Prions et immunité! Véronique PERRIER

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1 Prions et immunité! Véronique PERRIER Laboratoire INSERM U1198, Mécanisme Moléculaires des Démences Neurodégénératives, Université Montpellier UE Immunopathologie , 26 mars 2015, Master 1

2 Les prions: généralités

3 Les Encéphalopathies Spongiformes Transmissibles chez l animal! «Scrapie» du mouton et de la chèvre. Identifiées en 1730 au RU. Maladie spontanée. Symptômes : démangeaisons, tremblements, ataxie.! Dépérissement chronique des cervidés aux USA. Identifiée en 1960 chez les cervidés sauvages au Colorado et au Wyoming (USA). Maladie spontanée. Cachexie. «Emerging disease» aux US et en Korée.! «Maladie de la vache folle» ou Encéphalopathie spongiforme bovine en EU, identifiée au RU en L épidémie s est propagée en Europe via les farines animales Symptômes : ataxie, perte d équilibre.

4 Les Farines animales : vecteurs de la maladie! Farines animales incorporées dans des compléments alimentaires (1%) donnés au bétail. Coût économique important : cas d ESB ont été officiellement déclarés au RU. 1988: Les farines sont interdites, mais autorisées pour l exportation. En 1996: Premier cas humain de vcjd au RU, puis en France. Transmission de l agent ESB à l homme. Troupeau de vache sacrifiées prés de Penrith (UK) (6 april 2001)

5 Les Encéphalopathies Spongiformes Transmissibles Humaines! Formes sporadiques (75-80 %) - Maladie de Creutzfeldt-Jakob (CJD) - Etiologie inconnue, incidence de cases/million/an - Patients âgés de ans! Formes génétiques (10-15%) - Fatal Familial Insomnia, Gertsmann-Straüssler-Scheinker syndrome, et Creutzfeldt-Jakob disease (15 %) - Mutation dans le gène codant pour la protéine prion (PrP)! Formes infectieuses (5 %) - Kuru : rites funéraires cannibales dans la tribu des Fores en Nouvelle Guinée - Formes iatrogènes: greffes de cornée et dure mère - Contaminations périphériques: " hormone de croissance " vcjd : consommation de viande bovine contaminée par l ESB " vcjd : transmission secondaire homme-homme via des transfusions de sang contaminé

6 Mabbott et al. Nature Reviews Microbiology advance online publication; published online 06 February 2006 doi: /nrmicro1346

7 Caractéristiques communes - Transmissible (acte chirurgical ou transfusion de sang) - Incubation longue et silencieuse (de 1.5 à 30 ans) - Progression rapide conduisant à la mort (13 mois) - - Prodromes (signes avant le commencement de la maladie) sont non spécifiques : anxiété, insomnie, anorexie, dépression, troubles de la mémoire - - Troubles moteurs: ataxie, perte d équilibre - - Dégénérescence du système nerveux central avec des lésions spécifiques, titre infectieux le plus élevé dans le cerveau - - Diagnostic de certitude est post-mortem, autopsie spongiose Gliose astrocytaire Plaques amyloïdes

8 Propriétés inhabituelles de l agent infectieux - Grande résistance aux procédés physico-chimiques et thermique (134 C, 18, 2 bars en chaleur humide) - Pas d acides nucléiques spécifiques - Ne déclenche pas de réaction inflammatoire (douleur, rougeurs, œdème) et les bilans sanguins normaux - Fractions infectieuses : quantité importante d une protéine prion anormale : PrP Sc

9 Une protéine, 2 conformations stables: PrP C et PrP Sc Riek et al., 1996, Nature Wille H. et al., 2002, PNAS, 99, Hélice A Cofacteur? Hélice C Hélice B Hélice C Hélice B Hélice β" Structure RMN PrP C Non infectieuse Soluble Structure riche α hélices Sensible à la digestion par la les protéases (PK) Model de ME de PrP Sc Infectieuse et neurotoxique Insoluble Forme oligomères et fibrilles Structure riche en feuillets β Résistance partielle à la proteinase K (PK)

10 Des aggrégats protéiques hautement structurés: Les fibrilles amyloides Wille H. et al., nm! Prion «rods»

11 Cycle de réplication des prions PrP C PrP* PrP* / PrP Sc PrP Sc / PrP Sc DIMERES TRIMERES PETITS FIBRILLES OLIGOMERES Espèces neurotoxiques Rôle protecteur

12 Système immunitaire et prions : une complicité aveugle

13 Système immunitaire et prions : une complicité aveugle! Aveugle : - Agent infectieux non détecté par le système immunitaire comme un organisme étranger - Absence de réponse spécifique humorale ou cellulaire : bilans sanguins normaux, pas de production d anticorps anti-prp Sc - Absence d infiltration du système nerveux central par des cellules inflammatoires - Tolérance : Le prion infectieux entraîne une autoréplication anormale de la PrP (protéine de l hôte) appartenant au soi. Complicité: Le prion utilise le système immunitaire comme un cheval de Troyes (accumulation dans les organes lymphoïdes, propagation) => neuroinvasion

14 Implication du système immunitaire! Fraser et Dickinson, 1970; Kimberlin et Walker, 1989 Prion I.P. ou I.V. Prion I.P. ou I.V. Prion I.P. ou I.V. Souris WT Souris Thymectomysée (déplétion LT) Souris splénectomisée (déplétion LB, FDC) 206j+/-2 PrP Sc cerveau, rate Augmentation du titre infectieux dans la rate dès l injection Développent la maladie Augmentation de la survie

15 Implication du système immunitaire! Raymond et al., 2007 Prion I.P. Prion I.P. Souris µmt (déplétion LB) Souris CD11c-DTR + injection Toxine diphtérique (dédifférenciation des FDC) Augmentation de la survie Augmentation du temps de survie et 50 % des souris ne développent pas la pathologie

16 Etape 1: La Lympho-invasion, phase préclinique! La Lympho-invasion se caractérise par l accumulation précoce de la PrP Sc au sein des tissus lymphoïdes secondaires proche du lieu d inoculation. Etape asymptomatique déterminante pour la neuro-invasion. Dans les cas de formes naturelles animales dont la contamination est la voie orale, la voie d infection est le tube digestif. Les premiers sites d accumulation de la PrP Sc sont: - Les follicules lymphoïdes des tissus muqueux (GALT), Plaques de Peyer - Les ganglions lymphatiques mésentériques drainant le site d inoculation - La rate Bachy et al., Med&Sci, 2010

17 Passage de la barrière intestinale! Macrophages et DC capturent les Ag recueillis par transcytose par les cellules M de l intestin au niveau des plaques de Peyer. (Prinz, J. Pathol 2003)

18 Les Cellules sentinelles facilitent l entrée du prion! Les macrophages - Accumulent la PrP Sc - Accumulation précoce de PrP Sc dans les macrophages des plaques de Peyer (Gut-Associated Lymphoïde Tissu) Rôle ambigu : dégradation et propagation Les cellules dendritiques - Accumulent la PrP Sc - Peuvent transporter la PrP Sc via le système lymphatique - Peuvent transporter le prion de la rate au cerveau (Aucouturier, 2001) Rôle : capture, propagation et neuroinvasion

19 Plaque de Peyer, ganglion et rate : acteurs de la lympho-invasion! 1: Prise en charge de la PrP Sc de la lumière intestinale par les cellules dendritiques (CD) au niveau des plaques de Peyer. Les CD issues de monocytes et de précurseurs granulo-phagiques sont capables de migration. 2-5: Transmission de la PrP Sc des CD aux fibres nerveuses cholinergiques et noradrénergiques par le biais d interface neuro-immunes localisées dans les villosités et les cryptes, au niveau des dômes suprafolliculaires, des zones thymodépendantes et des vaisseaux drainant des zones lymphoïdes A partir des vaisseaux lymphatiques drainant, les CD infectées peuvent atteindre d autres régions lymphoïdes, en particulier les ganglions mésentériques. Dorban et al., Med&Sci, 2010

20 Plaque de Peyer, ganglion et rate : acteurs de la lympho-invasion! 6-7: Les cellules dendritiques peuvent migrer vers les sinus sous-capsulaires des ganglions mésentériques et disséminer l agent par des connections avec les fibres nerveuses dans les différents compartiments, et les parois vasculaires (9). L envahissement du tissu lymphoïde n a pas de répercussions évidentes sur les fonctions immunitaires! Dorban et al., Med&Sci, 2010

21 Plaque de Peyer, ganglion et rate : acteurs de la lympho-invasion! Arrivées par la voie vasculaire, les cellules dendritiques vont transférer la PrP Sc vers les fibres nerveuses spléniques 10-12: Les cellules dendritiques infectées sont en contact avec les fibres nerveuses des différentes zones de la rate: pulpe blanche, zone B, zone T, pulpe rouge et parois vasculaires. L invasion rapide de l ensemble des organes lymphoïdes secondaires témoigne d une forte propagation par la voie vasculaire Dorban et al., Med&Sci, 2010

22 Etape 2: Accumulation de la PrP Sc dans les organes lymphoïdes secondaires: la rate, acteur majeur! Les organes lymphoïdes secondaires sont les premiers tissus où va se multiplier l agent infectieux, bien avant le SNC et les premiers signes cliniques. Les cellules folliculaires dendritiques (FDC) des centres germinatifs de la rate sont celles qui vont permettre d accumuler les prions en grande quantité. Ces cellules expriment bcp de PrP C et seraient un site important de réplication des prions. Changement morphologique avec une hypertrophie des FDC entourées par de nombreux lymphocytes B Bachy et al., Med&Sci, 2010

23 Les cellules folliculaires dendritiques (FDC)! " Dans les follicules lymphoïdes, surtout dans les centres germinatifs " Les FDC sont issues de précurseurs non hématopoïétiques, cellules résidentes des centres germinatifs " Les FDC ne migrent pas et se différencient sur place, par des signaux émis par les lymphocytes B (TNF-α et Ltα et β) " Indépendantes des Cellules Dendritiques liées aux cellules T (origine moelle osseuse) et circulantes; cellules sentinelles du SI. " Prolongements cytoplasmiques dendritiques complexes " Piègent les complexes immuns (CI) via les récepteurs Fc-γ et les Ag via les récepteurs de CD21/35 (récepteurs du complément, C3d/C4 opsonisés) " A leurs surfaces durant de longues périodes

24 Stockage de la PrP Sc par les FDC! CI contenant la PrP sc capté à la surface des FDC Expression de PrP c à la surface des FDC Mabbott et al. Nature Reviews Microbiology advance online publication; published online 06 February 2006 doi: /nrmicro1346

25 Hypertrophie des FDC après infection par les prions!

26 Innervation de la rate: les voies de la dissémination! D après Mabbott et al. Nature Reviews Microbiology advance online publication; published online 06 February 2006 doi: /nrmicro1346

27 Etape 3: La neuroinvasion! La neuroinvasion se caractérise par la dissémination de l agent pathogène du système nerveux périphérique vers le système nerveux central Deux mécanismes de dissémination sont suspectés: - La propagation de l agent infectieux par voie sanguine suite à l identification de cas de vcjd par transfusion sanguine. Voie de dissémination indépendante de la propagation par le SN autonome et implique les lymphocytes B (LB) et les cellules dendritiques (DC). - La propagation par les fibres nerveuses périphériques via des connexions entre fibres nerveuses et cellules qui capture les prions (DCs) ou accumulent les prions (FDC), en particulier dans les organes lymphoïdes secondaires (plaques de Peyer, ganglion, rate). Bachy et al., Med&Sci, 2010

28 Trajet initial de la neuroinvasion depuis l intestin. L agent de la scrapie se propage vers le SNC selon 2 voies neuroanatomiques différentes: - Une des voies se fait selon les fibres sympathiques. Propagation vers le cerveau via la moelle épinière. - Une autre voie, indépendante de la moelle épinière est le long des fibres parasympathiques du nerf vague, vers la medulla oblongata du cerveau. D après Mabbott et al. Nature Reviews Microbiology advance online publication; published online 06 February 2006 doi: /nrmicro1346

29 Les acteurs de la réponse immunitaire sont complices de la réplication et de la propagation des prions vers le SNC! - Les acteurs de la réponse immunitaire spécifique : sans action, => PrP non reconnue - Les barrières (muqueuses, peau) : PrP passe facilement les barrières - Les cellules sentinelles (Cellules Dendritiques, Macrophages, Lymphocytes B) : PrP transportée et disséminée vers les organes lymphoïdes - Les FDC accumulent et amplifient le prion => provoque une réaction anormale dans les centres germinaux des tissus lymphoïdes. Changement morphologique avec une hypertrophie des FDC entourées par de nombreux lymphocytes B. - La neuroinvasion commence par le tissu nerveux périphérique et progresse lentement le long des fibres nerveuses, jusqu à atteindre le SNC (voie rétrograde). - Forte implication du système vasculaire

30 Conclusion! Lors d une infection naturelle par les prions, trois types cellulaires sont nécessaires à la propagation de l agent : - Les cellules dendritiques ont pour fonction de capturer et de transporter les prions vers le SNP - Les cellules folliculaires dendritiques vont permettre une accumulation et une amplification de l agent infectieux - Les neurones périphériques vont transporter les prions vers le SNC L agent infectieux profite, de façon asymptomatique, des connexions qui s établissent entre ces trois acteurs pour rejoindre le SNC où son accumulation est létale. Les prions utilisent les interfaces neuro-immunes périphériques pour atteindre le cerveau, un organe difficile d accès pour les pathogènes.