III. Notion de souche, de barrière d'espèce et modèles animaux expérimentaux.

Notion de souche : Une étape importante dans la compréhension de la physiopathologie des ESST est franchie en 1961 quand R. Chandler parvient à transmettre la scrapie du mouton à des souris (Chandler, 1961). Après plusieurs passages successifs dans la même espèce, des souches différentes de scrapie murines ont été caractérisées bien que toutes furent initialement établies à partir d'inoculats de cerveaux de moutons infectés.

Une souche de scrapie murine est définie par :
- les signes cliniques (comportement de l'animal).
- la durée de la maladie (court ou long temps d'incubation).
- le profil lésionnel dans certaines aires cérébrales (nombre, taille et distribution des vacuoles dans le cerveau).
- la présence ou l'absence de plaques amyloïdes.
- la localisation cérébrale de dépôts de la PrPsc.

Les caractéristiques de souches sont extrêmement stables chez une souris de fond génétique donné. La notion de souches avait été proposée précédemment pour les ESST animales naturelles. En effet, le vison peut développer deux syndromes cliniquement distincts. L'un est caractérisé par des signes cliniques d'hyperactivité (Hyper), l'autre au contraire par une apathie de l'animal (Drowsy). Ces caractéristiques de souches sont conservées lors de la transmission de la maladie à des animaux de laboratoire. La transmission de l'encéphalopathie du vison à des hamsters Syrian a révélé ces mêmes différences de comportement (Hyper et Drowsy). Alors que la séquence de la PrP est identique, la résistance à la digestion et le site de coupure de la protéinase K diffèrent pour les deux souches "Hyper et Drowsy" (Bessen and Marsh, 1992a ; Bessen and Marsh, 1992b). Après digestion à la protéinase K, la souche "Drowsy" a une masse moléculaire déterminée sur gel d'électrophorèse de 2kDa inférieure à celle de la souche "Hyper". Des différences structurales de la PrPsc pourraient donc dicter certaines spécificités de souches (Bessen and Marsh, 1994 ; Telling et al., 1996 ; Caughey et al., 1998a). En revanche, on ignore toujours comment la spécificité des souches et la conformation secondaire de la PrPsc peuvent être conservées lors du passage de la maladie dans une espèce dont la PrP présente de différences de séquence primaire.

Certains auteurs ont tenté de classifier les souches en fonction du profil de migration électrophorètique de la PrPsc après digestion à la protéinase K. En effet, les différentes conformations stériques de la PrP exposent différents sites de coupure à l'action des enzymes protéolytiques ce qui a pour conséquence la formation de fragments de masses moléculaires différentes. Combinée à la différence de ratio existant entre les formes de PrP non-, mono-, et di-glycosylées, cette approche a permis de définir quatre types de conformation (type I, II III et IV, voir Figure 3). Même si cette classification ne rend pas compte de la complexité des souches de scrapie, elle a été un argument important pour établir la filiation entre vCJ et ESB (Collinge et al., 1996 ; Hill et al., 1997).




Figure 3 : Caractérisation des différents types de PrP pathologique humaine.


L'existence de plusieurs souches de scrapie chez un animal exprimant une seule et même séquence de PrP demeure une énigme. Les différences observées entre les souches au niveau des symptômes cliniques, de la durée de la maladie et de la localisation cérébrale des lésions pourraient aisément s'expliquer par l'existence de génomes viraux. Malgré de nombreuses tentatives, jamais aucun acide nucléique spécifique d'une souche donnée n'a été clairement identifié.


Notion de barrière d'espèce : La transmission d'une ESST à une espèce différente de celle de départ est toujours caractérisée par un allongement de la période d'incubation au cours du premier passage. Dans certains cas, tous les animaux inoculés ne développent pas la maladie (pénétrance incomplète). Après plusieurs passages successifs chez le même hôte, le temps d'incubation se raccourcit pour finalement se stabiliser au temps d'incubation caractéristique de la souche. La PrPsc qui s'accumule de novo correspond toujours à la séquence de la PrP de l'hôte et pas à celle de l'inoculum (Bockman et al., 1987). La barrière d'espèce dépend de l'espèce "donneuse" et de l'espèce "receveuse" . Le franchissement de la barrière d'espèce est d'autant plus aisé que les espèces sont génétiquement proches (Homme et primates). En dépit de plus de deux siècles de cohabitation, la transmission naturelle de la scrapie du mouton à l'Homme n'a jamais été formellement démontrée. Expérimentalement, la transmission orale de l'ESB est possible vers le mouton, la souris, le chat, la chèvre, le vison. À ce jour, le porc et le macaque ont été infectés par l'ESB par voie inta-cérébroventriculaire (icv) mais jamais encore par voie orale. Tous les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans la barrière d'espèce ne sont pas connus. La barrière d'espèce la plus communément étudiée au laboratoire et celle qui existe entre le hamster syrien et la souris.

Modèles animaux expérimentaux : Les souris dont le gène Prnp (Prnp0/0) a été délété constitue sans aucun doute un modèle animal exceptionnel (Büeler et al., 1992). En dehors d'anomalies physiologiques mineures (Collinge et al., 1994 ; Tobler et al., 1996), ces souris naissent, se développent et se reproduisent normalement. La surprise est venue du fait que ces souris dépourvues de PrP sont résistantes à l'infection (Büeler et al., 1993). Sans PrP, pas de réplication de l'agent infectieux des ESST ; la preuve indiscutable de la théorie de la "protéine seule" venait-elle enfin de tomber ? Pour les opposants à cette théorie, le doute persiste car la PrP pourrait être le récepteur d'une particule virale non encore identifiée. Comme pour beaucoup d'autres infections virales, l'absence d'expression du récepteur confère une résistance à l'infection virale (Chesebro, 1998).

Une recherche systématique d'infectivité a été effectuée à partir de cerveaux de souris Prnp^0/0 inoculées par une souche de prions et sacrifiées après différents temps. Aucune infectivité résiduelle n'a été détectée dans le cerveau des souris Prnp0/0. (Büeler et al., 1993). La pathologie est donc étroitement liée à la présence des deux isoformes protéiques de la PrP, la PrPsc et la PrPc. Les expériences de détection PrPsc ont montré la disparition progressive de la PrPsc de l'inoculum (entre le 1er et le 5ème jour post-inoculation) dans le cerveau des souris Prnp^0/0 puis l'absence d'accumulation de PrPsc de novo. En dépit de la résistance de la PrPsc à un traitement in vitro par la protéinase K, il est intéressant de noter que l'organisme est capable de se "débarrasser" des agrégats amyloïdes de PrPsc. Ces expériences permettent de penser que si de petites quantités de PrPsc sont formées en continu dans le cerveau d'un individu sain, elles pourraient être systématiquement éliminées.

Les souris hétérozygotes pour le gène Prnp (Prnp0/+), ont un temps d'incubation de la maladie allongé. Le temps d'incubation de la maladie est inversement proportionnel au taux d'expression de la PrP (Bueler et al., 1994). Tandis que les souris transgéniques dont le gène Prnp endogène a été remplacé par le gène Prnp de hamster, sont susceptibles aux souches de scrapie de hamster et insensibles aux souches murines (Scott et al., 1989). En résumé, la période d'incubation et la susceptibilité sont au moins en partie déterminées par la séquence et le taux d'expression de la PrPc de l'hôte.

L'obtention des souris Prnp^0/0 a également permis une avancée technologique importante. En effet, l'expression de la PrP est quasi ubiquitaire. Elle est, entre autres, exprimée dans les lymphocytes et les organes lymphoïdes (Cashman et al., 1990). La production d'anticorps chez la souris sauvage est rendue difficile par le fait que l'animal présente une très grande tolérance immunologique pour la PrP. L'immunisation de souris Prnp^0/0 a donc permis l'obtention d'anticorps monoclonaux anti-PrP de haute affinité, outils indispensables à toute recherche fondamentale et au développement de tests diagnostiques.

Citer ici toutes les souris transgéniques créées depuis dix ans serait fastidieux ; mais ces modèles animaux ont été de précieux outils pour décortiquer les mécanismes qui gouvernent la barrière d'espèce, la réplication des prions, la neuroinvasion et l'induction de la neurodégénérescence.