Chez l’homme, les encéphalopathies spongiformes subaiguës transmissibles (ESST), ou maladies à prions, forment un groupe d’affections neurodégénératives comprenant la maladie de Creutzfeldt Jakob (CJD), le kuru, le syndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) et l’insomnie familiale fatale (pour revue, voir [1]). Les prions sont constitués principalement, voire exclusivement, d’une protéine nommée PrPSc. Cette protéine correspond à la forme altérée et pathogène d’une protéine normale, la PrPC, et est principalement détectée dans le cerveau de personnes atteintes d’ESST. Elle possède une conformation différente de la PrPC et peut être mise en évidence grâce à ses propriétés biochimiques particulières: insolubilité dans les détergents et résistance aux protéases. La PrPC est une glycoprotéine ubiquitaire exprimée plus particulièrement dans les neurones du système nerveux central. Au cours de sa biosynthèse, la PrPC est modifiée de façon post-traductionnelle avant d’être ciblée vers la membrane plasmique, où elle est impliquée dans un cycle d’endocytose et de recyclage membranaire. Les compartiments cellulaires où s’effectue la conversion de la PrPC en PrPSc sont très mal définis. Afin de comprendre le rôle des différentes étapes des mouvements intracellulaires de la PrPC sur sa conversion en PrPSc, nous avons bloqué certaines de ces étapes en surexprimant certaines protéines Rab, membres de la superfamille des proto-oncogènes Ras, qui jouent chez les mammifères un rôle important au cours du transport vésiculaire dans les cellules eucaryotes [2]. Comme les protéines Ras, les protéines Rab existent dans la cellule dans deux états, une forme inactive liée au GDP et une forme biologiquement active liée au GTP. Afin d’interférer avec les mécanismes de transport intracellulaire de la PrPC dans des lignées de neuroblastome murin infectées par les prions, nous avons choisi d’utiliser d’une part la protéine Rab4, qui agit dans les processus de recyclage des récepteurs endocytés, et d’autre part la protéine Rab6, qui stimule le transport rétrograde, de l’appareil de Golgi vers le réticulum endoplasmique (RE) [3]. Nos résultats suggèrent que la conversion de la PrPC en PrPSc s’effectue dans un compartiment intracellulaire, puisque le fait de bloquer le recyclage vers la membrane plasmique avec un mutant Rab4-GDP augmente la proportion de protéines converties. Par ailleurs, nous avons pu montrer que la stimulation du transport rétrograde vers le RE par des mutants Rab6 s’accompagne d’une accumulation de PrPSc, ce qui suggère fortement que la conversion a lieu au niveau de ce compartiment. Dans le RE, la PrPC se trouverait en contact avec des PrP mal conformées qui provoqueraient sa conversion en protéine pathogène. Des molécules de PrPSc s’accumuleraient ainsi dans cet organite impliqué dans le repliement des protéines en cours de synthèse. Des études récentes ont montré que 10 % des molécules de PrPC sauvage synthétisées sont en permanence éliminées lors du «contrôle-qualité» du RE, c’est-à-dire exportées dans le cytoplasme, déglycosylées, ubiquitinylées et dégradées par le système du protéasome [4, 5]. Si l’on traite des cellules (neuroblastomes N2a ou des cellules d’ovaires de hamster CHO) surexprimant la PrPc murine par des inhibiteurs spécifiques du protéasome, on observe une accumulation cytoplasmique de molécules de PrPc possédant certaines des propriétés biochimiques de la PrPSc. Susan Lindquist démontre que, comme dans les modèles infectieux, ces PrPC cytosoliques anormales semblent convertir d’autres molécules de PrPC de façon autocatalytique, conduisant à une accumulation dans le cytosol de formes mal repliées de protéines du prion [6], responsables de la mort des cellules neuronales par apoptose [7]. Cette toxicité a été confirmée dans différents modèles. Ainsi, des souris transgéniques exprimant une PrPc mutée cytosolique présentent rapidement …
Appendices
Références
- 1. Collinge J. Prion diseases of humans and animals: their causes and molecular basis. Annu Rev Neurosci 2001; 24: 519-50.
- 2. Zerial M, McBride H. Rab proteins as membrane organizers. Nat Rev Mol Cell Biol 2001; 2: 107-17.
- 3. Beranger F, Mange A, Goud B, Lehmann S. Stimulation of PrP(C) retrograde transport toward the endoplasmic reticulum increases accumulation of PrP(Sc) in prion-infected cells. J Biol Chem 2002; 277: 38972-7.
- 4. Yedidia Y, Horonchik L, Tzaban S, Yanai A, Taraboulos A. Proteasomes and ubiquitin are involved in the turnover of the wild-type prion protein. EMBO J 2001; 20: 5383-91.
- 5. Ma J, Lindquist S. Wild-type PrP and a mutant associated with prion disease are subject to retrograde transport and proteasome degradation. Proc Natl Acad Sci USA 2001; 98: 14955-60.
- 6. Ma J, Lindquist S. Conversion of PrP to a self-perpetuating PrPSc-like conformation in the cytosol. Science 2002; 298: 1785-8.
- 7. Ma J, Wollmann R, Lindquist S. Neurotoxicity and neurodegeneration when PrP accumulates in the cytosol. Science 2002; 298: 1781-5.
- 8. Cohen E, Taraboulos A. Scrapie-like prion protein accumulates in aggresomes of cyclosporin A-treated cells. EMBO J 2003; 22: 404-17.