Cerf zombie, maladie à prions et autre redoutable leçon de chimie de l'enfer

Cerf zombie, maladie à prions et autre redoutable leçon de chimie de l'enfer

Josh Bloom, ACSH*

Crédit : Julie Kasel

Entre la Covid, le VIH, la dengue, Ebola et les nouveaux variants de la grippe, la dernière chose dont le monde a besoin, c'est d'un nouveau type d'agent pathogène, qui plus est sans traitement ni remède. Cependant, bien que rares, les maladies à prions, telles que la maladie de Creutzfeldt-Jakob, sont à la fois infectieuses et mortelles. Bien qu'elles puissent paraître mystérieuses, une grande partie de la pathologie des prions peut être expliquée par la simple chimie organique. (Ce qui peut ou non être pire que la maladie elle-même.) Bonne lecture.

Un nouvel article paru dans Science Alert décrit une maladie neurologique grave qui se propage rapidement chez les cerfs, les wapitis et les élans – 800 cas rien que dans le Wyoming. Les symptômes comprennent « la bave, la léthargie, le trébuchement et un regard vide ».

Bien que cela ne semble pas très différent d'un matin ordinaire, il s'agit d'un problème potentiellement grave causé par un agent pathogène mystérieux : les prions, des protéines mal repliées qui sont responsables de la maladie de la vache folle au Royaume-Uni et de la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ) chez l'homme [1]. Le nom est un raccourci pour « particule infectieuse protéique » [2].

Bien que cette épidémie ne constitue pas une menace sérieuse pour la santé humaine à l'heure actuelle, il n'est pas impossible qu'elle le devienne, en particulier si les prions se retrouvent dans l'alimentation humaine, comme ce fut le cas en Angleterre en 1996. Entre cette date et 2022, environ 180 personnes sont mortes de la MCJ à cause de vaches infectées. Un autre article rapporte que deux chasseurs du Wyoming, décédés en 2022 après avoir mangé de la venaison infectée, ont été les premiers Américains à succomber à une maladie à prions à effet dévastateur sur le cerveau. Et il n'y a pas que le Wyoming. Des cas ont été signalés en Caroline du Nord, ce qui laisse présager une propagation imminente de l'épidémie.

Que sont les protéines mal repliées et pourquoi sont-elles dangereuses ?

Presque tous les agents pathogènes, qu'ils soient minuscules comme des virus ou gros comme des amibes, ont un point commun : ils transportent leur information génétique à l'intérieur des cellules sous forme d'ADN ou d'ARN. Cependant, les prions s'écartent totalement de ce modèle. Ils sont dépourvus de structure cellulaire et de tout matériel génétique. Ils sont constitués de protéines connues sous l'abréviation PrP^c (protéine prion C [C pour cellulaire]), que l'on trouve généralement dans les neurones.

Pour des raisons mal comprises, la protéine prion C peut se déplier puis se replier en une forme pathogène de la même protéine, la PrP^sc (protéine prion de la tremblante [scrapie]), dans laquelle la forme tridimensionnelle de la protéine a changé. En d'autres termes, la séquence des acides aminés – la structure primaire – est identique, mais la structure secondaire – la façon dont les acides aminés interagissent avec d'autres acides aminés dans la protéine – a radicalement changé. Nous y reviendrons plus tard.

Oh, oh... Protéines, acides aminés, structures... Vous savez ce que cela signifie, n'est-ce pas ? C'est l'heure d'une nouvelle... redoutable leçon de chimie de l'enfer®.

Et aujourd'hui, nous avons une surprise très spéciale !

(À gauche) Steve, notre co-animateur habituel de la DCLFR® [Dreaded Chemistry Lesson From Hell®], a quitté l'enfer pour quelque chose de pire. Les RH de l'enfer lui ont demandé de visionner l'intégralité du film Barbie, une étape plus profonde de l'enfer, à des fins de développement de carrière. Mais nous avons l'honneur d'accueillir l'animateur RFK Jr. [3] pour lui faire part de quelques paroles de sagesse – sauf pour ce qui est de la sagesse... Son co-hôte Irving (à droite) semble être désespérément confus. Tout comme Kennedy lui-même.

(Au centre) Steve ne semble pas être enchanté par le film Barbie, au point de tenter de s'immoler pour s'échapper. Cette stratégie est généralement inefficace pour ceux qui séjournent déjà en enfer.

Tout d'abord, un coup de gueule !

Avant de commencer, je me demande pourquoi je m'inflige cela. Pour le salaire de merde que je perçois, pourquoi devrais-je passer de précieuses journées (parmi les rares qui me restent) à préparer cette pitoyable leçon ? Notre bien-aimé directeur de la médecine, le Dr Chuck Dinerstein, a tout compris. Oh, oui. Pendant que je m'échine à expliquer des processus biochimiques complexes à une bande d'idiots de non-scientifiques, Chuckie invente « I Read a Stop Sign » entre le brossage des dents et l'utilisation du fil dentaire. La diatribe est terminée.

La maladie à prions au niveau moléculaire. C'est très cool

Croyez-le ou non, la maladie à prions, comme beaucoup d'autres maladies et affections, peut être expliquée en examinant les concepts fondamentaux du cours de chimie organique 101. Il n'y a rien de plus fondamental que cela.

Ces choses-là sont des amides...

(A gauche) Un amide est le produit de la réaction d'une amine (ovale rouge) avec un acide carboxylique (ovale vert). La liaison covalente amide (flèche jaune) est très forte.

(Au centre) La même molécule est dessinée pour illustrer un déséquilibre de charge. En raison de la différence d'électronégativité entre l'azote et l'hydrogène, l'atome d'hydrogène a une charge positive partielle (delta-plus). De même, en raison de la différence d'électronégativité entre les atomes d'oxygène et de carbone, l'oxygène a une charge négative partielle (delta-moins). Il n'est donc pas surprenant qu'il y ait une attraction entre deux charges.

(À droite) Deux molécules d'amide identiques sont représentées en train d'interagir par le biais de deux liaisons hydrogène. R représente n'importe quel groupe alkyle.

Quel est le rapport avec la maladie à prions ?

Une fois qu'un prion normal est transformé en sa forme pathogène (PrP^sc, protéine prion de la tremblante du mouton) – le processus exact reste un mystère – tout s'emballe. Il s'ensuit une cascade où la PrP^sc pathogène nouvellement formée interagit avec les protéines PrP^c normales, ce qui entraîne un mauvais repliement de ces dernières – pensez aux dominos – et les convertit en davantage de PrP^sc, et cette polymérisation se poursuit. La caractéristique la plus importante de la PrP^sc est que ces protéines se collent les unes aux autres, entraînant l'accumulation d'agrégats toxiques dans le cerveau. Ces agrégats tuent les cellules, provoquant des lésions nerveuses dans le cerveau, qui se manifestent par un déclin cognitif, des crises d'épilepsie, une démence et, en fin de compte, la mort. Ces conditions sont la marque des maladies à prions.

La chimie derrière la transformation

C'est ici qu'Organic101 et la liaison hydrogène entrent en jeu.

Crédit photo : Admet

Les protéines prions normales se présentent sous la forme d'une hélice alpha (à gauche). Les hélices sont composées de chaînes simples d'acides aminés – une structure 3D courante pour les protéines. Mais lorsque la PrP^c se réarrange, la protéine prend une forme différente. Les flèches rouges et vertes représentent quatre feuillets bêta, un autre motif courant dans les protéines. C'est là que les problèmes se posent avec les prions. Dans un feuillet bêta, deux chaînes simples sont « collées » l'une à l'autre par liaison hydrogène, ce qui est illustré au niveau moléculaire ci-dessous. Les figures bleues représentent la forme des protéines normales et pathogènes.

(À gauche) Un segment d'une chaîne protéique unique dans l'hélice alpha de la PrP^c normale. Lorsque la protéine se replie mal, deux brins de protéines auparavant simples sont repliés ensemble, « collés » l'un à l'autre en raison d'une liaison hydrogène interne. Il en résulte la formation de quatre feuillets bêta qui modifient la forme et la fonction de la protéine. En particulier, les feuillets bêta, une fois formés, entraînent une cascade où les protéines mal repliées forment un amas polymérique, qui est toxique pour les cellules cérébrales.

(Droite) (A) Exemple de cinq protéines (dans ce cas, l'amyloïde) agglutinées ensemble. Crédit : Wikipedia (B) Le tissu cérébral humain atteint de la maladie de Creutzfeldt-Jakob a l'aspect d'une éponge. Crédit : Teresa Hammett, Centers for Disease Control and Prevention (Centres de contrôle et de prévention des maladies).

Une autre façon de voir les choses

Pour les non-chimistes, cette analogie peut s'avérer utile. La chaise dépliée représente une hélice alpha. Il est impossible de les empiler. Mais si vous prenez la même chaise et que vous la pliez, elles s'empilent facilement. Cela représente les feuilles bêta.

Conclusion

En ce qui concerne la maladie à prions, les nouvelles sont mitigées. La bonne nouvelle est que (à l'exception peut-être de la maladie d'Alzheimer), elles sont très rares. Les personnes atteintes de la maladie de Creutzfeldt-Jakob meurent généralement dans les 6 à 12 mois. Il n'existe pas non plus de traitement, et encore moins de cure. Pire encore, alors que les protéines normales sont dégradées/digérées dans l'estomac (comme la nourriture), les prions sont stables dans l'intestin et peuvent être absorbés dans le sang et transportés jusqu'au cerveau.

Les prions ne sont rien d'autre qu'intéressants. Et terrifiants.

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[1] Les autres maladies humaines à prions sont les suivantes : la prionopathie à sensibilité variable à la protéase (VPSPr), la maladie de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), le Kuru et l'insomnie fatale (FI). Vous ne voulez rien de tout cela. La question de savoir si la maladie d'Alzheimer est une maladie à prions ou si elle se comporte simplement comme telle est débattue, par exemple, ici.

[2] Les prions sont-ils des agents pathogènes ? Je dirais que oui. Ce sont des particules infectieuses parce qu'elles peuvent être transmises d'un mammifère à l'autre. Je pense donc qu'il est raisonnable de considérer les maladies à prions comme le produit d'une infection.

[3] Ma note : Robert F. Kennedy Jr, qui a des problèmes d'élocution, affirme qu'un ver parasite lui a rongé une partie de son cerveau.

* Josh Bloom, directeur des sciences chimiques et pharmaceutiques, vient du monde de la découverte de médicaments, où il a fait de la recherche pendant plus de 20 ans. Il est titulaire d'un doctorat en chimie.

Source : Zombie Deer, Prion Disease & Another Dreaded Chemistry Lesson From Hell | American Council on Science and Health (acsh.org)