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À cet égard, bien qu’ils soient dépourvus d’ADN et d’ARN, ils se comportent un peu comme les virus, produisant des mutations structurelles distinctes et auto-perpétuées qui offrent un avantage évolutif évident.

L’étude a été publiée cette semaine dans l’édition anticipée en ligne la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

« Nous avons constaté que lorsqu’une souche particulière de prion est transférée des cellules cérébrales à une autre lignée cellulaire, ses propriétés changent progressivement, donnant naissance à une souche variante mieux adaptée à ce nouvel environnement cellulaire », a déclaré Charles Weissmann, M.D., Ph.D., chef du département d’infectiologie du Scripps Florida, qui a dirigé l’étude. « Si ces mêmes prions sont ensuite transférés dans une autre lignée cellulaire, ils changent à nouveau, s’adaptant à ces nouvelles cellules hôtes. Et s’ils retournent dans le cerveau, les prions retrouvent progressivement leurs propriétés initiales. Nous avons trouvé des preuves physiques que, au moins dans un cas, le pli du prion a changé lorsque ses propriétés ont changé. »

L’évolution darwinienne sans ADN

Ces nouvelles découvertes interviennent environ un an après que Weissmann et ses collègues aient publié une étude dans l’édition du 1er janvier 2010 de la revue Science qui montrait que les prions étaient capables d’évolution darwinienne.

Cette étude précédente a également montré que les prions peuvent développer un grand nombre de mutations et que ces mutations peuvent entraîner des adaptations évolutives telles que la résistance aux médicaments, un phénomène connu auparavant pour ne se produire que chez les bactéries et les virus. Cette étude a également suggéré que la protéine prion normale — qui se produit naturellement dans les cellules de mammifères — pourrait s’avérer être une cible thérapeutique plus efficace que sa relation toxique anormale.

« Parce que les prions peuvent s’adapter à des environnements changeants, il devient maintenant clair qu’il sera plus difficile que prévu de trouver des médicaments qui fonctionneront contre eux », a déclaré Weissmann. « Mais si vous pouviez développer un médicament qui inhibe la formation de la protéine prion normale, vous pourriez, en substance, affamer les prions infectieux et les empêcher de se reproduire. Cette approche du traitement, bien que techniquement exigeante, peut être envisagée car, comme nous l’avons montré précédemment, la privation de PrP n’est pas préjudiciable à la santé — du moins à celle des souris. »

Pliage et mauvais pliage

Les prions, qui sont composés uniquement de protéines, sont classés par souches distinctes, caractérisées par leur temps d’incubation et la maladie qu’ils provoquent. Outre l’ESB/maladie de la vache folle chez les bovins, les maladies causées par des prions comprennent la tremblante du mouton, la maladie du dépérissement chronique chez le cerf et la variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l’homme. Les prions ont la capacité de se reproduire, malgré le fait qu’ils ne contiennent pas de génome d’acide nucléique.

Les cellules de mammifères produisent normalement la protéine prion cellulaire ou PrPC. Pendant l’infection, une protéine anormale ou mal repliée — connue sous le nom de PrPSc — transforme la protéine prion normale de l’hôte en sa forme toxique en changeant sa conformation ou sa forme. Le stade final consiste en de grandes feuilles (polymères) de ces protéines mal repliées, ce qui cause des dommages massifs aux tissus et aux cellules.

« La protéine prion infectieuse peut se replier de différentes manières, et selon le pli, une souche prion différente en résulte », a déclaré Weissmann. « Tant que les prions sont maintenus dans le même hôte, ils conservent leur pli caractéristique, de sorte que les souches se reproduisent fidèlement. »

Lorsque les prions se multiplient, cependant, ce pli n’est pas toujours reproduit correctement, de sorte qu’une population de prions contient de nombreuses variantes, bien qu’à des niveaux faibles.

La nouvelle étude a révélé que lorsqu’une population de prions est transférée vers un hôte différent, l’une des variantes peut se répliquer plus rapidement — un avantage évolutif — et devenir la souche dominante. Cette nouvelle population contient également des variantes, dont l’une peut être sélectionnée par rapport aux autres lorsqu’elle est transférée à un autre hôte.

« Le résultat est que les prions, bien que dépourvus de matériel génétique, se comportent de la même manière que les virus et autres agents pathogènes, en ce sens qu’ils peuvent muter et subir une sélection évolutive », a déclaré Weissmann. « Ils le font en changeant leur pli, alors que les virus encourent des changements dans leur séquence d’acide nucléique. »

Diverses mais apparentées

La nouvelle étude suggère que les populations de prions constituent une « quasi-espèce » de nature similaire aux virus à ARN et aux rétrovirus, comme les virus de la grippe et le VIH.

L’idée d’une quasi-espèce a été conçue pour la première fois par Manfred Eigen, un biophysicien allemand qui a remporté le prix Nobel de chimie en 1967. Fondamentalement, une quasi-espèce est une population complexe et auto-perpétuée d’entités diverses et apparentées qui agissent comme un tout. C’est toutefois Weissmann qui, en 1978, a fourni la première confirmation de la théorie par l’étude d’un bactériophage particulier – un virus qui infecte les bactéries – alors qu’il était directeur de l’Institut für Molekularbiologie de Zurich, en Suisse.

Mais la comparaison s’arrête là, a déclaré Weissmann.

« Le fait qu’ils se comportent comme des virus ne signifie pas qu’ils ressemblent à un virus », a-t-il déclaré. « Une bicyclette est comme une voiture en ce sens qu’elle vous transporte d’un endroit à l’autre, mais ce n’est pas la même chose. L’effet final est cependant le même. Les prions et les virus sont tous deux capables de modifier leur structure pour survivre. »

Le premier auteur de l’étude est Sukhvir P. Mahal du Scripps Research. Les autres auteurs sont Shawn Browning, Jiali Li et Irena Suponitsky-Kroyter, également du Scripps Research.

L’étude a été soutenue par les National Institutes of Health et la Alafi Family Foundation.