Zoom sur le Centre de Recherche sur les Protéines Prions de Liège

Mai 2008 - n°132

Ouvert à tout laboratoire privé ou public menant des études dans le domaine des prions, ce centre est basé au sein de l’Université de Liège. Tourné vers l’international, il œuvre pour trouver des solutions aux maladies à prions qui détériorent le système nerveux des humains atteints…

Inauguré le 22 février 2002, le Centre de Recherche sur les Protéines Prions (CRPP) a été créé et financé par la Région wallonne, en réponse à la crise de l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB). Le Centre émane du Laboratoire d’Histologie Humaine, dirigé par le Pr Ernst Heinen, le seul en Belgique à consacrer une part significative de ses recherches fondamentales et appliquées aux protéines prions. On suspecte actuellement que le nombre de patients atteints est sous-estimé et de retrouver ces prions chez des patients souffrant d’Alzheimer ou de Parkinson.

Ses missions sont diverses :
- répondre à un besoin de la société notamment en coordonnant les compétences wallonnes et en matière de prions. Le niveau fédéral est également concerné car la section de Biosécurité et de Biotechnologie située à l’Institut de Santé publique à Bruxelles demande régulièrement au CRPP des avis scientifiques sur ces maladies
- concentrer et traiter les informations relatives aux prions
- coordonner les compétences wallonnes en matière de prions
- permettre aux équipes de recherche de disposer d’outils de niveau international
- détecter dans des conditions de haute sécurité les protéines prions pathogéniques chez l’animal et chez l’homme
- aider le secteur de l’agriculture à contrôler la maladie de la vache folle
- promouvoir le développement de techniques de détection nouvelles
- stimuler et soutenir l’activité des sociétés privées régionales dans ce domaine
- placer la recherche wallonne sur les protéines prions à un niveau de qualité international.

Il réalise notamment :
- des recherches orientées sur les protéines prions normales et pathogéniques (détermination des cellules et organes impliqués dans le transport et la réplication de l’agent infectieux)
- des recherches appliquées, notamment le développement de techniques hautement sensibles pour la détection, dans le cerveau ou d’autres organes, de l’agent infectieux des maladies à prions
- une collaboration avec des neuropathologistes pour effectuer des travaux dans des conditions de haute sécurité après la découverte de cas d’ESB au moyen de tests agréés en Belgique (vétérinaire) ou de cas de variants de Creutzfeldt-Jakob (médecine)
- une formation à la biosécurité
- une assistance comme conseiller aux administrations compétentes…

Il est actuellement dirigé par le Professeur Ernst HEINEN.

Les axes de recherche du CRPP

Le système nerveux est un ensemble d'organes (cerveau, etc.) et de câbles (nerfs) constitués essentiellement d'un réseau complexe de cellules : les neurones. Il permet à l'organisme vivant qui en possède, l'utilisation volontaire ou involontaire de ses muscles (motricité, etc.) et de ses organes (cœur, foie, estomac, etc.).
Un prion est une protéine qui joue un rôle dans le métabolisme normal d’une cellule mais, après repliement anormal, il devient une protéine pathogénique impliquée dans des pathologies nommées « maladies à prions ».
Les maladies à prion détériorent le système nerveux des individus atteints, en particulier leur système nerveux central.

Dans un premier axe, l’équipe du CRPP se consacre à l'investigation d'agents pathogéniques tels que les prions au sein de matrices diverses comme le liquide céphalo-rachidien, le sang, l'urine, les biofilms et les boues activées.

La recherche est organisée en divers champs d'activités :

(1)L'immunodétection par des méthodes ultra-sensibles, telles que l'immuno-PCR quantitative (iqPCR) qui permet de détecter des traces d'antigènes d'agents pathogènes. Cette méthode est robuste et d'une haute sensibilité (10-100 fois plus que l'ELISA).
(2)Pour pouvoir préparer des échantillons pour la détection immunologique, ils ont développé une procédure brevetée de micro-extraction en combinant la sonication et la digestion enzymatique des matrices.

Le deuxième axe traite des relations fonctionnelles entre la protéine prion normale, le stress oxydant et la mitochondrie.
Il existe plusieurs inconnues dans la connaissance fondamentale des maladies à prions. De récentes avancées dans la biologie du prion ont suggéré que le stress oxydant joue un rôle important dans les ESTs (Encéphalopathies Spongiformes Transmissibles) ainsi que dans différents autres désordres neurodégénératifs. Cela est supporté par la description d'interactions entre la protéine prion, le cuivre et la mitochondrie.
Le cuivre et le zinc sont des éléments de transition redox essentiels et des composants cruciaux de plusieurs systèmes enzymatiques. Leur entrée dans la cellule est régulée par des canaux membranaires et des transporteurs reliés à la famille de la P-ATPase et du ZnTx. Des liens entre le stress oxydant et des désordres neurologiques ont été rapportés dans les maladies de Parkinson et d'Alzheimer. Les ROS (Reactive Oxigen Species) tels que le radical superoxyde (O₂.) et le peroxyde d'hydrogène (H₂O₂) sont d'importants médiateurs du stress oxydant au sein des neurones et peuvent oxyder des biomolécules. La génération de tels ROS est favorisée par la présence de cuivre et de fer via la réaction de Fenton.

L’approche du CRPP consiste en l'évaluation, au sein de différents modèles de culture cellulaire exprimant différentes formes de PrP, de la relation entre l'expression de PrP et les paramètres suivants qui ont été montrés préalablement être impliqués dans les ESTs :
- Mitochondrial Respiratory Chain (MRC) et oxphos.
- Mn-superoxide dismutases
- Superoxide dismutases
- Glutathion réductase et peroxydase
- Catalase, monoamine oxydase et nitric oxide synthase
- Peroxynitrite, dégâts aux lipides et aux protéines.

En fait, toutes ces études mèneront au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. Le CRPP propose des stratégies et des systèmes d’analyse tels que des modèles de cultures cellulaires infectées par des agents ESTs, et des modèles animaux. Des cultures infectées fournissent les modèles expérimentaux pour tester des agents anti-oxydants pour les ESTs via des études sur le stress oxydant, sur des lignées cellulaires infectées par du prion transfecté ou des tissus lymphoïdes, par évaluation de l'influence de formes tronquées ou de modifications post-traductionnelles en utilisant une approche protéomique (2D-LC).
Le Centre effectue également les mêmes investigations thérapeutiques sur des lignées cellulaires et sur des animaux développant certains aspects de la maladie d'Alzheimer.

Le troisième axe de recherche vise l’implication du système de défense immunitaire dans la progression de l’agent infectieux dans l’organisme. En effet, après ingestion par voie orale, les prions infectieux sont transférés au travers de la muqueuse intestinale vers les organes lymphoïdes, comme les plaques de Peyer, les ganglions mésentériques et le rate. A ce niveau, les prions sont retenus par des cellules et amplifiés avant d’être transmis à des fibres nerveuses et de monter vers le système nerveux central. Par l’analyse de l’innervation de ces organes lymphoïdes, des cellules capables de prendre en charge et de transporter les prions, le C.R.P.P. tente de décrypter des mécanismes de pathogenèse pouvant être bloqués avant que les prions n’infectent les système nerveux.

Organisation du centre

Pour mener à bien ces recherches, le C.R.P.P. dispose, au CHU de Liège (Tour de Pharmacie 4ème étage), d’une surface de 200 m² comprenant un laboratoire de niveau L3 (50 m²), d'un laboratoire de niveau L2 (40 m²), de laboratoires de niveau L1, des bureaux et une pièce technique. Le personnel provient du Service d'Histologie Humaine et du Laboratoire de Microbiologie des Denrées Animales d'Origine Alimentaire qui réalise notamment en routine les tests ESB qui lui sont confiés. Le centre intègre aussi les expertises d’un spécialiste en neuropathologie (Prof. M. Deprez).

Parmi le matériel utilisé, se trouvent :