Les encéphalopathies spongiformes subaiguës transmissibles (ESST) constituent un groupe de maladies neurodégénératives qui provoquent inéluctablement la mort après une période d’incubation longue [ 1]. L’agent pathogène responsable des ESST - tremblante du mouton ou scrapie, ESB ou maladie de la vache folle et maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l’homme - est composé essentiellement, voire exclusivement, d’une protéine nommée PrP^Sc pour forme scrapie (Sc) de la protéine prion cellulaire ou PrP^C. Ces deux isoformes possèdent la même structure primaire mais des conformations différentes. La conversion de la PrP^C en sa forme scrapie serait à l’origine de la maladie.

La PrP^C est une protéine ubiquitaire, particulièrement abondante dans les neurones qui constituent les cibles des ESST. La fonction de cette protéine reste encore très énigmatique et très difficile à débusquer. Les souris PrP ^−/− dont le gène codant pour la PrP^C a été invalidé sont viables et n’ont pas permis d’élucider le rôle physiologique de la PrP^C. Quatre pistes sont actuellement privilégiées pour identifier la fonction de la PrP^C [ 2] : (1) la PrP^C participerait au métabolisme du cuivre intracellulaire ; (2) la PrP^C aurait dans les neurones un rôle protecteur contre les dommages causés par les radicaux libres. Les cellules cérébelleuses issues de souris PrP^/- et des cellules de neuroblastome infectées par l’agent pathogène sont en effet plus sensibles à un stress oxydant induit [ 3] ; (3) la PrP^C serait impliquée dans les contacts intercellulaires et/ou les phénomènes d’adhérence cellulaire, puisque la PrP^C interagit avec la laminine, le récepteur de la laminine [ 4] et la N-CAM (neural cell adhesion molecule) [ 5] ; enfin (4), notre équipe a mis en évidence une fonction de signalisation de la PrP^C [ 6] dans des neurones sérotoninergiques (1C11^5-HT) et noradrénergiques (1C11^NE) dérivés de la cellule souche neuroépithéliale 1C11 [ 7] (→).

(→) m/s 2001, n° 3, p. 402

Le ligand physiologique susceptible d’activer la PrP^C n’est pas connu. Des anticorps anti-PrP ont donc été utilisés pour mimer un signal extracellulaire. Le pontage de la PrP^C induit l’activation de Fyn, une enzyme de la famille des Src kinases. Cette voie de signalisation qui implique un complexe PrP^C-cavéoline-Fyn, est déclenchée préférentiellement par les molécules de PrP^C localisées au niveau des extensions des neurones bioaminergiques 1C11^5-HT ou 1C11^NE.

La découverte d’une voie de transduction couplée à la PrP^C nous a incités à rechercher les cibles intracellulaires activées en réponse à la ligation de la protéine prion par les anticorps. La stimulation de la PrP^C induit l’accumulation transitoire de dérivés réactifs de l’oxygène (ROS, reactive oxygen species). Ces ROS sont produits à des concentrations semblables non seulement par les cellules neuronales 1C11^5-HT ou 1C11^NE, mais aussi par les cellules indifférenciées 1C11, les cellules hypothalamiques GT1-7 et les lymphocytes T BW5147. Aucune production significative de ROS n’a été observée dans les cellules Thy1-, dérivées de la lignée BW5147 et qui n’expriment pas PrP^C à la membrane plasmique. Pour tous les types cellulaires, la production de ROS est abolie par l’ajout dans le milieu de culture d’un inhibiteur sélectif de la NADPH oxydase, enzyme de synthèse d’anions superoxydes (O2-.). Nous établissons donc un lien biochimique entre la PrP^C et la production de dérivés réactifs de l’oxygène. Le couplage de la PrP^C à la production de ROS tel qu’on l’observe dans les neurones, les lymphocytes et les cellules neuroendocrines, pourrait refléter une fonction ubiquitaire de la protéine prion dans le contrôle de l’équilibre redox de la cellule [ 8].

Les ROS sont considérés comme des molécules toxiques à l’origine d’un stress oxydant conduisant à la mort cellulaire. Cependant, diverses données expérimentales montrent une implication des ROS dans la signalisation intracellulaire [ 9].

Ainsi, dans les cellules neuronales 1C11^5-HT et 1C11^NE, le précurseur 1C11, les cellules neuroendocrines GT1-7 et les lymphocytes BW5147, la stimulation de la PrP^C conduit à une phosphorylation transitoire de ERK1/2, une classe de MAPK (mitogen-activated protein kinase) impliquée dans la prolifération, la différenciation et la survie cellulaires [ 10]. L’activation de ces MAPK par la PrP^C renforce l’hypothèse selon laquelle la PrP^C contribuerait à l’homéostasie des cellules neuronales et probablement à celle des cellules lymphocytaires. Quelle relation les ROS entretiennent-ils avec ces MAPK ? Dans les cellules 1C11, GT1-7 et BW5147, une inhibition de la NADPH oxydase abolit le recrutement de ERK1/2 dépendant de la PrP^C. Ceci démontre que les ROS induits par la stimulation de la PrP^C agissent en tant que second messager et contrôlent totalement l’activation de ERK1/2 dans les cellules non neuronales (Figure 1A).

Figure 1. Voies de signalisation dépendantes de la protéine prion cellulaire (PrPC). La PrPC est une protéine ancrée à la surface des cellules. La stimulation de cette protéine par un signal extracellulaire, non encore identifié à ce jour, conduit au recrutement de deux cibles intracellulaires : la NADPH oxydase, une enzyme de synthèse de l’anion superoxyde (O2 -.), et les kinases ERK1/2, des MAPK impliquées dans la prolifération, la différenciation et la survie cellulaires. A. Dans les cellules non neuronales, la voie de signalisation reliant la PrPC à ERK1/2 est linéaire. Les radicaux libres (reactive oxygen species, ROS), produits en réponse à l’activation de la NADPH oxydase par la PrPC, sont des seconds messagers qui contrôlent la phosphorylation de ERK1/2. B. Dans les cellules neuronales, la PrPC interagit avec la cavéoline (Cav-1), une protéine membranaire. La stimulation de la PrPC permet la formation d’un complexe de signalisation associant la PrPC, la cavéoline et Fyn, une enzyme de la famille des Src kinases. La plate-forme PrPC-cavéoline-Fyn gouverne à la fois la production de ROS par la NADPH oxydase et la phosphorylation de ERK1/2. Le couplage PrPC-ERK1/2 implique au moins deux voies de signalisation, dont l’une met en jeu les radicaux libres. C. Dans les neurones, l’infection par la protéine prion pathogène, PrPSc, pourrait entraîner un déséquilibre de la balance redox cellulaire lié à une surstimulation des voies de signalisation normalement couplées à la PrPC, et entraîner un état de stress oxydant chronique. Dans les maladies à prions, les ROS surproduits pourraient ainsi être des acteurs associés à la neurotoxicité et conduire in fine à la destruction des neurones.

Figure 1. Voies de signalisation dépendantes de la protéine prion cellulaire (PrPC). La PrPC est une protéine ancrée à la surface des cellules. La stimulation de cette protéine par un signal extracellulaire, non encore identifié à ce jour, conduit au recrutement de deux cibles intracellulaires : la NADPH oxydase, une enzyme de synthèse de l’anion superoxyde (O2 -.), et les kinases ERK1/2, des MAPK impliquées dans la prolifération, la différenciation et la survie cellulaires. A. Dans les cellules non neuronales, la voie de signalisation reliant la PrPC à ERK1/2 est linéaire. Les radicaux libres (reactive oxygen species, ROS), produits en réponse à l’activation de la NADPH oxydase par la PrPC, sont des seconds messagers qui contrôlent la phosphorylation de ERK1/2. B. Dans les cellules neuronales, la PrPC interagit avec la cavéoline (Cav-1), une protéine membranaire. La stimulation de la PrPC permet la formation d’un complexe de signalisation associant la PrPC, la cavéoline et Fyn, une enzyme de la famille des Src kinases. La plate-forme PrPC-cavéoline-Fyn gouverne à la fois la production de ROS par la NADPH oxydase et la phosphorylation de ERK1/2. Le couplage PrPC-ERK1/2 implique au moins deux voies de signalisation, dont l’une met en jeu les radicaux libres. C. Dans les neurones, l’infection par la protéine prion pathogène, PrPSc, pourrait entraîner un déséquilibre de la balance redox cellulaire lié à une surstimulation des voies de signalisation normalement couplées à la PrPC, et entraîner un état de stress oxydant chronique. Dans les maladies à prions, les ROS surproduits pourraient ainsi être des acteurs associés à la neurotoxicité et conduire in fine à la destruction des neurones.

Dans les cellules 1C11^5-HT et 1C11^NE qui possèdent toutes les fonctions des neurones sérotoninergiques ou noradrénergiques, les ROS ne participent que partiellement à l’activation de ERK1/2. Une autre voie de signalisation recrutée par la PrP^C, indépendante de la NADPH oxydase, conduit également à la phosphorylation de ces MAPK (Figure 1B). L’une comme l’autre, ces voies sont contrôlées par le couplage de la PrP^C à la kinase Fyn. Un inhibiteur de Fyn bloque en effet à la fois la production de ROS et la phosphorylation de ERK1/2. Le complexe de signalisation PrP^C-Cavéoline-Fyn confère donc une spécificité à la signalisation dépendante de la PrP^C dans les neurones bioaminergiques (Figure 1B) [8].

Démasquer le rôle biologique de la protéine prion est un prérequis pour élucider comment la PrPSc, en interférant avec la fonction « naturelle » de la PrP^C, provoque la neurodégénérescence associée aux ESST. Dans les neurones, la PrPSc pourrait séquestrer la PrP^C et la détourner de ses partenaires en abolissant sa fonction de signalisation. Inversement, la PrPSc pourrait recruter de façon constitutive les voies de signalisation normalement couplées à la PrP^C. Enfin, compte tenu du lien entre la PrP^C et la production de ROS, une dérégulation du couplage PrP^C-NADPH oxydase par la PrPSc pourrait perturber l’équilibre redox et conduire à un état de stress oxydant chronique (Figure 1C). Vu la latence des maladies à prions, un des enjeux majeurs reste d’élucider la nature et la séquence des événements (neurotoxicité, stress oxydant, perte de fonctions neuronales, apoptose…) qui conduisent in fine à la destruction des neurones.

Ce travail a bénéficié du financement du GIS « Infections à prions ».