Variations somatiques et germinales de PRNP dans l’analyse neuropathologique ciblée de la maladie sporadique à prions humaine

Introduction

Les maladies à prions sont des maladies neurodégénératives transmissibles, progressives et mortelles, caractérisées par un repliement pathologique et une agrégation de la protéine prion (PrP). La protéine prion est codée par le gène PRNP. La protéine prion cellulaire normale (PrPc) sert de substrat pour la conformation pathologique spécifique à la maladie (PrPSc). Les prions se propagent facilement entre différents mammifères, par exemple, la tremblante chez les moutons et les chèvres, la maladie débilitante chronique chez les cerfs et les wapitis, l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) chez les bovins, et la maladie de Kuru chez les humains. Bien que les maladies à prions soient connues pour leur transmissibilité, d’autres étiologies influent également sur la charge de la maladie.

Le taux d’incidence est de 1 à 2 cas par million de personnes, incluant des origines infectieuses, familiales et sporadiques. Parmi celles-ci, les cas infectieux (y compris la maladie de Kuru, les infections iatrogènes et l’ESB zoonotique) représentent moins de 1%. La majorité des cas (environ 85%) sont des maladies à prions sporadiques (sCJD), tandis que les maladies à prions familiales représentent environ 15%. Ces cas montrent trois modes de causalité : les cas infectieux atteignent un pic autour de 30 ans, les cas génétiques vers 50 ans, et les cas sporadiques généralement après 60 ans. Bien que les cas familiaux donnent des indices, la cause des maladies à prions sporadiques reste inconnue.

Les maladies à prions familiales sont dues à des mutations dominantes autosomiques (mutations gain de fonction) dans le gène PRNP. Trois variantes de mutations faux-sens totalement pénétrantes sont liées à des syndromes clinico-pathologiques spécifiques : P102L cause le syndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), D178N cause l’insomnie fatale familiale (FFI) et la CJD familiale (fCJD), et E200K cause également fCJD. D’autres variantes comme V210I et V180I augmentent le risque de maladie. Les mutations non pénétrantes produisent des codons stop prématurés, parfois au niveau de l’extrémité N de la protéine prion, ce qui peut offrir une protection.

Étant donné que les mutations germinales de PRNP peuvent causer des maladies à début précoce, nous avons émis l’hypothèse que les maladies à prions sporadiques à début tardif pourraient être causées par des mutations somatiques survenant au cours du développement et du vieillissement, présentes donc dans certaines cellules d’un individu. Bien que les mutations somatiques soient des moteurs du cancer, elles s’accumulent également dans les tissus non tumoraux, y compris les neurones dans le vieillissement et les maladies neurodégénératives. Dans certaines conditions, les maladies causées par des mutations somatiques sont plus tardives ou localisées que celles causées par des mutations germinales, comme les mutations de TP53 dans le syndrome de Li-Fraumeni, ou les mutations de la voie mTOR dans le cerveau. Bien que des études antérieures n’aient pas démontré de mutations somatiques étendues dans la maladie d’Alzheimer (AD) et les maladies à prions, le variant Heidenhain de la CJD sporadique (h-sCJD) montre des manifestations localisées, offrant une opportunité d’étudier la mosaïque somatique dans les maladies neurodégénératives localisées.

Sources de l’étude

Cet article est écrit par Gannon A. McDonough et d’autres chercheurs, impliquant la collaboration de plusieurs institutions, y compris Brigham and Women’s Hospital, Boston Children’s Hospital, Case Western Reserve University School of Medicine et Howard Hughes Medical Institute. L’article a été accepté pour publication en juillet 2024 dans la revue “Acta Neuropathologica”.

Processus de l’étude

L’étude utilise la technologie de séquençage profond de l’ADN pour séquencer le gène PRNP chez 205 cas confirmés de CJD sporadique et 170 témoins non atteints de maladies. L’étude inclut spécifiquement 5 cas de h-sCJD, présentant des symptômes visuels et des signes neuropathologiques suggérant une formation locale de prions. L’équipe utilise la technologie de séquençage par PCR à amorces multiples indépendantes (MIPP-seq), avec une profondeur de couverture médiane supérieure à 5000 fois, et analyse les variantes avec MosaicHunter. Des expériences d’allele mix sur des échantillons d’ADN de grande taille ont démontré une fraction d’allele variant détectable aussi basse que 0,2%.

Échantillons et méthodes

L’étude utilise deux cohortes indépendantes, comprenant des patients atteints de CJD sporadique et des témoins sans diagnostic de maladie neurologique. Les 205 échantillons de CJD sporadique sont collectés et confirmés par le National Prion Disease Pathology Surveillance Center, avec un âge de 45 à 86 ans, incluant 95 femmes et 110 hommes. Les confirmations de CJD sont basées sur l’histopathologie, l’immunohistochimie et l’analyse par immunobuvardage de la protéine prion (PrPSc). Les cas familiaux de maladies à prions avec mutations pathogènes PRNP sont exclus pour garantir que tous les échantillons sont des CJD sporadiques.

Le groupe témoin inclut 170 individus, appariés en âge avec le groupe CJD, âgés de 35 à 89 ans, incluant 55 femmes et 115 hommes, tous les échantillons témoins étant collectés par la NIH Neurobiobank.

Pour tous les échantillons, y compris les patients CJD et les témoins, les échantillons de cortex cérébelleux sont priorisés pour l’analyse. De plus, pour les cas de h-sCJD, des échantillons des trois régions du cortex visuel (BA 17, 18 et 19), du cortex préfrontal (BA 46), du cortex pariétal, du cortex temporal, du thalamus et du noyau denté sont également inclus.

Détection des mutations somatiques

La technologie MIPP-seq est utilisée pour le séquençage PCR à amorces multiples indépendantes du gène PRNP, générant de multiples amplicons couvrant les régions cibles, suivie d’une étape PCR à double index pour produire des bibliothèques d’amplicons avec des codes-barres spécifiques à l’échantillon. MosaicHunter est utilisé pour détecter et confirmer les mutations somatiques et germinales, avec des données de séquençage à ultra-haute profondeur (>5000X) pour identifier et confirmer les variants à faible fréquence allélique. Les expériences de dilution ont montré une fraction d’allele variant détectable aussi basse que 0,2%.

Résultats principaux

Les résultats montrent que, bien que plusieurs variants germinaux polymorphes aient été détectés chez les sujets de l’étude, aucune véritable mutation somatique n’a été identifiée dans le gène PRNP des cas de sCJD. En particulier, aucune mutation somatique n’a été détectée dans diverses régions du cerveau des cas de h-sCJD (y compris le cortex occipital affecté) et chez les témoins. Cela suggère que le risque de sCJD n’est pas lié aux mutations somatiques des variants germinaux pathogènes connus (comme P102L, D178N et E200K).

Conclusion et signification

Grâce à une analyse de séquençage à haute couverture du gène PRNP, cette étude n’a pas démontré que les mutations somatiques du gène PRNP jouent un rôle majeur dans les maladies à prions sporadiques (en particulier h-sCJD). Les résultats remettent en question l’hypothèse selon laquelle les mutations somatiques sont un mécanisme clé dans la pathogenèse de la sCJD, suggérant que la sCJD pourrait être due à un repliement erroné naturel de la protéine prion plutôt qu’à des mutations somatiques spécifiques. Cependant, étant donné que de petites quantités de PrP mal repliées peuvent se propager dans tout le cerveau, une seule cellule mutée pourrait suffire à déclencher la maladie, rendant l’identification des mutations somatiques complexe et difficile.

L’étude offre de nouvelles perspectives sur les maladies à prions sporadiques : le rôle des mutations somatiques dans cette maladie neurodégénérative pourrait être surestimé, et les recherches futures devraient se concentrer sur d’autres mécanismes possibles de la pathogenèse, tels que le repliement erroné naturel de la protéine prion. De plus, cette découverte a des implications pour la santé publique, pouvant influencer le développement de traitements ciblés pour les patients porteurs de mutations pathogènes, tels que les techniques de dégradation de la protéine prion.