Académie royale de Médecine de Belgique

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Texte Bernard Rentier

(Séance du samedi 31 mars 1984)

MODÈLES EXPÉRIMENTAUX POUR L’ÉTUDE DES INFECTIONS VIRALES DU SYSTÈME NERVEUX  

par Bernard RENTIER (Laboratoire de Microbiologie générale et médicale de l'Université de Liège au Sart-Tilman), invité, et collaborateurs.

(Ce travail a été réalisé en étroite collaboration avec le Dr M. DUBOIS-DALCQ, Head, EM Section, Infectious branch, NINCDS, National Institute of Health, Bethesda, MD – USA).

La complexité du système nerveux rend particulièrement difficile l’étude de ses infections par des virus et c’est pourquoi on a, depuis longtemps, cherché à établir des modèles expérimentaux en culture de tissus et de les infecter par différents virus (Nakamura et al., 1975 ; Macintyre et Armstrong, 1976 ; Ecob-Johnston, 1977 ; Ecob-Johnston et al., 1977) ; Evermann et Burnstein, 1977 ; Fleury et al., 1977 ; Lunden et al., 1980). 

On se trouve cependant devant une situation paradoxale.  Les systèmes cellulaires complexes, comprenant tous les types cellulaires hiérarchisés et organisés comme ils le sont in vivo, et où on peut observer une myélinisation des axones, sont difficiles à infecter de manière homogène et reproductible, et à analyser par les techniques immunologiques.  D’autre part, on peut obtenir en culture des systèmes simplifiés, où les cellules nerveuses dissociées se réassemblent en une monocouche, réétablissent des contacts fonctionnels (synapses) (Peacock et al., 1973 ; Neale et al.,1978 ; Nelson et al., 1978).  Ces systèmes sont aisément accessibles aux virus et aux anticorps, les cellules y sont dénombrables et des estimations quantitatives sont réalisables.  Malheureusement, à ce niveau d’organisation, il n’y a pas de formation de myéline, ce qui rend impossible l’étude de l’effet démyélinisant des virus.    

Toutefois, les oligodendrocytes, qui produisent et entretiennent la myéline, sont présents dans ces systèmes aux côtés des neurones et des astrocytes.  L'effet des virus sur ces cellules peut donc être observé et donner des indications quant à l’attaque possible de ces cellules et non de la myéline elle-même.

Nous avons donc entrepris de cultiver en grande quantité des cellules nerveuses de moelle épinière d’embryons de souris de 14 jours.  La caractérisation des cellules présentes dans les cultures est réalisée par immunomarquage d’antigènes spécifiques des différents types cellulaires, tels que l’énolase spécifique des neurones, la protéine gliofibrillaire acide des astrocytes ou le galactocérébroside des oligodendrocytes, au moyen d’anticorps appropriés (Antanitus et al., 1975 ; Schmechel et al., 1980).  

Ensuite, nous avons infecté ces cultures par différents virus, afin d’observer les modifications induites dans les cultures par l’infection ainsi que la spécificité des virus pour certains types cellulaires.  Il ne sera fait mention ici que des résultats obtenus avec le virus de la rougeole (Rentier et al., 1981a et b ; Rentier, 1981 ; Dubois-Dalcq et al., 1982 ; Rammohan et al. ; 1983).   

Le virus de la rougeole est responsable de cette maladie généralement bénigne et bien connue.  Toutefois, diverses complications peuvent survenir et affecter en particulier le système nerveux.  L’encéphalite post-rougeoleuse aiguë et la panencéphalite sclérosante subaiguë en sont les exemples extrêmes, mais toute une gamme d’intermédiaires existe (pour revue, cf. Rentier, 1981).

Nos travaux antérieurs avaient porté sur l’étude de l’infection rougeoleuse expérimentale en cultures de lignées cellulaires et, en particulier, de ses caractéristiques virologiques, morphologiques et immunologiques (Rentier et al., 1978 ; Hooghe-Peters et al., 1979 ; Rentier et Wallen, 1980 ; Dubois-Dalcq et al., 1984).  En nous basant sur cette expérience, nous avons voulu comparer à ces éléments ceux qui caractérisent l’infection des cellules nerveuses.

L’infection de cellules nerveuses de souris ne peut être réalisée que pendant un laps de temps réduit, compris entre le 9e et le 12e jour de culture.  Elle progresse alors lentement et affecte exclusivement les neurones.  Une moitié seulement de ces derniers sera infectée après une dizaine de jours, et le restera aussi longtemps que durera l’expérience, soit environ six semaines.

La microscopie électronique révèle la présence de très nombreuses nucléocapsides virales dans le cytoplasme des neurones et d‘antigènes viraux dans la membrane cytoplasmique.

Tous les polypeptides viraux sont présents dans ces cellules infectées, mais l’hémagglutinine virale semble modifiée et sa mobilité électrophorétique est diminuée.

Aucun virus infectieux n’est libéré dans le milieu de culture, l’infection n’est donc pas productive.  Afin de récupérer du virus infectieux, il est nécessaire de procéder à la coculture des cellules nerveuses infectées avec des cellules permissives, telles les cellules Vero, par exemple.  Dans ce cas, le virus produit est identique au virus original, et son hémagglutinine est normale.

Sans l’aide de l’immunomarquage ou de la microscopie électronique, il n’est pas possible de déceler de signes d’infection, ni de distinguer les cultures infectées des cultures normales.  L’infection ne semble pas affecter la survie des neurones.

Cette infection expérimentale, brièvement résumée ici, est donc de type persistant et cette persistance est spontanée, en ce sens qu’elle apparaît sans qu’on l’induise en aucune façon et par la simple mise en contact du virus avec la cellule-hôte.  

Les similitudes entre ce modèle expérimental et les circonstances pathologiques humaines sont frappantes, bien qu’incomplètes.  Nos expériences montrent qu’il est possible de créer une infection persistante spontanée, caractéristique d’une combinaison hôte-virus particulière.  Elles démontrent donc qu’il n’est nullement besoin de recourir à l’hypothèse de l’apparition d’un mutant persistant du virus pour expliquer les phénomènes observés dans la nature.  Le virus sauvage est tout simplement incapable de trouver dans le neurone de souris les conditions optimales de sa multiplication naturelle.

A ce point, cependant, une question subsiste.  La persistance du virus rougeoleux, si elle semble bien due à la cellule-hôte, est-elle due au fait qu’il s’agit d’une cellule neuronale ou d’une cellule de souris ?  On sait en effet que le virus rougeoleux ne trouve généralement pas de terrain favorable à sa multiplication chez la souris.

Nous avons donc approché cette question en utilisant des cellules humaines.

Les cellules de la moelle épinière d’embryons humains de 12 à 14 semaines de gestation sont mis en culture après dissociation mécanique et la caractérisation de ces cellules est faite par les mêmes méthodes que pour les cellules de souris (Kennedy et al., 1980).       

Le profil de l’infection par le virus rougeoleux sauvage est différent de celui qu’on observe chez la souris.  En effet, l’infection est rapidement lytique (en deux à trois jours, toutes les cellules sont détruites) et productrice de virus infectieux.

Toutefois, si le milieu de culture contient des anticorps anti-virus rougeoleux (ce qui est généralement le cas lorsqu’on utilise, pour la culture de cellules d’origine humaine, du sérum humain), la persistance virale est induite et les caractéristiques de l’infection sont similaires à celles que l’on observe dans les cellules de souris, à cette différence près que les types cellulaires infectés sont de nature gliale et non neuronale.  Cette dernière observation rappelle celles qui ont été réalisées dans les cas de PESS.

L’établissement de cultures de cellules nerveuses différenciées et dissociées comme substrat pour l’étude de l’infection virale du système nerveux permet donc, comme ces exemples l’ont montré, l’élaboration de modèles plus ou moins semblables aux situations pathologiques naturelles et offre l’avantage d’une possibilité de manipulation d’une partie des paramètres qui interviennent dans l’infection in vivo.