol. V1)

2) Rep

TR

RT

Mutation Particule défective Réarrangement interférente

Tous Virus Rougeole Grippe A

Lalonde PNAS 2012Heaton Trends in Microbiology 2011 Gottlinger Cell 2010

L’assemblage des protéines virales fait intervenir un processus de nucléation:

ex1)Une protéine se lie à l’acide nucléique, elle change de conformation ce qui crée un site d’ancrage

ex2)Les protéines de structure s’assemblent à l’aide de protéines chaperones , forment des coques où l’acide nucléique va pénétrer;consommation d’ATP.

Des séquences de reconnaissance sur l’acide nucléique assurent l’encapsidation de l’acide nucléique homotypique

Dans tous les cas il s’agit d’un processus d’auto-organisation

Atlan in « Auto-organisation et émergence dans les sciences de la Vie » 1999

« L’organisation d’ensemble d’un édifice multimoléculaire complexe est contenue en puissance dans la structure de ses constituants mais ne se révèle, ne devient actuelle que par leur assemblage……La structure achevée n’était nulle part, en tant que telle préformée. Mais le plan de la structure était présent dans ses constituants eux-mêmes…..La construction d’une structure n’est pas une création, c’est une révélation. »

Monod le Hasard et la Nécessité 1970

Origine des Virus

Abrescia NGA Ann Rev Biochem 2012

Trois hypothèses sont proposées pour l’émergence des virus

1)origine précellulaire (soupe primitive)

2)dérivé d’organismes unicellulaires

3)fragments d’acide nucléique qui ont échappé au contrôle cellulaire

Forterre Virus Research 2006

Taylor Future Microbiol 2010

Le virus de l’hépatite delta est un viroide –like à ARN

Il posséde une séquence auto catalytique qui clive l’ARN viral

Cette séquence est appelé Ribozyme

Notre génome comporte de nombreuses séquences identiques au Ribozyme du virus de l’hépatite delta

Se pose donc l’origine du virus de l’hépatite delta?

Ferré-D’Amaré Cold Spring Harbor Perspec Biol 2010

Les rétrovirus endogènes

Exogene Endogene

Infection

(Maladie)

Porteur Porteur

Maladie ?

Weiss Retrovirology 2006

100 millions d’années infection par des rétrovirus

Virus à ARN possédant une réverse transcriptase

Intégration dans la lignée germinale: ENDOGENE

Molécules d’ADN avec en 5’ et en 3’ des LTR

Les LTR sont rendus silencieux par méthylation des CpG

Constituent 7 à 8% du génome humain

Certains participent à la formation du placenta

Activation d’oncogènes cellulaires ??

Engel Nature Medicine 2010

Comment dater l’intégration d’un rétrovirus endogéne?

Le rétrovirus s’intègre grâce aux LTR situés aux extrémités du génome viral

Les deux LTR ont une séquence identique

Apparition de mutations dans les LTR durant les divisions cellulaires

Par exemple 4 mutations dans le LTR 5’ et 6 dans le LTR 3’

Donc en moyenne 5 mutations par LTR

Si le LTR fait 400pb , on aura 5/400 mutations par site soit 0,0125

On divise 0,0125 par le nombre de mutations par site du génome cellulaire

Soit 0,0125 /2 10-9 =5,7 millions d’années

Plus l’intégration du rétrovirus endogène est ancienne ,plus il y a des mutations au niveau des LTR

Feschotte Nature Review Genetics 2012

La causalité

David Hume (XVIIIème siècle)scepticisme

Karl Popper(XXème siècle)Réfutabilité

Problème de la causalité

HIV Is Not the Cause of AIDSHIV Is Not the Cause of AIDSPeter DuesbergPeter DuesbergScience 1988,241,514, 517Science 1988,241,514, 517

Postulats de Koch (XIXème siècle)