Le est un type de protéine naturellement présent dans l'organisme dans sa forme cellulaire (PrPC) susceptible de donner une forme pathogène PrPSc par une mauvaise conformation ou repliement. Cette forme pathogène est capable de transmettre cette forme mal repliée à des variantes normales de la même protéine. Ces prions dits pathogènes caractérisent plusieurs maladies neurodégénératives mortelles et transmissibles chez l'homme et de nombreux autres animaux. On ignore encore ce qui cause le mauvais repliement de la protéine normale, mais la structure tridimensionnelle anormale est soupçonnée de conférer des propriétés infectieuses, en reconfigurant les molécules de protéines voisines dans la même forme. Le rôle infectieux d'une protéine contraste avec tous les autres agents infectieux connus tels que les viroïdes, les virus, les bactéries, les champignons et les parasites, qui eux contiennent tous des acides nucléiques (ADN, ARN ou les deux comme support de l’information infectieuse). Le terme « prion » dont la paternité revient à Stanley Prusiner et remonte à 1982, serait soit l’acronyme de (particule protéique infectieuse) — « pro-in » étant réarrangé en « prion » pour en simplifier la prononciation. —, soit, selon d'autres sources, l'acronyme de .
On distingue les prions de mammifères qui infectent l'humain et différentes espèces animales, des prions retrouvés chez les champignons comme chez Saccharomyces cerevisiae (levure de boulanger).
Les prions de mammifères sont les agents causaux responsables des encéphalopathies subaiguës spongiformes transmissibles (ESST) ou maladies à prion. Parmi les ESST les plus connues, on peut citer : chez l’humain : les différentes formes de la maladie de Creutzfeldt-Jakob, l’insomnie fatale familiale (IFF), le syndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (SGSS), le Kuru ; chez l’animal : la tremblante du mouton et de la chèvre, l’encéphalopathie spongiforme bovine (ESB), l’encéphalopathie spongiforme féline, l’encéphalopathie spongiforme du vison et, le dépérissement chronique du cervidé (CWD pour ).
L’ensemble de ces maladies se caractérise par une dégénérescence du système nerveux central (cerveau et moelle épinière) liée à la propagation ou multiplication de prions chez l’hôte infecté.
D'un point de vue anatomopathologique, on observe ainsi au niveau de l'encéphale la formation de vacuoles (donnant un aspect spongieux au cerveau, d'où le nom de spongiforme dans ESST), une mort des neurones, une gliose (multiplication des astrocytes et de la microglie) et l'accumulation d'une protéine de l'hôte, la PrPC (abréviation de protéine prion cellulaire, l'isoforme normale), sous une conformation anormale (ou mal repliée) alors dénommée PrPSc (abréviation de protéine prion de la scrapie)..
Des prions atypiques, apparemment également pathogènes mais probablement sporadiques, ont aussi été observés au moment de la percée d'ESB de 2011 en Europe, au Japon, aux États-Unis et au Canada.
Historique 1732 : première description de la tremblante. 1917-1918 : première description de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. 1936 : première description du syndrome de Gerstmann–Sträussler–Scheinker. 1938 : démonstration expérimentale du caractère transmissible de la tremblante. Cuillé et Chelle ont injecté à des moutons des homogénats (tissus broyés) de cerveaux de moutons morts de la tremblante. Les animaux inoculés ont à leur tour déclaré la maladie démontrant ainsi que la tremblante était due à un agent infectieux. 1957 : première description du kuru par Gajdusek et Zigas. 1959 : Hadlow note de nombreuses similitudes anatomopathologiques entre la tremblante du mouton et le Kuru. Il suggère que le kuru pourrait aussi être causé par un agent infectieux. 1966 : le groupe de Gajdusek démontre le caractère transmissible du Kuru (chez le chimpanzé). 1967 : Alper et Pattison réalisent des études d'inactivation (ou destruction) de l'agent infectieux de la tremblante par des rayonnements ionisants. Les rayonnements ionisants conduisent à des altérations et des modifications des acides nucléiques à l'origine de l'inactivation de l'agent pathogène. La dose de rayons ionisants nécessaire pour inactiver la moitié des particules infectieuses est proportionnelle à la taille du génome et donc de la taille de l'agent pathogène lui-même. Les résultats qu'ils obtiennent par cette méthode d'estimation de taille, montre que l'agent responsable de la tremblante présente des propriétés de résistance aux rayons ionisants sans commune mesure avec celles obtenues pour les virus, les bactéries et les parasites, suggérant que l'agent infectieux responsable de la tremblante est très petit (bien plus qu'un virus). Ils supposent que cet agent pourrait être dépourvu d'acide nucléique. 1967 : Griffith propose l'hypothèse d'une unique protéine (ou de protein only), suggérant que l'agent infectieux responsable de la tremblante pourrait être réduit à une protéine ayant adopté un repliement anormal. Cette protéine serait capable d'imprimer sa conformation anormale à la protéine de l'hôte, ce qui serait le mode de propagation de cet agent. 1968 : le groupe de Gajdusek montre que la maladie de Creutzfeldt-Jakob est également transmissible. Ceci permit de regrouper les EST sous cette terminologie et d'établir qu'elles étaient dues à un agent infectieux. 1978 : première description de la Chronic wasting disease (CWD). 1982 : le groupe de Prusiner réalise une étude systématique portant sur l'inactivation de l'agent de la tremblante après transmission au hamster syrien. Ils montrent qu'aucun traitement physique et chimique détruisant les acides nucléiques ne peut inactiver l'agent infectieux. Inversement tous les procédés chimiques et physiques détruisant ou détériorant les protéines entraînent une inactivation importante de l'agent infectieux. Prusiner propose de nommer prion ce nouveau type d'agent infectieux (vraisemblablement dépourvu d'acide nucléique et de nature essentiellement protéique). Ainsi, il remet en cause le paradigme médical de trois sortes d'agents infectieux (virus, microbes et parasites). La notion de prion est alors mal acceptée par la communauté médicaleL'histoire du prion sur infodoc.inserm.fr. 1982 : le groupe de Prusiner identifie une protéine qui copurifie avec l'agent infectieux. Ils nommèrent cette protéine PrP, abréviation pour l' (protéine résistante aux protéases), car elle présentait la particularité d'être partiellement résistante à la digestion par les protéases (enzymes qui coupent les protéines en petits peptides). 1991 : le groupe de Prusiner établit que la PrP n'est pas une protéine codée par le génome de l'agent infectieux mais par le génome de l'hôte. Ces résultats montrent que chez les individus infectés la PrP normale ou PrPC, exprimée par l'hôte, est convertie (ou subit un repliement) en PrP anormale ou PrPSc. 1986 : première description de l'ESB. 1986 : première description de l'IFF (Insomnie fatale familiale). 1993 : développement des premières souris avec le gène Prnp, codant la protéine PrP, invalidé. Ces souris qui n'expriment plus la PrPC ne peuvent plus contracter une maladie à prion après infection expérimentale. 1996 : première description du « variant de la maladie de Creutzfeldt-Jakob ». 2016 : premier cas mondial de maladie débilitante chronique (MDC) confirmé chez un renne femelle le Institut vétérinaire norvégien (Norwegian Veterinary Institute ou NVI), 2016, The first detection of Chronic Wasting Disease (CWD) in Europe ; CWD-Info, 05 avril 2016) (en Norvège), qui est aussi le de MDC détecté en Europe chez un cervidé sauvage. Peu après sont signalés deux cas chez l'élan (en Norvège également, près de la frontière suédoise)Becker Rachel (2016) Deadly animal prion disease appears in Europe ; How brain disorder related to mad-cow disease spread to Norway is a mystery ; Nature, 18 avril 2016 doi: 10.1038 / nature.2016.19759.
Protéines normales et pathologiques Le prion pathologique ou protéine PrPSc est une forme spéciale de la protéine normale PrPC qui est présente à l’état naturel et est impliquée dans le fonctionnement normal de la cellule notamment au niveau des microdomaines Raft de la membrane plasmique Roles of the cellular prion protein in the regulation of cell-cell junctions and barrier function Petit SCV, , Tissue Barriers (open access), 2013.. Les fonctions de PrPC ne sont pas encore intégralement connues mais semblent essentielles. En effet, la protéine PrPC était présente avant la spéciation des mammifères, ce qui signifie que tous les mammifères (et donc l'humain) sont susceptibles de développer des maladies à prions. La protéine PrPC est impliquée dans le développement du système nerveux chez l'embryon. Chez l'adulte, elle est exprimée essentiellement dans le cerveau et la moelle épinière (neurones et glie). Elle est impliquée dans les processus de différenciation et d’adhésion des cellules entre elles. Elle aurait aussi un rôle protecteur antioxydant et vis-à-vis de la mort cellulaire programmée ou apoptose. Cette protéine aurait également un rôle dans le repliement d’autres protéines.
Selon l'équipe du Scott (), la protéine normale, étudiée chez le rat, présente des accumulations particulières à l'intérieur des cellules du pancréas spécialisées dans la production d'insuline, et les rats prédisposés au diabète présentent 3 fois plus de cellules productrices d'insuline avec des amas de protéines PrPC. Le taux de PrPC dans le pancréas d'un rat normal change fortement dans les un à trois jours suivant l'administration de concentrations élevées de sucre via le sang. La protéine PrPC pourrait être impliquée dans le diabète de type 1 ou juvénile, maladies caractérisées par une attaque par le système immunitaire des cellules produisant l'insuline (dans le pancréas)Institut de recherche sur en santé d'Ottawa.
Le prion pathologique est une protéine PrPC repliée différemment, notée PrPSc. La PrPSc résulte d’une modification de la structure tridimensionnelle de PrPC. Elle provoque les maladies à prions (maladie de la vache folle, ou encéphalopathie spongiforme bovine, maladie de Creutzfeldt-Jakob, tremblante du mouton, Chronical Wasting Disease ou maladie du dépérissement chronique des cervidés). Lors de l'infection, l'agent prion, agent pathogène responsable de l'infection, pénètre le neurone, où pour des raisons et par un mécanisme encore mal compris il se multiplie, en dépliant/repliant les protéines PrPC en protéines PrPSc, forme qui n'est plus dégradée par protéolyse et qui, par accumulation dans la cellule, finit par la tuer et former des plaques de dépôts dans le cerveau.
Dans toutes ces maladies, aucun acide nucléique (ADN/ARN) n’a pu être spécifiquement associé à l’infectiosité, comme a pu l'être la protéine PrPSc. On parle d'agent transmissible non conventionnel (ATNC).
Les maladies à prions sont transmissibles d’un individu à l'autre et dans une certaine mesure d'une espèce à l’autre.
Deux formes atypiques de prions pathogènes nommées BSE-H et low-type BSE-L, aux symptômes proches chez l'animal de laboratoire de ceux de l'ESB, mais différents de ceux qui causent l'ESB, probablement sporadiques ont été récemment découvertesTorres J-M, Andréoletti O, Lacroux C, Prieto I, Lorenzo P, Larska M, Classical bovine spongiform encephalopathy by transmission of H-type prion in homologous prion protein context. Emerg Infect Dis [serial on the Internet]. Sept.2011 (Article intégral, en anglais). Leur origine bovine confirme que l'agent de l'ESB peut effectivement être lui-même un prion bovin muté.
Écoépidémiologie du prion Au moins un prion pathogène (celui qui cause la maladie débilitante chronique des cervidés) affecte la faune sauvage en liberté et circule dans l'environnement, en Amérique du Nord, et depuis peu en Europe du Nord.