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 2012 Hardy N Engl J Med 2012 Polymenidou 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 2012 Freed N Engl J Med 2001

Carrell Lancet 1997

La protéine « Prion » cellulaire 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 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 2012 Ye Cell 2011 Halfmann Science 2010 Prigogine 1998

Le Kuru Les maladies humaines à Prions (1) 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-Jakob Groupe Hospitalier Pitié-Salpêtrière 2009

Les maladies humaines à Prions (3) 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 (4) MCJv : 19-39 ans présentation psychiatrique ataxie cérébelleuse évolution vers le coma et la mort en 14 mois

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

Adénovirus Conjonctivites Pneumopathies

Papillomavirus Cancer du col utérin

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

Herpesvirus Bouton de fiévre Herpes génitale Varicelle-Zona Mononucléose infectieuse

Exemples de virus à ARN

Grippe A Tractus Respiratoire

Coronavirus Syndrome de détresse respiratoire

Rage

Ebola Fièvre hémorragique

VIH-1 SIDA

Un nouveau Paradigme (Kuhn) Une nouvelle Epistémè (Foucault) Temin 1963 Des virus à ARN sont capable de se convertir en ADN et s’intégrer au génome cellulaire Temin & Mitzutani 1970 Baltimore Découverte de la Réverse Transcriptase

Les vecteurs rétroviraux Ce sont des rétrovirus que l’on a rendu non pathogènes et qui comporte un gène médicament . Il y a production du gène inséré sans 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

Titre viral Virions intracellulaires 1014 1012 1010 Virions extracellulaires 108 Latence 106 104 Eclipse 102 1 Temps heures 4 8 12 16 20 24

1) Pol. V 2) Rep TR RT

Tous Virus Rougeole Grippe A

Lalonde PNAS 2012 Heaton Trends in Microbiology 2011 Gottlinger Cell 2010

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

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? Taylor Future Microbiol 2010

Ferré-D’Amaré Cold Spring Harbor Perspec Biol 2010

Les rétrovirus endogènes

Exogene Endogene Porteur Porteur Infection (Maladie) 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

Problème de la causalité David Hume (XVIIIème siècle) scepticisme Karl Popper(XXème siècle) Réfutabilité

HIV Is Not the Cause of AIDS Peter Duesberg Science 1988,241,514, 517 Postulats de Koch (XIXème siècle)