Communique de presse - Determination de la structure tridimensionnelle d'un prion de levure

Une équipe du laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales (CNRS - Gif sur Yvette), en collaboration avec un chercheur de l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Installation européenne de rayonnement synchrotron - Grenoble), vient de déterminer la structure tridimensionnelle d'un prion de levure. Il s'agit de la première structure cristallographique de prion obtenue. Ces résultats élargissent le champ des connaissances sur les maladies à prions qui affectent les mammifères, et laissent espérer, pour l'avenir, une meilleure compréhension des changements conformationnels à l'origine des propriétés pathogènes de certaines protéines prions.

Un certain nombre de maladies neurodégénératives, comme la maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l'homme ou l'Encéphalopathie Spongiforme Bovine (ESB), maladie dite de "la vache folle", sont dues à une protéine cellulaire appelée Prp, ou prion pour la forme pathogène. Le caractère pathogène de cette protéine est le résultat d'un changement de conformation de la molécule qui provoque son assemblage en fibres. Très stables, celles-ci s'associent pour former des plaques que l'on peut colorer par l'iode sur des coupes de cerveau. La coloration ainsi obtenue étant similaire à celle de l'amidon par l'iode, ces plaques ont été appelées amyloïdes (du latin amylum et du grec amylon). La formation de ces plaques est accompagnée d'une dégénérescence cellulaire.

Dans le monde vivant, d'autres organismes, champignons filamenteux et levures, expriment des protéines qui peuvent changer de forme de façon stable à travers les générations. Ces changements peuvent induire des formations amyloïdes à l'origine d'une "hérédité structurale". Actuellement, deux protéines de levure peuvent subir une transformation transmissible similaire à la transformation du prion de mammifères. Ces protéines ne sont pas pathogènes pour l'homme. Elles constituent de ce fait un outil fort utile pour, d'une part, étudier les événements moléculaires à l'origine de l'apparition de la forme pathogène transmissible des prions, d'autre part, développer des outils permettant de bloquer ou inverser la transformation à l'origine du caractère infectieux des prions.

En 1999, l'équipe "Mécanisme de repliement des protéines in vivo", dirigée par Ronald Melki, du laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales du CNRS, avait été la première à reproduire dans un tube à essais l'interconversion entre les deux formes de l'un de ces deux prions. La protéine sous forme pathogène a l'aspect de fibres qui sont identiques aux fibres retrouvées dans le cerveau de personnes atteintes de la maladie de Creutzfeldt-Jakob.

L'équipe du CNRS, constituée de Luc Bousset, Solange Morera, Ronald Melki et Joël Janin, en collaboration avec Hassan Belrhali de l'European Synchrotron Radiation Racility (ESRF) de Grenoble, vient de déterminer la structure tridimensionnelle de ce prion de levure. Il s'agit de la première structure cristallographique de prion. Les caractéristiques (brillance et géométrie) du faisceau de rayons X utilisé à l'ESRF de Grenoble ont étés cruciaux pour la résolution de cette structure.

La forme du prion de levure, les propriétés de sa surface et la flexibilité de certaines de ses régions sont ainsi révélées à l'échelle atomique. Le prion apparaît symétrique et cette information rend compte à elle seule de la capacité de cette protéine à s'assembler en fibres dites amyloïdes. La protéine possède une région extrêmement flexible. Un certain nombre de données semblent indiquer que cette région est impliquée dans la transformation transmissible de ce prion. En effet, dans l'empilement cristallin, on trouve la région flexible d'une molécule donnée de prion au voisinage d'une région de la molécule prion adjacente. Les interactions entre ces deux régions pourraient être à l'origine de l'assemblage de la protéine en fibres amyloïdes et par conséquent de la propagation du caractère pathogène du prion. La protéine possède, par ailleurs, une région à laquelle se fixe une molécule (un ligand), qui pourrait à son tour induire un changement de la conformation du prion et réguler son caractère "transmissible".

La structure atomique du prion de levure ouvre la voie à la détermination du type de transformation à l'origine du caractère pathogène des prions. Différentes régions de la protéine seront modifiées et les propriétés de chaque variant généré, analysées. Ces modifications auront pour résultat, soit une capacité accrue, soit une capacité réduite de la protéine à acquérir la conformation pathogène et permettront ainsi de préciser le rôle joué par chaque région de la molécule. Les résultats escomptés permettront de mieux comprendre la genèse des maladies à prions qui affectent les mammifères. Ils aideront aussi à imaginer des moyens pour bloquer ou inverser les transformations à l'origine du caractère transmissible des maladies à prions. Le niveau des connaissances dans ce domaine devrait croître rapidement du fait de la facilité de manipulation des prions de levure et de leur innocuité, comparées aux lourdeurs et aux risques liés à la manipulation de prions de mammifères.

Référence :
Bousset L., Belrhali H., Janin J., Melki R. et Morera S. Crystal structure of the globular region of the prion protein Ure2 from the yeast Saccharomyces cerevisiae, Structure, volume 9 (Janvier 2001), pages 39-46.

Contact chercheur :
Ronald Melki,
responsable de l'équipe "mécanismes de repliement des protéines in vivo", laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales - CNRS - Gif sur Yvette
Tél : 01 69 82 35 03
Mél : Ronald.Melki@lebs.cnrs-gif.fr

Contact département Sciences de la vie :
Thierry Pilorge
Tél : 01 44 96 40 26
Mél : thierry.pilorge@cnrs-dir.fr

Communiqué de presse Détermination de la structure tridimensionnelle d'un prion de levure
Paris, le 15 janvier 2001

Une équipe du laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales (CNRS - Gif sur Yvette), en collaboration avec un chercheur de l'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF, Installation européenne de rayonnement synchrotron - Grenoble), vient de déterminer la structure tridimensionnelle d'un prion de levure. Il s'agit de la première structure cristallographique de prion obtenue. Ces résultats élargissent le champ des connaissances sur les maladies à prions qui affectent les mammifères, et laissent espérer, pour l'avenir, une meilleure compréhension des changements conformationnels à l'origine des propriétés pathogènes de certaines protéines prions. Un certain nombre de maladies neurodégénératives, comme la maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l'homme ou l'Encéphalopathie Spongiforme Bovine (ESB), maladie dite de "la vache folle", sont dues à une protéine cellulaire appelée Prp, ou prion pour la forme pathogène. Le caractère pathogène de cette protéine est le résultat d'un changement de conformation de la molécule qui provoque son assemblage en fibres. Très stables, celles-ci s'associent pour former des plaques que l'on peut colorer par l'iode sur des coupes de cerveau. La coloration ainsi obtenue étant similaire à celle de l'amidon par l'iode, ces plaques ont été appelées amyloïdes (du latin amylum et du grec amylon). La formation de ces plaques est accompagnée d'une dégénérescence cellulaire. Dans le monde vivant, d'autres organismes, champignons filamenteux et levures, expriment des protéines qui peuvent changer de forme de façon stable à travers les générations. Ces changements peuvent induire des formations amyloïdes à l'origine d'une "hérédité structurale". Actuellement, deux protéines de levure peuvent subir une transformation transmissible similaire à la transformation du prion de mammifères. Ces protéines ne sont pas pathogènes pour l'homme. Elles constituent de ce fait un outil fort utile pour, d'une part, étudier les événements moléculaires à l'origine de l'apparition de la forme pathogène transmissible des prions, d'autre part, développer des outils permettant de bloquer ou inverser la transformation à l'origine du caractère infectieux des prions. En 1999, l'équipe "Mécanisme de repliement des protéines in vivo", dirigée par Ronald Melki, du laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales du CNRS, avait été la première à reproduire dans un tube à essais l'interconversion entre les deux formes de l'un de ces deux prions. La protéine sous forme pathogène a l'aspect de fibres qui sont identiques aux fibres retrouvées dans le cerveau de personnes atteintes de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. L'équipe du CNRS, constituée de Luc Bousset, Solange Morera, Ronald Melki et Joël Janin, en collaboration avec Hassan Belrhali de l'European Synchrotron Radiation Racility (ESRF) de Grenoble, vient de déterminer la structure tridimensionnelle de ce prion de levure. Il s'agit de la première structure cristallographique de prion. Les caractéristiques (brillance et géométrie) du faisceau de rayons X utilisé à l'ESRF de Grenoble ont étés cruciaux pour la résolution de cette structure. La forme du prion de levure, les propriétés de sa surface et la flexibilité de certaines de ses régions sont ainsi révélées à l'échelle atomique. Le prion apparaît symétrique et cette information rend compte à elle seule de la capacité de cette protéine à s'assembler en fibres dites amyloïdes. La protéine possède une région extrêmement flexible. Un certain nombre de données semblent indiquer que cette région est impliquée dans la transformation transmissible de ce prion. En effet, dans l'empilement cristallin, on trouve la région flexible d'une molécule donnée de prion au voisinage d'une région de la molécule prion adjacente. Les interactions entre ces deux régions pourraient être à l'origine de l'assemblage de la protéine en fibres amyloïdes et par conséquent de la propagation du caractère pathogène du prion. La protéine possède, par ailleurs, une région à laquelle se fixe une molécule (un ligand), qui pourrait à son tour induire un changement de la conformation du prion et réguler son caractère "transmissible". La structure atomique du prion de levure ouvre la voie à la détermination du type de transformation à l'origine du caractère pathogène des prions. Différentes régions de la protéine seront modifiées et les propriétés de chaque variant généré, analysées. Ces modifications auront pour résultat, soit une capacité accrue, soit une capacité réduite de la protéine à acquérir la conformation pathogène et permettront ainsi de préciser le rôle joué par chaque région de la molécule. Les résultats escomptés permettront de mieux comprendre la genèse des maladies à prions qui affectent les mammifères. Ils aideront aussi à imaginer des moyens pour bloquer ou inverser les transformations à l'origine du caractère transmissible des maladies à prions. Le niveau des connaissances dans ce domaine devrait croître rapidement du fait de la facilité de manipulation des prions de levure et de leur innocuité, comparées aux lourdeurs et aux risques liés à la manipulation de prions de mammifères. Référence : Bousset L., Belrhali H., Janin J., Melki R. et Morera S. Crystal structure of the globular region of the prion protein Ure2 from the yeast Saccharomyces cerevisiae, Structure, volume 9 (Janvier 2001), pages 39-46. Contact chercheur : Ronald Melki, responsable de l'équipe "mécanismes de repliement des protéines in vivo", laboratoire d'enzymologie et biochimie structurales - CNRS - Gif sur Yvette Tél : 01 69 82 35 03 Mél : Ronald.Melki@lebs.cnrs-gif.fr Contact département Sciences de la vie : Thierry Pilorge Tél : 01 44 96 40 26 Mél : thierry.pilorge@cnrs-dir.fr Contact presse : Martine Hasler Tél : 01 44 96 46 35 Mél : martine.hasler@cnrs-dir.fr