PRION

PRION

Agente infeccioso que no contiene ácido nucleico, sino una forma anormal de glicoproteína, una proteína celular que normalmente se encuentra en el hospedador. De estructura más elemental que los virus.

Los priones son proteínas generadas por el organismo que se encuentran en la membrana de las células nerviosas y que no originan enfermedad alguna. Sin embargo, cuando estas proteínas cambian de configuración pueden provocar enfermedades, como la encefalopatía espongiforme bovina.

CARACTERISTICAS

l  La proteína infecciosa o prión (PrPSC) es una forma anormal, con una configuración distinta, de la proteína prión (PrPC), componente normal de las membranas neuronales de los mamíferos.

l  En los seres humanos la proteína prión se codifica por un gen situado en el brazo corto del cromosoma 20.La proteína normal está compuesta por 253 aminoácidos plegados en tres largas espirales, conocidas como hélices alfa.

l  La forma infecciosa en lugar de plegarse en forma de hélice lo hace mediante un plegamiento plano. La forma patógena se caracteriza por su resistencia parcial a las proteasas.

ESTRUCTURA

PROTEINA PRIONICA

l  Todos los seres humanos poseen la PrP, debido a que se descubrió que en las células normales existe un gen que codifica la proteína prionica.

l  Se descubrió la existencia de dos tipos de formas de la misma proteína:

     -La proteína normal se denomino PrP celular (PrPc).

     -La forma infecciosa recibió el nombre de PrP scrapie (PrPsc).

l  Tanto la forma infecciosa como la forma normal poseen la misma secuencia y numero de aminoácidos (estructura primaria), pero difieren en la estructura secundaria

Proteína PrPc

PrPc se presenta como una proteína anclada a la superficie de las neuronas por medio de una molécula de GPI, y constituye un producto ampliamente expresado en las células.

     Los mRNA para PrP se han descubierto en diversos órganos, como el bazo, músculo esquelético o pulmones. Pero, generalmente con índices de 10 a 50 veces inferiores que en el cerebro.

     Fuera del SNC, PrP se encuentra en los epitelios secretores, lo cual podría tener incidencia en la transmisión por vía oral.

Proteína PrPSC

Estas se caracterizan por su resistencia parcial a las proteasas, también es resistente a altas temperaturas y no produce ningún tipo de reacción en el sistema inmunológico.

En lugar de plegarse en forma de hélice lo hace en un plegamiento plano

FORMACIÓN DEL PrPc

•          Se produce la síntesis de la proteína PrPc normal en los Ribosomas, a partir del gen Prn-P.

•          Esta proteína se une a un sialoglucósido para formar una sialoglucoproteína (PrPc-SG) en el aparato de Golgi.

•          Desde aquí la PrPc-SG es transportada a lo largo de los axones hasta la placa mioneural y también hasta la membrana celular, al exterior de la cual queda sujeta mediante un anclaje de glucosil-fosfatidil-inositol (GPI).

•          La PrPc-SG tiene una vida de 6 horas, siendo primero degradada en la membrana, para regresar luego al interior de la célula

FORMACION DEL PrPSC

•          De acuerdo con Prusiner (modelo de despliegue heterodímero), este proceso podría ocurrir mediante una especie de acoplamiento entre ambas formas,  quizás con ayuda de una molécula proteica “chaperona” (propuesta por Telling en 1995) que se supone existente en las células y que se ha dado en llamar “proteína X”. Esta proteína chaperona X podría ser la misma proteína doppel.

MINIPRIONES.

Se realizaron diversas pruebas para investigar la naturaleza patógena del prion, y se crearon priones mutantes para facilitar esto. Así, la destrucción de cualquiera de las cuatro regiones en hélice- a de la proteína PrPc, previenen la formación del PrPSc. Mientras que suprimir la región del extremo N-terminal con los residuos 23-89, así como otros 36 residuos entre las posiciones 141-176 (ambas regiones en verde en la imágen: hélice A y hoja S2) no afectan a la aparición de PrPSc.

LA BARRERA DE LAS ESPECIES

•          Fue descubierto por Pattison en los años 60.

•          La causa de esto es la existencia de genes PRNP diferentes según las especies.

•          Estos genes se traducirán en proteínas PrP consecuencias particulares para cada especie.

•          La transmisión interespecifica de una enfermedad prión depende de que el PrPSc del donante sea similar a la proteína prión huésped como para unirse e inducirle al plegamiento.

•          Las enfermedades causadas por priones se transmiten mejor entre animales de la misma especie.

PROTEINA X

ü  Su descubrimiento se basó en la teoría según la cual, moléculas del huésped podían influir en el comportamiento del PrPsc.

ü  Es un pequeño ligando que se une a PrPc y facilita su transformación a PrPsc.

ü  Involucrada en el plegamiento de proteínas naturales a su forma anómala, para ello debe reconocer fragmentos de PrP sobre la que actúa.

ü  PrPsc de especies muy alejadas evolutivamente de la del huésped al que infectan no producirán la enfermedad fácilmente, necesitarán un largo periodo de incubación porque la proteína X no la reconocerá.

ü  Por la función que ejercía se pensó que podía tratarse de una chaperona (no se ha identificado ninguna chaperona que intervenga en el plegamiento de priones).

ü  La proteína X podría ser la PrPsc si éste hiciera las veces de ligando bidentado.

LA PROTEINA ANTI-PRP

l  El gen PRNP está muy conservado y tiene una sola pauta de lectura (ORF). Se ha encontrado otro ORF tan grande como el de PrPc en la hebra antisentido de las regiones codificantes del gen de mamíferos. También un ARNm de 4,5 kilobases (solo en tejido cerebral) del que se ha deducido una secuencia de aminoácidos reflejada a la de PrPc, lo que se ha llamado anti-PrP.

l  Se ha comprobado que este ARNm 4,5Kb procede de otro locus distinto del gen PRNP, pero a pesar de esto, codifica una proteína anti-prion que podría afectar la función normal de la proteína prion o también interactuar con ella en las células infectadas. Mutaciones encontradas en pacientes de GSS en los codones 102 y 117 del PRNP producían cambios en la secuencia primaria del anti-PrP, mientras que mutaciones encontradas en pacientes de CJD en los codones 178 y 200 no lo hicieron.

La estructura terciaria de las proteínas PrP es la que determina los linajes de los priones. Pueden distinguirse varios linajes (strains) de priones en una misma especie. Se aislaron diferentes inóculos de priones de scrapie de oveja que se diferenciaba en el tiempo de incubación y en el patrón de lesión que causaban en los animales de experimentación. Las proteínas aisladas de cada inóculo tenían idéntica estructura primaria pero diferían en el grado de glicosilación y en el tamaño del producto de proteolisis limitada. Así, pueden diferenciarse varios linajes de priones de una misma especie en función de tres estados de la proteína PrPSc:

l  Sin glicosilar

l  Monoglicosilada

l  Biglicosilada

ESTRUCTURA GÉNICA DEL PrP Y PrPSc

•          Son codificadas por el mismo gen PrP.

•          PrPSc es un derivado post traduccional.

•          En humanos el gen que codifica para PrP se ha localizado en el brazo corto del cromosoma 20.

•          El gen completo ha sido secuenciado y está constituido por 2 exones y 1 intrón, pero solo el exón 1 codifica  la proteína.

•          Los residuos 113 al 128 son los mas conservados en ambos.

•          La conversión de PrP (33-35 Kda) a su isoforma anormal de 27-30 Kda involucra el desenvolvimiento postranscripcional de hélices alfa y su reconfiguración en el laminar beta.

•          Este cambio de configuración es crucial, las laminas beta son muy resistentes a las enzimas proteolíticas, al calor y no se disuelven en agua.

•          La proteína alterada tiene como característica que interactúa con una proteína normal y le cambia la configuración.

BIVALENCIA DEL PRIÓN

La naturaleza del prión le permite manifestarse de 2 formas:

•          PrPc de 33-35 KDa: La PrPc es una proteína de       membrana,  se acumula dentro de la célula con posibilidades de agregación

•           PrPSc patógena o scrapie PrP de 33-35 KDa: Esta se acumula extracelularmente y puede formar placas amiloides.

MODO DE ACTUACIÓN

• La PrP se propaga al entrar en contacto con moléculas normales de PrP, deformando su plegamiento y estimula el cambio conformacional (membrana interna).

• Se inicia una cascada en la que las moléculas recién transformadas inducen la transformación de otras normales.

ETAPAS

a)         PrP patológica entra en contacto con PrP normal

               ® cambios en plegamiento ®  conformación    patológica

b y c )  PrP patológica ataca a otras PrP normales, y así sucesivamente

d)        PrP patológica alcanza niveles peligrosos

FUNCIONES DE LOS PRIONES

l  Hay evidencias de que los priones interviene en la regulación del ritmo circadiano y el sueño.

l  Se sugiere que PrPc podría proteger a las células de stress oxidativa causado por radicales tóxicos de oxígeno liberados en una serie de reacciones bioquímicas normales. Parecería que PrPc podría influenciar la actividad de una súper-óxido-dismutasa conteniendo cobre y zinc capaz de desactivar radicales de oxígeno libre. 

l  Se les atribuye a los priones un papel en la supervivencia de las neuronas de Purkinje en el cerebelo

l  La función de la forma celular del prion es aun desconocida, aunque se suponen varias:

   -Proteína de transducción de señales.

   -Adhesión celular.

   -Súper oxido dismutasa.

   -Regulación y Distribución de los receptores de acetilcolina.

ENFERMEDADES PRIÓNICAS

La producción excesiva de PrP conduce a la neurodegeneración y a la destrucción de músculos y de nervios periféricos.

La enfermedad esporádica comienza cuando el desgaste de los mecanismos vitales provocará una mutación del gen de a PrP, en una célula del organismo. Así adquiriría la conformación del prurito lumbar y así propagarse.

Las padecen personas de edad media o avanzada

EN LOS HUMANOS

v  KURU

ü  Enfermedad confinada a varios valles adyacentes del interior montañoso de Nueva Guinea.

ü  Kuru significa ``escalofrio'' en el idioma de los Fore.

ü  Los síntomas del kuru son: pérdida de coordinación, temblores (escalofrios que evolucionan hasta una completa incapacidad motora), congestión de los vasos sanguíneos y atrofia cortical

v  ENFERMEDAD DE CREUTZFELDT - JACOB (CJD)

ü  CJD es la más común de las Encefalopatías Espongiformes transmisibles (EET).

ü  Generalmente, el CJD se manifiesta en personas que rondan los 60 años.

ü  Periodo de incubación de meses a años. El 90% de los pacientes mueren dentro de un año.

Caracterizada por la demencia, fallo de la memoria, cambios de comportamiento y alteración de la coordinación

Existen tres categorías de CJD:

Ø  CJD ESPORÁDICA

ü  Aparece aún cuando la persona no tiene factores conocidos de riesgo para la enfermedad.

ü  Tipo más común, manifestándose al menos en un 85% de los casos.

Ø  CJD HEREDITARÍA

ü  La persona tiene un historial familiar de la enfermedad o pruebas positivas de mutación genética.

Ø  CJD ADQUIRIDA

ü  Transmitida por exposición al tejido cerebral o del sistema nervioso mediante procedimientos médicos

Presente en menos de 1% de los casos.

v  SÍNDROME DE GERSTMANN STRAUSSLER SCHEINKER (GSS)

ü  Enfermedad genética neurodegenerativa. Autosómica dominante, depende de una mutación genética del gen de proteína PrPc.

ü  Periodo de incubación de meses a años.

ü  Alteración de la coordinación más demencia.

ü  Se han identificado unas 50 familias infectadas.

La duración de la enfermedad activa es de 2 – 6 años.

EN ANIMALES

ü   Clasificadas como Encefalopatía Espongiforme Transmisible (TSE).

ü  Tenemos:

v  SCRAPIE. En ovejas.

v  ENCEFALOPATÍA ESPONGIFORME BOVINA (EEB). “vacas locas”.

v  ENCEFALOPATÍA TRANSMISIBLE DEL VISÓN (ETV). En visones.

v  ENFERMEDAD DEL DESGASTE CRÓNICO (CWD). En mulas ciervos, alces.

v  ENCEFALOPATIA ESPONGIFORME FELINA (FSE). En gatos

v  SCRAPIE

ü  Se conoce en Europa desde hace unos 250 años

ü  En 1982 se propuso la hipótesis del PRION como partícula infecciosa de naturaleza proteica responsable del scrapie

ü  El tiempo de incubación va de los 14-22 meses

ü  Produce cambios en el comportamiento. Varía en cada animal según la región del cerebro afectada

Síntomas en las ovejas

ü  Tendencia del animal a rascarse y frotarse contra objetos fijos

ü  Pérdida de coordinación, excesiva ingesta de líquidos, pérdida de peso, mordeduras en las patas, chasqueo de labios, temblores, etc.

ü  Las ovejas pueden vivir entre 1 y 6 meses tras la aparición de los síntomas clínicos y la muerte inevitable

v  ENCEFALOPATÍA ESPONGIFORME BOVINA (BSE)

ü  Caracterizada  por largos períodos de incubación (4 - 5 años)

ü  Curso progresivo, determina degeneración del sistema nervioso central

Síntomas en los bovinos  

ü  Aprensión, miedo, sobresaltos excesivos o depresión.  

ü  Perdida progresiva del equilibrio.

ü  Hiperestesia

ü  Movimientos anormales: temblores y mioclonias