Facultad medicina humana

Escuela académica profesional – tecnología médica

CURSO: BIOLOGÍA

DOCENTE: GIANCARLO TORRES GAMARRA

ESTUDIANTE: ARIAS AYALA JOSE

GALVAN CRISOSTOMO GIANCARLO

HORMAZA CACERES KEVIN BRIAN

NOVIEMBRE - 2013 - II

HUANCAYO – PILCOMAYO

SEMESTRE I

DEDICATORIA:

EL Presente trabajo está dedicado a nuestros padres; que cada día lo dan todo por

forjarnos un mejor futuro, haciendo un esfuerzo por apoyarnos de la mejor manera

posible, dejando en ello su tiempo y poniendo sus esperanzas en nosotros.

INDICE:

INTRODUCCIÓN

CAPITULO 1

1.1 HISTORIA Y ESTRUCTURA

1.1.1 Reseña historia

1.1.2 Estructura primaria de la PrP

1.1.3 Morfología estructural de la PrP

CAPITULO 2

2.1 LOCALIZACION, EXPRECION Y TEORIAS DEL CAMBIO CONFORMACIONAL

2.1.1 Localización y expresión de la PrP

2.1.2 Potenciales funciones de la PrPC

2.1.3 Teorías del cambio conformacional de los priones

2.1.3.1 Desestabilización de la PrPC debida a mutaciones del gen PRNP

2.1.3.2 Interacciones moleculares entre PrPC y PrPSc

2.1.3.3 Procesos postraduccionales

2.1.3.4 Glicosilación de la PrPC

2.1.3.5 Intermediario de plegado de la PrP

2.1.4 Rol de la hélice 1 en la patogénesis

CAPITULO 3

3.1 ENFERMEDADES CAUSADAS POR PRIONES

3.1.1 Historia

3.2 Etiología Y Caracterización De Las Enfermedades Por Priones

3.3 Neuroinvasión

3.4 Clasificación De Las Enfermedades Priónicas Humanas

3.4.1 Enfermedad De Creutzfeldt-Jakob

3.4.1.1 Epidemiología

3.4.1.2 Características Clínicas

3.4.1.3 Nueva Variante De La Enfermedad De Creutzfeldt-Jakob

3.4.1.4 Neuropatología

3.4.2 Enfermedad De Gertsmann – Straussler – Scheinker

3.4.3 Kuru

3.4.4 Insomnio Familiar Fatal (Iff)

3.5 Similitud Con Otras Enfermedades Neurodegenerativas:

3.6 Tratamiento

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

INTRODUCCIÓN

Existe un grupo de enfermedades degenerativas del sistema nervioso central (SNC), que

afectan al ser humano y a algunos animales, que poseen carácter transmisible y que se

manifiestan mediante diversas formas clínicas. Desde el punto de vista patológico, se

caracterizan por presentar astrocitosis reactiva, lesiones vacuolizantes (espongiformes)

y depósitos amiloideos, en ausencia de reacción inflamatoria; entre su sintomatología

se incluyen ataxia, temblor generalizado, alteraciones de la memoria, pérdida de

coordinación, detrimento de las habilidades cognitivas, disfunción motora, demencia

progresiva e, infaliblemente, la muerte. En conjunto, dichas cuadros patológicos se

conocen bajo el nombre de enfermedades neurodegenerativas transmisibles,

encefalopatías espongiformes transmisibles (EETs), o simplemente enfermedades

causadas por priones o prionopatías (EPRs). En el ser humano, las más destacadas son

el kuru, la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ), el insomnio familiar fatal (IFF), la

angiopatía amiloide cerebral causada por priones (AAC-PRP) y el síndrome de

Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), y en animales, la encefalopatía espongiforme

bovina (EEB, conocida vulgarmente como “mal de la vaca loca”) y el scrapie (o prurito

lumbar) en ovinos, siendo esta última la enfermedad en la que se han centrado la mayor

parte de los estudios experimentales. A pesar de su capacidad de transmisión, no se ha

demostrado convincentemente que estas patologías estén causadas por ningún agente

microbiano convencional, y se supone que son ocasionadas por una proteína

denominada “prión” (Prusiner, 1991 y 1995).

Un prión se define como un agente patógeno infeccioso de estructura estrictamente

proteica, resistente a los procedimientos que modifican o hidrolizan los ácidos nucleicos

(Tyler et al, 1995). El término fue introducido por Prusiner en 1982, con el propósito de

destacar que se trata de agentes distintos de virus y viroides. Justamente, la palabra

prión resulta ser el apócope de la expresión proteinaceous infectious particles –del

inglés: partícula proteica infecciosa- (Prusiner, 1987). Resultan sorprendentes dos

hechos relacionados con estos procesos patológicos: en primer lugar, que el agente

causal de la enfermedad sea una proteína transmisible que se multiplica en el huésped

y que no se halla asociada a ácidos nucleicos, por lo que no parece un componente

estructural o enzimático de un microorganismo o agente biológico convencional (virus,

viroide u otro), y en segundo lugar, aparentemente, en contradicción con el anterior,

algunas de las enfermedades englobadas en esta clasificación pueden presentarse de

tres modos distintos: esporádicamente, por infección exógena o como una enfermedad

familiar (genética, heredable), siendo todas las formas transmisibles

experimentalmente.

Sin embargo, ambos hechos podrían tener una explicación común. Las células del ser

humano y de los animales producen en condiciones fisiológicas una proteína normal de

elevada homología en todas las especies estudiadas, de 253-254 aminoácidos (33-35

kDa de masa); esta proteína se ha denominado PrP (proteína del prión). Si bien se

desconoce su función fisiológica, se ha postulado que podría estar relacionada con el

desarrollo neuronal, dado que su expresión es más abundante en las células del SNC que

en otros tejidos. No obstante, animales transgénicos en los que se ha suprimido el gen

que la codifica presentan un desarrollo normal. La proteína, también denominada PrPC

(c por celular), es procesada y exportada a la superficie celular, donde se une a un

residuo de fosfatidilinositol glucosilado (GPI). Posteriormente, la proteína podría ser

endocitada en vacuolas citoplásmicas y ser catabolizada o bien regenerada, volviendo a

la superficie. En las preparaciones del tejido cerebral de los animales con scrapie se

detectó una proteína con características fisicoquímicas diferentes a la PrPC, ya que era

resistente a las proteasas y a otras sustancias con actividad proteolítica (Bolton et al,

1982; McKinley et al 1983) y capaz de formar agregados y depósitos fibrilares (Prusiner

et al, 1983; Merz et al, 1981). Presentaba la misma secuencia de aminoácidos que la PrP

normal (PrPC), pero había sufrido un cambio conformacional (de plegamiento) que

podría justificar las diferencias con aquel, y se la denominó PrPSc (sc por scrapie). En las

demás enfermedades degenerativas transmisibles se han hallado proteínas con estas

características: igualdad de secuencia y cambio conformacional respecto a la PrPC se

han denominado según la enfermedad PrPECJ, PrPGSS y otras, pero algunos autores,

dada la homología de la secuencia primaria entre todas ellas, las denominan

colectivamente PrPSc. Esta proteína constituiría el prión. Además de las evidencias

epidemiológicas, estas enfermedades (humanas y animales) se han podido transmitir a

animales de experimentación, inicialmente ovejas y cabras. La posibilidad de transmitir

el scrapie a pequeños roedores de laboratorio y reducir el tiempo de incubación de la

enfermedad facilitó el análisis empírico de estos procesos (Kimberlin et al, 1977) y la

obtención de cantidades sustanciales de proteína altamente purificada, y se observó

que la proteína depositada intracelularmente es la PrP 27-30 (27-30 kDa), que es un

fragmento (proteasa resistente con 67 aminoácidos menos) de la PrPSc (de 33-35 kDa).

La PrP 27-30 sería un catabolito de la PrPSc; ambas son capaces de transmitir y

reproducir la enfermedad (Pablos-Méndez et al, 1993). Como se ha señalado, no existen

diferencias en la secuencia de aminoácidos entre la PrPC y la PrPSc de una misma

especie animal (y escasa diferencia interespecífica; aproximadamente 5-30

aminoácidos), ni tampoco se han detectado diferencias en la organización del gen en

animales sanos o enfermos, lo que implicaría que la diferencia entre ambas no es una

mutación, sino un plegamiento diferente de la proteína elaborada (Oesch et al, 1985).

En el presente trabajo, se discutirán los puntos de mayor relevancia concernientes a la

proteína prión humana, en cuanto a su estructura, composición, localización y posibles

funciones, con la finalidad de confluir en la problemática del plegado proteico y su

impacto en el desarrollo de patologías neurodegenerativas asociadas al cambio

conformacional de la proteína en cuestión. Para ello, se recabará información

bibliográfica en la cual se discuta en profundidad cuestiones biofísicas inherentes a la

PrP, de modo de fundamentar nuestras observaciones en base al estudio minucioso y

experimental de la bioquímica de esta macromolécula.

CAPITULO 1

1.1 HISTORIA Y ESTRUCTURA

1.1.1 Reseña historia

A mediados del siglo XVIII, se manifestaron las primeras referencias de enfermedades

espongiformes transmisibles, cuando ganaderos europeos describieron una

enfermedad neurodegenerativa letal que afectaba a ovejas y cabras, la cual fue

denominada “tembladera” (en inglés, scrapie). El cerebro de estos animales presentaba

un aspecto de "esponja", del cual deriva el término "espongiforme". Recién a principios

del siglo XX, se detallaron los primeros casos de encefalopatía espongiforme en

humanos, padecimiento que fue bautizado como enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.

Posteriormente, se demostró que estas enfermedades eran transmisibles. El

descubrimiento del agente patógeno fue atribuido a Stanley Prusiner en 1982, quien

demostró que se trataba de partículas puramente proteicas, libres de ácidos nucleicos,

y designó al agente infeccioso con el nombre de prión. Gracias a este descubrimiento,

le fue otorgado el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, en 1997. Aunque la naturaleza

del agente infeccioso aún era una incógnita, Prusiner sometió los priones a distintos

tratamientos con el fin de alterar las proteínas, de modo tal de perturbar su capacidad

infecciosa. Observó que perdían infectividad una vez tratados con fenol (agente

desnaturalizante de proteínas, pero no de ácidos nucleicos), aunque eran resistentes a

algunos de los procesos de degradación proteica, en particular, al tratamiento con

proteasas. Sin embargo, si los sometía a la acción de enzimas que atacaban a los ácidos

nucleicos (ADN y ARN nucleasas), radiación UV o a la modificación con hidroxilamina, las

partículas no perdían infectividad. Estos estudios llevaron a concluir que los priones eran

partículas patógenas de naturaleza proteica y sin asociación a ácidos nucleicos (Prusiner,

1982). Este investigador consiguió, más adelante, infectar ratones con el prión de la

tembladera, logrando un modo para reproducirlos, aislarlos y estudiarlos más a fondo

(Prusiner, 1984).

1.1.2 Estructura primaria de la PrP

La proteína prión celular humana (hPrPC o simplemente PrPC) consta de 253

aminoácidos y, mediante secuenciación proteica y espectrofotometría de masas, se ha

establecido que la PrPSc también contiene la misma cantidad de residuos, idénticos a

los que se deduce de la secuencia del gen que codifica para la proteína prión normal.

Ambas isoformas son codificadas por un único gen llamado PRNP, que en el ser humano

se localiza en el brazo corto del cromosoma 20 (Caughey et al, 1988; Chesebro et al,

1985; Oesch et al, 1985). Este gen está presente en mamíferos, aves e incluso en los

reptiles y la secuencia de aminoácidos para la cual codifica ha mantenido gran

homología en la escala filogenética.

PrPC y PrPSc poseen un peso molecular aparente de 33-35 kDa en geles de SDS

poliacrilamida. Después del tratamiento con proteínasa K (serin hidrolasa de amplio

espectro para la digestión general de proteínas en muestras biológicas), PrPSc se acorta

a un tamaño de 27-30 kDa, en tanto que PrPC desaparece como consecuencia de la

digestión.

La PrPC es sintetizada en los ribosomas del retículo endoplásmico (RE) y es translocada

de manera cotraduccional al interior de esta organela, debido a la acción de una

secuencia señal constituida por los primeros 22 aminoácidos del extremo amino

terminal (N-terminal) de la proteína (Hölscher et al, 2001). Una vez dentro del RE, la

secuencia señal (residuos 1-22) es escindida en forma proteolítica, como parte del

procesamiento postraduccional normal al cual es sometido la proteína. De igual forma,

ocurre la eliminación de 22 aminoácidos de su extremo carboxilo terminal (Cterminal).

Luego del procesamiento de los fragmentos N- y C- terminales, tanto PrPC como PrPSc

poseen un total de 209 residuos. El dominio C-terminal, un segmento altamente

hidrofóbico, contiene una señal para la incorporación de una o dos cadenas de

oligosacáridos conocidas como glicosilfosfatidilinositol (GPI), probablemente en la

serina número 231 (Prusiner, 1982, 1984, 1995, 1998; Coria, 2002). El GPI se une

covalentemente a los lípidos de la membrana plasmática de las células, de manera que

la proteína queda expuesta al medio extracelular. Cerca del extremo N-terminal, se

localiza una región que contiene de 5 a 6 repeticiones en tandem del octapéptido

PHGG(G/S)WGQ (entre los residuos 60 y 93), rico en aminoácidos prolina y glicina.

Además, posee una secuencia homóloga que ha perdido un residuo de histidina

(PQGGGGWGQ, entre los residuos 52 y 60). Este dominio, junto con dos residuos de

histidina en las posiciones 96 y 111, constituye un sitio de unión de Cu2+. Por otra parte,

el dominio N-terminal posee además una secuencia palindrómicas, AGAAAAGA, que

podría estar involucrada en la fribrillogénesis (Jobling et al, 1999). Continuando con el

análisis de la secuencia aminoacídica, luego de las repeticiones octapeptídicas, la PrP

posee un segmento central, altamente conservado, rico en aminoácidos hidrofóbicos

(aminoácidos 110/113 a 128). Esta secuencia constituye un dominio transmembrana. La

PrPC muestra dos sitios susceptibles de glicosilación. Como se analizará posteriormente,

este evento postraduccional se produce particularmente en forma de N-glicosilación, en

las asparaginas 181 y 197. Por último, cabe destacar la formación de un único puente

disulfuro entre los residuos de cisteína 179 y 214.

1.1.3 Morfología estructural de la PrP

En condiciones normales, la molécula de PrPC adopta una disposición enmadejada,

plegada en múltiples hélices (espirales o cilíndricas) denominadas hélices-α. Dado que

no ha sido posible producir cristales de la proteína priónica, la estructura tridimensional

de la PrPC se ha estudiado principalmente por resonancia magnética nuclear (RMN).

Estos estudios señalan que la hPrPC posee un dominio desestructurado N-terminal, que

involucra por los residuos 23-119, y un dominio globular C-terminal, que se extiende

desde el aminoácido 125 hasta el 231. Este último dominio presenta tres estructuras α-

hélice en los residuos 143-153, 171-192 y 199-226 (H1, H2 y H3, respectivamente), y dos

láminas β-plegada antiparalelas localizadas en los residuos 128-131 y 160-163 (S1 y S2,

respectivamente) (James et al, 1997; Riek et al, 1997). Además, puede ser dividido en

dos subdominios: un subdominio largo en forma de hebilla (hairpin), constituido por la

H1 y las láminas antiparalelas, y un subdominio puramente alfa helicoidal, que contiene

las estructuras H2 y H3 (Jamin et al, 2002). Asimismo, dentro de este dominio C-terminal,

se han localizado tres regiones de irregularidad estructural: la primera consta de un asa

compuesta por los aminoácidos 167-171, la segunda comprende a los aminoácidos 187-

194 y la tercera, a los residuos 219-228.

Por otra parte, estudios de un PrP sintético han demostrado la existencia de una región

adicional que no se dispone en hélice-α, la cual está comprendida por los residuos 90-

145. Dentro de esta secuencia, los aminoácidos 113-128 están muy conservados, y como

ya se ha mencionado, corresponden a una región transmembrana.

PrPC y PrPSc han podido ser diferenciadas experimentalmente gracias a que ambas

isoformas difieren notablemente en sus propiedades fisiológicas y conformacionales.

Estudios de dicroísmo circular (CD) en el UV lejano, han permitido determinar la

composición en cuanto al contenido de estructura secundaria presente en cada una

variantes, permitiendo su fácil diferenciación: PrPC está compuesta por un 42% de

estructuras α-hélices y un 3% de láminas β-plegada, mientras que PrPSc está formada

por un 43% de hojas β-plegada y 30% de hélices α.

La Figura 1 muestra los espectros característicos de CD en el UV lejano para las isoformas

evaluadas.

Figura 1. Espectros de CD en el UV lejano característicos de PrPC y PrPSc. El espectro de línea llena

corresponde a la isoforma normal caracterizada por un alto contenido de a -hélices. Se observan las

bandas típicas de este tipo de estructura secundaria: bandas negativas a 208 y 222 nm y banda positiva a

190 nm. El espectro de línea punteada correponde a la isoforma scrapie caracterizada por un alto

contenido de hojas-b. Se observan las bandas típicas de láminas beta: banda negativa a 215-218 nm y

banda positiva en torno a los 195 nm. Adaptado de Baskakov et al, 2004.

Figura 2. Modelos postulados para la estructura terciaria de PrPC y PrPSc. [A]: Estructura tridimensional

de la PrPC. N-t: extremo amino terminal; C-t: extremo carboxilo terminal; H1, H2 y H3: regiones de

estructura secundaria en a - hélice; S1 y S2: hojas b antiparalelas 1 y 2. Propuesto por Huang et al, 1994.

[B]: Modelo tridimensional de la PrPSc, propuesto por Huang et al, 1996. Adaptado de Prusiner, 1996.

La Figura 2 muestra las estructuras tridimensionales propuestas para las isoformas

anteriormente mencionadas. En la Tabla 1 se apuntan las diferencias más significativas

existentes entre ambas.

CAPITULO 2

2.1 LOCALIZACION, EXPRECION Y TEORIAS DEL CAMBIO CONFORMACIONAL

2.1.1 Localización y expresión de la PrP

La PrPC puede hallarse anclada a las membranas plasmáticas celulares, habiéndose

reportado la mayor concentración en las neuronas, particularmente en las membranas

pre y post-sinápticas, lo que sugiere que posee importancia en el funcionamiento de

éstas (Brown, 2001). También se ha encontrado en las células dendríticas, en las uniones

neuromusculares, en varios tejidos periféricos y en los leucocitos (Brown et al, 1997). En

el cerebro de ratones y embriones de pollo, el mRNA de la PrP se detecta al comienzo

de la embriogénesis, incrementándose sus niveles en dichas localizaciones a medida que

tiene lugar el desarrollo embrionario. En el sistema nervioso central (SNC) de animales

adultos, la PrP y su mRNA están ampliamente distribuidos, aunque se concentran

particularmente en la región neocortical y el hipocampo, en las células de Purkinje del

cerebelo y en las neuronas motoras espinales (Rodriguez Ferri, 2001). Por otra parte,

estudios recientes han demostrado que esta isoforma normal de la PrP se expresa

considerablemente en las células del epitelio intestinal, distribuyéndose

predominantemente sobre la membrana apical de este tipo celular. Esto permitiría

explicar cómo, durante la ingestión oral, la PrPSc exógena es capaz de propagarse desde

el tracto gastrointestinal al sistema nervioso, debido a su interacción y posterior

conversión de la PrPC del epitelio del huésped (De Keukeleire et al, 2007).

Por su parte, la PrPSc, puede localizarse dentro de la célula, en estructuras del sistema

endocítico, y extracelularmente, formando placas amiloides. Según se desprende del

uso de ratones transgénicos, esta isoforma se localiza en el cerebro, principalmente en

el interior de las neuronas. Además, puede presentarse en tejido nervioso, muscular y

en células del sistema inmunitario (Horiuchi et al, 2004). Por otra parte, mediante

estudios de inmunofluorescencia efectuados sobre cultivos de células infectadas, se ha

verificado cierta acumulación de la isoforma en el aparato de Golgi. También se ha

localizado PrPSc a nivel endosómico y lisosómico. Otra técnica aplicada al estudio del

prión scrapie (tanto de origen infeccioso como mutante), es la tinción inmune con oro

en la superficie celular.

2.1.2 Potenciales funciones de la PrPC

Actualmente, las funciones biológicas de PrPC son poco claras. Sin embargo, dado que

su secuencia aminoacídica es altamente conservada entre especies, se sugiere que

posee especial importancia en procesos fisiológicos. Como ya se ha mencionado, ésta

proteína liga iones de cobre, lo cual estimula la endocitosis de la PrPC desde la superficie

celular de manera rápida e irreversible (Quaglio et al, 2001). Esto indicaría la posibilidad

de que esta proteína funcione como receptor celular de Cu2+, asignándole un papel

activo en la homeostasis de este catión implicado en procesos de óxido reducción

(Brown et al, 2001).

Además, se ha propuesto que la función de PrPC es “suavizar” las respuestas de las

neuronas para evitar el daño que les causaría estar activas demasiado tiempo. Es decir,

actúa como transductor de señales intracelulares para la protección de las células

nerviosas. De este modo, tanto la falta de estas proteínas como su funcionamiento

incorrecto, causarían la pérdida de dicha función protectora. Esto último constituiría

parte del motivo por el cual, en prionopatías, las neuronas de los pacientes mueren. Y

con ellas, los propios enfermos (Martins et al, 2002).

Otros estudios relacionan la PrPC con la señalización en la superficie celular o con

mecanismos de adhesión célula-matriz extracelular, debido a su unión a la membrana

plasmática a través del GPI, anteriormente mencionada. También se la ha relacionado

con la posibilidad de que esté involucrada en el fenómeno de potenciación a largo plazo

y en procesos fisiológicos del sueño (Martins et al, 2002). Asimismo, se sabe que PrPC

es capaz de unirse a la proteína precursora al receptor de laminina (LPR), glicoproteína

estructural más abundante en la membrana basal (Rieger et al, 1999).

2.1.3 Teorías del cambio conformacional de los priones

Tal como ya se ha mencionado, el evento cardinal y factiblemente causal de las EPRs es

el cambio de la conformación de la PrPC a la de la proteína prión anómala o “scrapie”

PrPSc, por lo que, actualmente, la mayoría de las investigaciones sobre la etiología de

las EPRs se han encaminado en la elucidación de este fenómeno. La conversión de PrPC

en PrPSc resulta ser un evento postraduccional que ocurre una vez que la proteína

“normal” PrPC ha alcanzado su localización en el dominio extracelular de las membranas

neuronales, o inclusive, más tarde, durante el transporte vesicular de la PrP al interior

de la neurona (Weissmann et al, 1999). Debido a la existencia de diversos mecanismos

de adquisición de las EPRs –hereditario, esporádico e infeccioso- se han propuesto varias

teorías que pretenden explicar el cambio conformacional, las cuales se mencionan a

continuación.

2.1.3.1 Desestabilización de la PrPC debida a mutaciones del gen PRNP

Las variantes hereditarias de las EPRs son causadas por mutaciones puntuales del gen

PRNP, las cuales se manifiestan en la sustitución de un residuo aminoacídico por otro en

la proteína madura (Cohen et al, 1999) o por la inserción de repeticiones octapeptícicas

(Fernandez-Escamilla et al, 2004). Además, se ha propuesto que la localización de

aminoácidos incorrectos, especialmente en los dominios α-hélice, desestabilizaría la

estructura terciaria de la PrPC, acrecentando la posibilidad de que la hélice afectada y

sus vecinas se replieguen dando origen a nuevas estructuras en lámina β-plegada,

inexistentes en la forma normal (Prusiner et al, 1982). Hasta la fecha, si bien se han

caracterizado alrededor de 30 mutaciones en familias con EPRs, únicamente el 10% de

los casos reportados son de origen hereditario, por lo que la mayoría se consideran

ocasionales o de naturaleza infecciosa, y además, no evidencian ningún tipo de

mutación en el gen, ni modificaciones en la secuencia de aminoácidos de la proteína

(Prusiner et al, 1982). Debido a lo anteriormente postulado, esta teoría no resultaría

estar lo suficientemente argumentada como para explicar el cambio conformacional del

90% de los casos restantes (Liemann et al, 1999). Para probar la validez de esta teoría

en las EPRs hereditarias, se ha estudiado la estabilidad termodinámica de ocho

diferentes PrPC cuya secuencia difiere únicamente en un aminoácido. Si bien se ha

demostrado que estas mutaciones puntuales están asociadas a EPRs, ningún cambio

aminoacídico causa la inestabilidad suficiente para provocar el cambio de conformación

característico de la PrPSc, por lo que se sugiere que la desestabilización de la PrPC no es

el mecanismo causal de la formación de la isoforma patológica en las variantes

hereditarias (Liemann et al, 1999).

2.1.3.2 Interacciones moleculares entre PrPC y PrPSc

Esta teoría supone dos modelos posibles: En primer lugar, el denominado “Modelo de

Nucleación”, postula que la isoforma “normal” PrPC se encuentra en equilibrio

conformacional con la isoforma patológica PrPSc, o bien, con un precursor de ésta. En

este sentido, si bien la estructura de PrPC sería la favorecida, el cambio conformacional

constituiría un proceso estocástico que tendría su origen cuando unas cuantas

moléculas de conformación anormal actúan como una semilla o núcleo capaz de inducir

un cambio masivo sobre moléculas normales, convirtiéndolas en moléculas con la

conformación anómala (Aranda et al, 1992) y es el resultado de interacciones directas

entre la PrPC y la PrPSc (Prusiner et al, 1995) (Figura 9A). Una vez que se inicia la

transformación, ésta se propaga como una reacción en cadena, y debido a la

insolubilidad que caracteriza a las moléculas de PrPSc, éstas se depositan en el

citoplasma neuronal, formando extensos agregados y causando efectos citotóxicos (Pan

et al, 1993). Por otro lado, un segundo modelo conocido como “Modelo de

Plegamiento”, plantea que la conversión de la PrPC requiere que ésta se encuentre

desplegada y que se vuelva a plegar de manera anormal, bajo la influencia de una

molécula de PrPSc (Georgieva et al, 2004) (Figura 3). Este proceso involucraría atravesar

una barrera energética muy grande (Weissmann et al, 1999). La presencia de la PrPSc

que iniciaría este proceso estaría adjudicada a una infección o a la transformación

ocasional de moléculas PrPC (Satheeshkumar, 2004). Este modelo ha sido sustentado en

estudios in vitro en los cuales se ha reportado que la PrPC, conformada

mayoritariamente por estructuras α-hélice, es capaz de modificar espontáneamente su

conformación hacia estructuras β-plegada, que constituyen la PrPSc.

Figura 3. Esquema de las dos teorías que postulan que las interacciones moleculares entre PrPC y PrPSc

son la base del cambio conformacional de los priones. [A]: Modelo de nucleación; [B]: Modelo de

plegamiento. Modificado de Masters and Beyreuther, 1997.

Como implicación inmediata de estos dos modelos del cambio conformacional, se intuye que es necesaria

la presencia de la PrPC en el huésped para que pueda ser establecida una infección. Esto fue corroborado

por Prusiner en 1982, al demostrar la resistencia de ratones con el gen PRNP suprimido, y que por lo tanto,

no producían PrPSc al ser infectados por scrapie (Prusiner et al, 1992).

2.1.3.3 Procesos postraduccionales

Dado que no se han encontrado diferencias químicas entre la PrPC y la PrPSc, se

presume la existencia de otros fenómenos implicados en el cambio conformacional y en

la agregación de la PrP. Esto permite explicar el carácter patológico de las prionopatías

a través de las modificaciones postraduccionales de la PrP. Una proteína no es

biológicamente activa hasta que adquiere la conformación plegada nativa, determinada

por su secuencia de aminoácidos. La cadena polipeptídica adopta de forma espontánea

dicha conformación cotraduccional o postraduccionalmente -durante o después de su

síntesis-. De este modo, el mensaje genético lineal del que esportador el ARN mensajero,

se convierte en una estructura tridimensional específica del nuevo polipéptido

sintetizado. Sin embargo, en muchos casos, se requiere que la cadena polipeptídica -

recién sintetizada- experimente una modificación postraduccional. De este modo, la

proteína adopta su conformación nativa respectiva. A estos cambios, se les denomina

modificaciones postraduccionales y dependen de la naturaleza de la proteína. Uno de

los mecanismos postraduccionales de mayor importancia en la fisiopatogénesis de las

EPRs es la glicosilación.

2.1.3.4 Glicosilación de la PrPC

La glicosilación consiste en la formación de un enlace glicosídico, catalizada

enzimáticamente, entre un oligosacárido y proteínas o lípidos. Las proteínas glicosiladas

o glicoproteínas poseen funciones importantes en membranas, lisosomas y en el espacio

extracelular, participando principalmente como moléculas de reconocimiento celular.

En contraste, pocas proteínas citosólicas se encuentran glicosiladas. Las glicoproteínas

contienen una o más cadenas de carbohidratos, que pueden clasificarse de acuerdo al

aminoácido al que se une el azúcar: de tipo Nglicosídico, si se enlaza sobre una

asparagina (Asn) o de tipo O-glicosídico, cuando la transferencia afecta un residuo de

serina (Ser) o treonina (Thr). La PrPC posee dos sitios propicios para la N-glicosilación,

en los residuos de asparagina 181 y 197. Estos sitios pueden ser glicosilados en forma

variable, dando origen a cuatro glicoformas de dicha proteína. Una de estas formas está

doblemente glicosilada, dos son monoglicosiladas y una no se encuentra glicosilada

(Clausen et al, 1996). Los oligosacáridos unidos a la PrPC establecen formas ortogonales,

con carga negativa. Éstos cubren a la proteína impidiendo, por efecto estérico,

interacciones intra o intermoleculares. El hecho que la PrP contenga tal variedad de

complejos oligosacarídicos, sugiere que se modifican las propiedades que distinguen

entre la PrPC y PrPSc. Sin embargo, células tratadas con un inhibidor de la glicosilación,

como la tunicamicina, produjeron especies simples de la PrP no glicosiladas, pero

resistentes a proteasas. En este experimento se concluyó que la N-glicosilación no es

esencial para la síntesis de la PrP resistente a proteasas. Sin embargo, no hay evidencia

de que las moléculas de PrPSc no glicosiladas se asocien a la infectividad en las

enfermedades por priones. Hasta el momento se ha sugerido que las modificaciones

postraduccionales que pudieran dar lugar al cambio conformacional de PrPC a PrPSc son

producto de la N-glicosilación (Chen et al, 2002). La O-glicosilación no ha sido tomada

en cuenta para explicar la trasformación de la PrP, ya que en las fracciones aisladas,

tanto de PrPC como de PrPSc, no se han encontrado este tipo de cadenas de

carbohidratos. No obstante, dada la dificultad para purificar fracciones de ambas

isoformas y por la degradación, es factible suponer que los carbohidratos Oglicosilados

pudieran estar presentes en la proteína prión y que no hayan sido detectados (Rudd et

al, 2001).

2.1.3.5 Intermediario de plegado de la PrP

Se ha demostrado experimentalmente la existencia de poblaciones de intermediarios

cinéticos durante el plegado de la proteína prión humana (Apetri y Surewicz, 2002).

Estas especies representarían un precursor monomérico crucial en la conversión de la

conformación normal a la isoforma patogénica PrPSc. Los estudios se han centrado en

el plegado de una proteína recombinante correspondiente al fragmento 90-231 de la

PrP. Esta región es de especial importancia dado que posee todos los elementos de la

secuencia resistente a proteinasa hallada en la isoforma patogénica, contiene todas las

mutación puntuales asociadas a desordenes priónicos familiares y es suficiente para la

propagación de la enfermedad. Dado que la fluorescencia de un único Trp nativo,

ubicado en la posición 99, varía poco con el desplegado de la proteína, se han estudiado

variantes de la PrP portando Trp en el dominio plegado C-terminal. Esto fue posible

mediante la sustitución de Trp99 por Phe y de Phe o Tyr en diferentes posiciones por

Trp y estudios de folding y unfolding por stopped-flow. En particular, el análisis de los

gráficos de Chevron de dos mutantes, Y218W y F175W, a pH neutro y ácido (Figuras 4A,

C y E), muestra que los datos experimentales no pueden ajustarse a una transición en

dos estados, dado que el comportamiento del logaritmo de la constante de velocidad

de replegado versus concentración de desnaturalizante, a bajas concentraciones de

urea, claramente se desvía de la linealidad. Por otra parte, experimentos de unfolding

en presencia de urea a pH neutro o levemente acídico, permitieron ajustar los datos

obtenidos a modelos de tres estados (Figura 4B, D y F). De esta manera, se evidenció

que la proteína prión se pliega mediante un mecanismo de tres estados involucrando un

intermediario monomérico. Este intermediario temprano, sugiere ser relativamente

compacto y especialmente estable en condiciones de acidez. Estas condiciones resultan

de potencial relevancia en el desarrollo de prionopatías, dado que varios reportes han

indicado que la transición PrPC _ PrPSc ocurre en compartimentos celulares con bajo

pH. Esto último, en conjunto con la alta hidrofobicidad y la tendencia a la agregación,

típico de intermediarios de plegado, postularía al intermediario como un mejor

candidato respecto del estado desplegado a ser precursor monomérico de la PrPSc.

Figura 4. Datos de plegado y desplegado para la mutante Y218W a pH 4,8 y 7 ([A] y [B], y [C] y [D],

respectivamente) y la mutante F175W a pH 7 ([E] y [F]). [A], [C] y [E]: Gráficos de Chevron para cada

mutante en cada condición de pH. Se observa la curvatura de las curvas de plegado a bajas

concentraciones de caótropo, lo cual resulta ser una desviación del comportamiento de dos estados. [B],

[D] y [F]: Gráficos de intensidad de fluorescencia inicial extrapoladas a tiempo cero para el replegado (▼)

y la reacción de desplegado (Δ), junto a las intensidades de fluorescencia en el equilibrio a tiempos largos

(●), en función de la concentración de urea. Las líneas punteadas corresponden a las extrapolaciones

lineales de las líneas de base para los estados nativo y completamente desplegado. La línea sólida

representa el mejor ajuste no lineal de los datos experimentales, de acuerdo a un modelo secuencial de

tres estados: N <--> I <---> U. Tomado de Apetri y Surewicz, 2002.

2.1.4 Rol de la hélice 1 en la patogénesis

La hélice alfa 1 (H1: residuos 144-154) se caracteriza por poseer una secuencia

sumamente inusual, que podría tener un rol central en la infectivdad de los priones. En

las proteínas, las hélices a y las hojas b normalmente contienen residuos hidrofóbicos

que forman contactos terciarios con el core proteico. Dichas interacciones actúan

estabilizando la estructura secundaria y pueden ser acrecentadas por la formación de

pares iónicos (puentes salinos) o puentes disulfuros. No obstante, la H1 cuenta con una

serie de características que atentan contra dicha regla general. En primer lugar, la H1

está compuesta casi exclusivamente por residuos hidrofílicos (DWEDRYYRENM), por lo

cual es incapaz de formas interacciones hidrofóbicas estabilizantes con el core de la

proteína. Además, 6 de los 11 residuos poseen carga a pH neutro (Asp, Glu y Arg), lo cual

convierte a la H1 en la hélice más hidrofílicas de todas las conocidas hasta el momento.

En segundo lugar, esta estructura está estabilizada por la formación de dos puentes

salinos intrahelicoidales. Sin embargo, no forma puentes salinos externos (terciarios)

con el resto de la PrPC. Esto se debe a que la mayor parte de las cargas residen sobre la

cara externa de la hélice, en dirección opuesta a la localización del resto del dominio

globular C-terminal. En tercer lugar, el ordenamiento secuencial de las cargas interactúa

favorablemente con el momento dipolar intrínseco de la a hélice. Por último, la

estructura muestra una elevada superficie expuesta y un número significativo de enlaces

de hidrógeno accesibles al solvente. A partir de modelos computacionales basados en la

estructura cargada de H1, se ha previsto que los puentes salinos internos –que según se

supone, estabilizan la hélicepodrían también sufrir un rearreglo para formar enlaces

iónicos intermoleculares que promoverían la agregación de PrP en isoformas ricas en

láminas beta. Esto ha llevado a proponer a la H1 como un posible sitio de asociación de

PrPC a PrPSc durante la formación del complejo heterodimérico. No obstante, la

presencia de estos puentes salinos en ausencia de la isoforma patogénica estabilizaría a

la PrPC, evitando su conversión. Por otro lado, se ha sugerido que durante la conversión

de PrPC_PrPSc, las hélices H2 y H3 permanecerían intactas y unidas mediante el enlace

disulfuro nativo de la PrP, mientras que los segmentos N terminales a H2 sufrirían un

rearreglo para dar origen a una hélice beta levógira, utilizando residuos que sobresalen

de la estructura de la H1 como un asa (loop) adjacente a las moléculas vecinas de PrP,

lo cual expondría a la hélice en una zona que podría influenciar la replicación del prión

(Govaerts et al, 2004; Wille et al, 2002). La Figura 5 esquematiza el rearreglo propuesto

que sufre el elemento H1.

Figura 5. Vista esquemática del cambio conformacional de la PrPC en la forma patogénica PrPSc. Se

muestran la estructura del dominio carboxi-terminal de PrPC (entrada en PDB: 1QLX) y un modelo

estructural de PrPSc (basado en cristalografía electrónica de baja resolución y modelado por homología

propuesto por Wille et al) para la misma secuencia aminoacídica. Nomenclatura de elementos de

estructura secundaria:

respectivamente). En ambas isoformas, se esquematiza el puente disulfuro Cys179-Cys214 que conecta a

H2 y H3. Modificado de Masters and Beyreuther, 1997.

CAPITULO 3

3.1 ENFERMEDADES CAUSADAS POR PRIONES

Las enfermedades causadas por priones son un grupo de enfermedades

neurodegenerativas, de curso fatal, que afectan a los animales y a los humanos. Algunas

de ellas eran conocidas desde hace muchos años, como el scrapie de las ovejas, y se

sabía de su naturaleza infecciosa. Otras, como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, o el

síndrome de Gerstmann-Sträussler- Scheinker en los humanos fueron conocidas más

recientemente y, en general, no se las atribuía a agentes infecciosos o a la posibilidad

de un contagio humano-humano. El descubrimiento de que una de estas enfermedades

por priones, la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), conocida vulgarmente como

“enfermedad de la vaca loca” es transmisible a los humanos, y que hasta el momento

109 personas han fallecido por la contraparte humana de la BSE, denominada variante

de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vCJD) ha estimulado la investigación de estas

enfermedades, tanto en los animales como en el hombre, con resultados en muchos

casos inesperados.

3.1.1 Historia

Los registros más antiguos de las enfermedades por priones corresponden a las

observaciones efectuadas a mediados del siglo XVIII sobre una enfermedad que afectaba

a las ovejas en muchos países de Europa y que por sus síntomas se denomina “scrapie”

en Inglaterra, “traberkrankheit des Schafes” en Alemania, o “la tremblante du mouton”

en Francia. Esta enfermedad, de la cual la Argentina es país libre, se caracteriza por un

desarrollo lento y progresivo que termina con la muerte del animal. Sus síntomas

incluyen prurito (scrapie), incoordinacion motora, temblores (traberkrankheit des

Schafes), rechinar de dientes (la tremblante du mouton) y debilidad progresiva. A partir

de 1936 los trabajos de Cuillé y Chelle demostraron el carácter contagioso de la

enfermedad y su largo período de incubación. Trabajos posteriores demostraron la

transmisión del “scrapie” a otras especies (cabra, visón, ratón, rata, hámster). Es

interesante notar que los visones contagiados experimentalmente con “scrapie”

presentaron una sintomatología similar a la encefalopatía transmisible del visón, que es

propia de este animal.

En 1959, Hadlow relaciona el “scrapie” con una rara enfermedad endémica de los

nativos de Nueva Guinea, kuru. Algunos años más tarde, Gajdusek y sus colaboradores

contagian experimentalmente a los chimpancés, comprobando la transmisibilidad de la

enfermedad. Poco después, Gibbs y colaboradores contagian la enfermedad de

Creutzfeldt-Jacob (CJD) a los chimpancés. En los años siguientes distintas encefalopatías

fueron transmitidas experimentalmente a los animales y son clasificadas entonces como

encefalopatías espongiformes transmisibles (TSEs). Son ejemplos el síndrome de

Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) en los humanos la encefalopatía transmisible en

el visón, o encefalopatías de cérvidos silvestres (“chronic wasting disease” o CWD)

Curiosamente, durante la última década se descubren nuevas formas de encefalopatías

espongiformes transmisibles. Ellas son la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), la

encefalopatía espongiforme en el gato y encefalopatías espongiformes en el nyala, el

ciervo eland, el oryx de Arabia y el kudu. De estas nuevas TSEs, la encefalopatía

espongiforme bovina es la de mayor publicidad al demostrarse su transmisión al hombre

como vCJD.

3.2 Etiología Y Caracterización De Las Enfermedades Por Priones

La etiología de las enfermedades por priones comprende tanto la transmisión horizontal

(individuo-individuo) como la vertical (madre-hijo), así como la existencia de una

predisposición genética. Sin embargo, en muchos de los casos la etiología permanece

incierta. Tienen en común un prolongado tiempo de incubación que puede ser de meses

a décadas según la enfermedad. Clásicamente, para el scrapie en la oveja el período de

incubación es de 2 a 4 años, para la BSE en la vaca es de 3 a 6 años y para el hombre más

de 10 años. La sintomatología clínica incluye incoordinación motora y, en el hombre,

alteraciones mentales seguida de demencia. Una vez que aparecen los primeros

síntomas, el desenlace fatal de la enfermedad ocurre en unos pocos meses. La típica

imagen histopatológica muestra astrogliosis y vacuolización o espongiosis del

citoplasma de las neuronas, en ocasiones acompañado por la formación de depósitos

amiloides (en las formas lentas). En 1980 se estableció que el elemento característico de

todas estas enfermedades es la acumulación de una isoforma anormal de la proteína

prion en el tejido nervioso de los sujetos enfermos, tanto animales como humanos.

Fig. 6 Mecanismo posible de propagación pr iónica. Las isoformas celulares alfa- helice de la proteína priónica (PrPc) pasan a través de un estado “no plegado” (A) a otro en el que se repliegan en forma beta -plegada, beta-PrP (B). Esta isoforma beta- PrP tiende a la agregación en concentraciones salinas fisiológicas. La replicación prionica puede requerir un tamaño crítico de esta isoforma aberrante que actué como semilla para la agregación de más monómeros de beta- PrP o de PrP no plegada, proceso que tiene lugar de manera irreversible.

3.3 Neuroinvasión

Se denomina neuroinvasión al proceso por el cual los priones migran desde el sitio de

inoculación, por ejemplo, el aparato digestivo (ingesta de derivados bovinos

contaminados con BSE), hasta el sistema nervioso central donde causan la

sintomatología y la alteración histológica clásica de estas enfermedades. Las medidas

terapéuticas que se basen en la interrupción de este proceso son de vital importancia

por la sospecha de la existencia de personas infectadas por BSE, que se hallan en el

período de incubación.

Los datos sugieren que la invasión por el prión se produce en dos etapas (Fig. 7). La

primera de ellas (linfoinvasión) comprende el pasaje a través de la mucosa

gastrointestinal, aparentemente a nivel de las placas de Peyer del intestino. Las células

linfáticas que fagocitan al prión, viajan a otros órganos como el bazo, las tonsilas o los

linfonódulos. En esos órganos, que están bien inervados, tiene lugar la primera

replicación de la isoforma anormal PrPsc. Para que la infección desde tejidos periféricos

tenga éxito, estos deben expresar el gen PrP.

En una segunda etapa (neuroinvasión), la PrPsc asciende retrógradamente por los

axones que inervan a estos órganos linfáticos, alcanzado la médula espinal y finalmente

al encéfalo. A pesar de ser escasos los datos sobre esta etapa de la propagación del

prión, se ha demostrado la utilización de los nervios del sistema nervioso autónomo para

la propagación del prión.

Ambas etapas dependen de la presencia de linfocitos B. Se postula que su función

principal es el mantenimiento de las células dendríticas foliculares del bazo y de los

linfonódulos, por la producción de la linfotoxina-ß. Es así que la supresión de la

producción de la linfotoxina-ß detiene la patogénesis periférica del prión. La entrada de

los priones en las células dendríticas está facilitada por factores del sistema del

complemento.

También son posibles otras formas de invasión. La vía sanguínea es una posibilidad

cierta, como lo demuestra la infección experimental de BSE, por transfusión de oveja-

oveja. En el hombre se especula sobre la posibilidad de la transmisión de la vCJD u otras

TSEs a través de las transfusiones de sangre.

Aucouturier y sus colaboradores investigaron la participación de las células dendrítas en

la neuroinvasión. En este trabajo, la inyección intravenosa de células dendríticas de

ratones infectados por scrapie produce la enfermedad en ratones B- and T-cell deficient

Rag-1–/–, sin necesidad de la primera etapa de propagación o linfoinvasión. Sin

embargo, no es concluyente que las células dendríticas transportan los priones desde

las células M de las placas de Peyer del intestino, hasta el sistema nervioso en las

infecciones naturales. Posiblemente, estén involucradas en la transferencia de los

priones de las células foliculares dendríticas a las terminaciones simpáticas en los

órganos linfáticos. En resumen, este mecanismo es muy complejo; y a pesar de que los

órganos linfáticos principales (bazo, tonsilas, linfonódulos) muestran acumulación

temprana de priones, y además se demostró la participación de los linfocitos B y de las

células foliculares dendríticas en la propagación de los priones; probablemente la

entrada al sistema nervioso central también ocurra a través de los nervios periféricos

utilizando un mecanismo PrPc dependiente.

Fig. 7- Algunos aspectos celular es y molecular es de la neuroinvasión priónica. Las enfermedades priónicas tales como el Scrapie se manifiestan como una afección del SNC. Luego de ingresar por la vía digestiva el prion debe atravesar el epitelio intestinal, probablemente a través de las células M. Antes de llegar al cerebro ellos colonizan varios órganos. Los experimentos de Aucouturier y colaboradores, indican que las células dendríticas foliculares aisladas de bazos de ratones infectados pueden inducir la enfermedad cuando son inyectados intravenosamente en ratones inmunodeficientes Rag-1+, sugiriendo a las células dendríticas como posible ruta para la neuroinvasión.

3.4 Clasificación De Las Enfermedades Priónicas Humanas

La presente clasificación se deriva de la historia de estas enfermedades y refleja las

incógnitas que aún persisten sobre estas, por lo que tiene carácter provisional.

I. Esporádicas:

Enfermedad de Creutzfeldt - Jacob o Clásica o Variante de Heidenhain o Variante de Brownell – Oppenheimer o Panencefalopatía

II. Adquiridas:

Kuru (canibalismo)

Enfermedad de Creutzfeldt – Jacob iatrogénica o Hormona de crecimiento

o Gonadotropina o Trasplante de córnea o Electrodos de EEG de implantación directa o Implante de duramadre o Neurocirugía

Nueva variante británica (¿EEB?) III. Familiares:

Enfermedad de Creutzfeldt – Jacob familiar

Síndrome de Gerstmann – Sträussler – Scheinker

Insomnio familiar fatal

Enfermedades por priones atípicas

3.4.1 Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob

A pesar de que la mayor parte de los casos de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob son

esporádicos, 10 a 15% son familiares y se trasmiten de forma autosómica dominante. El

gen PRNP, que codifica para PrP, se localiza en el brazo corto del cromosoma 20. A la

fecha se han descubierto 24 mutaciones diferentes, ya sea puntuales o inserciones que

incorporan un número mayor de repeticiones octapeptídicas, que causan la

enfermedad.

Existe un polimorfismo en el codón 129, en el que hay un cambio de ATG por GTG que

produce una valina (val) por metionina (met); la presencia de homocigotos met/met

incrementa cuatro veces el riesgo de llegar a padecer enfermedad de Creutzfeldt-Jakob

y reduce a una tercera parte su duración que cuando hay heterocigotos. La prevalencia

en la población general es de 38%, mientras que la frecuencia de val/val es de 11% y de

51% para met/val. Todos los casos descritos de la nueva variante de la enfermedad de

Creutzfeldt-Jakob tienden a ser homocigotos met/met.

Los polimorfismos en el codón 129 pueden influir en la susceptibilidad del fenotipo de

la enfermedad (cuadro 2).

Cuadro 2. Polimorfismo en el codón 129 relacionado con el fenotipo

El tipo esporádico se ha calificado de acuerdo con el genotipo del polimorfismo del

codón 129 del PrP. Se ha sugerido una división simple que reconoce diferentes

fenotipos: MM1, MV1, VV1, MM2, MV2 y VV2. Un 70% de los casos se clasifican como

MM1 o MV1 y clínicamente tienen las manifestaciones clásicas de la enfermedad de

Creutzfeldt-Jakob.

En la variante familiar hay dos tipos de mutaciones: las puntuales y las inserciones. La

E200K se ha observado principalmente entre los judíos de Libia, en Eslovaquia y en Chile

En otras zonas geográficas se han encontrado mutaciones insercionales de una repe-

tición de un octapéptido del gen PRNP. La mutación en el codón 200 con una sustitución

de glutamato a lisina en PrP, frecuente en el tipo familiar, se ha hallado en más de 60

familias predominantemente judías. Hay que destacar que la incidencia en este grupo

es 100 veces mayor que en el resto del mundo. Se ha reportado que en una zona rural

de Eslovaquia la incidencia llega a ser hasta mil veces mayor que en el resto del país.26

La mutación del codón 178 induce la sustitución del ácido aspártico a aspargina, como

se ha corroborado inicialmente en Finlandia, y posteriormente en varias familias de

Europa y Asia. La expresión fenotípica de la mutación se modifica de acuerdo con el

polimorfismo del codón 129; si éste codifica para valina los signos clínicos serán de

enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica, y si codifica para metionina, se

manifestará como un insomnio fatal familiar.

3.4.1.1 Epidemiología

La forma esporádica de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob es la más común,

representa 85% de los casos y afecta de igual manera a hombres y mujeres; los síntomas

comienzan, en promedio, a los 65 años de edad. La incidencia es de 0.5 a un caso por

millón de personas al año; en Japón es de 0.5 por millón, en tanto que en Inglaterra,

Francia y Alemania es de 0.75 por cada millón. De acuerdo con la distribución según la

edad, la incidencia es superior a tres por cada millón para el grupo de 65 a 74 años de

edad, y menor a 0.2 por cada millón en los menores de 40 años. La trasmisibilidad de los

trastornos humanos mediante los priones se comprobó experimentalmente al inocular

tejido cerebral infectado. La inoculación directa en el sistema nervioso central es la

forma más efectiva para su trasmisión, lo que no ocurre con la diseminación oral. Esta

última se ha demostrado claramente en el caso del kuru propagado en caníbales. Existe

una alta incidencia en los habitantes de zonas rurales y en los ganaderos, quienes se

encuentran en contacto con otras especies animales portadoras de la enfermedad.

Se ha sugerido también que es causada por algunos agentes tóxicos como pesticidas que

pueden llegar a cambiar las propiedades físicas y químicas de los priones.

Respecto a la trasmisión de la enfermedad iatrogénica por medio de la transfusión de

productos sanguíneos, ha existido controversia, ya que hay reportes anecdóticos que no

se han comprobado. Algunos resultados indican un riesgo mínimo con la transfusión de

crioprecipitados, inmunoglobulinas y fibrinógeno. Las normas oficiales de transfusión

sanguínea de Estados Unidos y Canadá prohíben el uso de productos sanguíneos

derivados de pacientes con la nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob,

pero no de pacientes con la forma esporádica.

Existe un riesgo mínimo, aunque real, en los trabajadores de la salud. Se han

desarrollado técnicas para el manejo de tejido de los pacientes con sospecha de

enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, con el fin de evitar la trasmisión mediante

instrumentos quirúrgicos contaminados, los cuales deben desecharse después de

usarse. La trasmisión entre humanos se reportó por primera vez en 1974 en un individuo

que desarrolló la enfermedad 18 meses después de recibir un trasplante de córnea de

un donador que falleció de este padecimiento. Posteriormente se comunicaron dos

casos en sujetos intervenidos quirúrgicamente por epilepsia, lo cual se vinculó con el

uso de electrodos electroencefalográficos estereotácticos. Se considera que los

instrumentos neuroquirúrgicos facilitan la diseminación de la enfermedad. Se han

registrado más de 80 casos de pacientes que manifestaron el padecimiento en promedio

18 meses después de haber recibido un injerto de duramadre de cadáver humano.

También se conjetura que la enfermedad puede trasmitirse por el tratamiento con la

hormona de crecimiento humana (Gh), que empezó a aplicarse a partir de 1958.

En Inglaterra, en 1985, se reportaron cuatro casos de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob

en individuos manejados con esta hormona, por lo que se abandonó el tratamiento

(cuadro 2). Swerdlow y colaboradores realizaron un estudio para determinar el riesgo

de estos pacientes de llegar a padecer la enfermedad; analizaron un total de 1,848

sujetos a de Creutzfeldt-Jakob. Se incluyeron 4,441 casos, 3,720 de la forma esporádica,

455 familiares, 138 iatrogénicos y 128 de la nueva variante. El promedio anual de

mortalidad del periodo de 1999 al 2002 fue de 1.67 por cada millón para todos los casos

y de 1.39 por millón para la forma esporádica. La tasa de mortalidad fue similar en todos

los países. Hasta la fecha no se ha encontrado un tipo nuevo de encefalopatía

espongiforme posterior a la descripción de la nueva variante.

En otro estudio de los mismos investigadores, se establecieron los predictores de

supervivencia de la forma esporádica, la cual fue mayor mientras menor era la edad de

inicio, así como en las mujeres y si había heterocigocidad para el codón 129 y proteína

14-3-3 en el líquido cefalorraquídeo.

Para la forma iatrogénica se consideró que existe menos riesgo en mujeres y mientras

mayor sea la edad de inicio de la enfermedad.

Los que se les administró hormona de crecimiento de 1959 a 1985, con un seguimiento

hasta el año 2000. Los resultados indicaron que el riesgo de contraer el padecimiento

fue mayor en los que recibieron la hormona preparada con el método de extracción

Wilhelmi y en los que tenían ocho a diez años de edad al momento de tomarla. En

promedio, la enfermedad se manifestó 20 años después de la primera toma. Se estima

un riesgo acumulado de 4.5%.

Hace poco se publicaron los resultados de un estudio iniciado en 1993 con los registros

epidemiológicos de varios países, entre ellos Francia, Alemania, Eslovaquia, Italia,

Holanda e Inglaterra, que se extendió incluso a España, Austria, Suiza, Canadá y

Australia. Se consideraron los datos de todos los pacientes reportados desde 1993 hasta

2002 que padecieron todas las variantes de enfermedad.

Cuadro 3. Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob iatrogénica (hasta el 2000)

3.4.1.2 Características Clínicas

No existen diferencias significativas en la manifestación clínica de las variantes de

enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (esporádica, iatrogénica y familiar). Por lo general, en

los casos familiares el síndrome demencial es más prolongado. La mayoría de los

pacientes (60%) refieren los síntomas clásicos de demencia y mioclonías vinculados con

un patrón electroencefalográfico específico. Puede haber una fase prodrómica en la que

predomina la fatiga, el malestar general y alteraciones del sueño y alimenticias.

Conforme avanza la enfermedad aumenta el deterioro demencial y de la conducta, se

agregan trastornos cerebelosos, extrapiramidales, visuales y piramidales. Aparecen

rigidez, temblor, coreoatetosis y, ocasionalmente, crisis mioclónicas. La duración

promedio del padecimiento es de seis a siete meses; 90% de los pacientes fallecen

durante el primer año.

Se han descrito algunas variantes clínicas de acuerdo con el síndrome predominante:

atáxica, de Heidenhain, panencefalítica y amiotrófica.

La variante atáxica ocurre en 10% de los casos con síndrome pancerebeloso. Prevalecen

las alteraciones cognitivas y las mioclonías. Por lo general, la demencia antecede a los

problemas motores. Esta variante también se conoce como de Oppenheimer.

En la variante de Heidenhain la característica principal es la afección visual temprana,

que se observa en 20% de los casos. Estas alteraciones pueden incluir defectos

campimétricos, visión borrosa, agnosia de los colores, metamorfopsias, alucinaciones

visuales y ceguera cortical.

La variante panencefalítica predomina en Japón y consiste en una afección extensa de

las sustancias blanca y gris, además de alteraciones cognitivas y manifestaciones

cerebelosas.

Existen manifestaciones clínicas externas al sistema nervioso central. Algunos pacientes

sufren amiotrofia y fasciculaciones que semejan una esclerosis lateral amiotrófica. Se ha

reportado la coexistencia de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob con polineuropatías

periféricas sensitivo-motoras con daño axonal o desmielinizante. Niewiadomska y

colaboradores realizaron un estudio de 16 pacientes con el tipo esporádico de este

padecimiento para analizar los cambios electromiográficos y compararlos con los

hallazgos neuropatológicos de las neuronas motoras espinales. Sólo tres pacientes

tuvieron signos clínicos de daño en el sistema nervioso periférico; las pruebas

neurofisiológicas confirmaron dicha alteración y demostraron anormalidades en once

pacientes más, con daño axonal en nueve, desmielinizante en cuatro y enfermedad de

neurona motora en uno.

Criterios de la Organización Mundial de la Salud para la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob

I

A. Alteración neuropsiquiátrica progresiva B. Duración de la enfermedad mayor de seis meses C. Ningún otro diagnóstico alternativo D. Sin historia de exposición iatrogénica posible E. Sin antecedente familiar de enfermedad por priones

II

A. Síntomas psiquiátricos tempranos B. Síntomas sensitivos dolorosos persistentes C. Ataxia D. Mioclonías, corea o distonía E. Demencia

III

A. Electroencefalograma sin patrón típico de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob o no realizado

B. Signo del pulvinar bilateral en la resonancia magnética

IV

A. Biopsia positiva

Definitivo: I A y confirmación neuropatológica.

Probable: I y 4/5 de II y III A y III B o I y IV A

Posible: I y 4/5 o II y III A

3.4.1.3 Nueva Variante De La Enfermedad De Creutzfeldt-Jakob

En 1996, en Inglaterra, Will y colaboradores realizaron un estudio en 207 pacientes, 10

de los cuales mostraban diferentes manifestaciones clínico-patológicas de la

enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.

Estos individuos tenían una edad promedio de 29 años y rango de duración del

padecimiento de 7.5 a 22.5 meses. Nueve sujetos exhibieron cambios conductuales

tempranos; cuatro, disestesias en los miembros inferiores como inicio, y nueve, ataxia

temprana; sólo dos pacientes mostraron alteración de la memoria al principio; siete

sufrieron mioclonías y ninguno tuvo un electroencefalograma típico. Todos fueron geno-

típicamente homocigotos a la metionina en el codón 129 del gen PrP.

A partir de ese momento se inició el estudio de una nueva variante de la enfermedad de

Creutzfeldt-Jakob (nvECJ). El mismo año se publicó un caso similar en Francia y para

1998, la Unidad de Vigilancia Epidemiológica del Reino Unido contabilizó 27 casos.

La aparición de esta nueva encefalopatía espongiforme en los seres humanos en el país

en donde años antes había ocurrido una epidemia en el ganado bovino, abrió la

posibilidad de una trasmisión entre especies, y dio inicio a una serie de investigaciones

para corroborarla. Las mezas y colaboradores inocularon a dos adultos y a un neonato

de macacos por vía intracerebral con tejido cerebral infectado de encefalopatía bovina;

a las 150 semanas exhibieron un comportamiento anormal, depresión, aumento del

apetito, ataxia y mioclonías. El examen neuropatológico fue similar al de los pacientes

con diagnóstico de nueva variante de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. En 1996,

Collinge y colaboradores publicaron los análisis moleculares de la PrP con base en los

patrones de glucosilación mediante Western Blot; su conclusión llevó a pensar que la

cepa del prión que produce la encefalopatía espongiforme bovina y la nueva variante

era la misma. En 1997, Bruce y Hill difundieron sus estudios de trasmisión al ratón

transgénico, normal o ambos de la encefalopatía espongiforme bovina y la nueva

variante. Esto indica que desde el punto de vista de trasmisibilidad, ambas

enfermedades son muy similares y pueden explicarse por una cepa en común.

Spencer realizó un estudio retrospectivo para conocer las manifestaciones clínicas en

los primeros 100 pacientes con nueva variante: la edad promedio de inicio fue de 26

años y la duración de la enfermedad de 13 meses; de los 100 pacientes, 63 requirieron

un psiquiatra. Las alteraciones psiquiátricas antecedieron a las neurológicas en 63

individuos, mientras que las neurológicas a las psiquiátricas en 15; en los restantes

aparecieron al mismo tiempo. Las más comunes fueron disforia, aislamiento, ansiedad,

irritabilidad, insomnio y pérdida del interés. También mostraron características tardías,

como problemas de memoria, agresión, trastornos de la marcha, disartria y alteraciones

sensitivas. Para diciembre del 2003, se habían reportado 153 casos de nueva variante

en todo el mundo, la mayor parte en Inglaterra.

3.4.1.4 Neuropatología

En cuanto al examen neuropatológico, las características principales son la degeneración

espongiforme de las neuronas, una gliosis astrocítica severa que no guarda relación con

la pérdida neuronal, la formación de placas amiloides y la ausencia de procesos

inflamatorios. Dichas alteraciones se encuentran con mayor frecuencia en la corteza

cerebral, los ganglios basales y la capa molecular del cerebelo. En la variante

panencefalítica se ha comprobado la participación de la sustancia blanca. En la de

Heidenhain estos cambios son más prominentes en la corteza occipital.

En cuanto a la nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, existe un aspecto

espongiforme en los ganglios basales, con una intensa astrocitosis talámica, además de

placas floridas formadas por un núcleo denso y rodeadas por un halo espongiforme,

principalmente en la corteza occipital y el cerebelo. La proteína priónica muestra otros

tipos de patrones de tinción; en los ganglios de la base tienen una positividad en forma

de placas uni o multicéntricas, positividad perivacuolar, depósitos granulares lineales o

en tractos. El cerebelo tiene una acumulación de PrPsc en la capa molecular y granular.

Esto permite diferenciar los casos de nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-

Jakob de los esporádicos o iatrogénicos.

3.4.2 Enfermedad de Gertsmann – Straussler – Scheinker

Se caracteriza por una ataxia grave acompañada de paraparesia espástica. Su inicio

puede ser tan temprano como a los 20 años, pero puede aparecer hasta los 60 años. La

duración es entre 2 y 10 años y los pacientes fallecen generalmente por infecciones

secundarias. La mutación más frecuentemente registrada es en el codón 102, que

determina un cambio de prolina a leucina. También se han encontrado mutaciones en

los codones 105, 145 y 117. Sigue una herencia autosómica dominante.

El estudio anatomopatológico evidencia varios tipos de placas focales o difusas en la

corteza cerebral y cerebelosa, que resultan ser inmunorreactivas a los anticuerpos anti

PrP humanos. Además aparece degeneración espinocerebelosa.

3.4.3 Kuru

El término Kuru significa en lengua aborigen “temblor, con fiebre y frío”. Fue

inicialmente descrita en la tribu Papúa de Nueva Guinea y aparecía después de la

ingestión de tejidos cerebrales de personas fallecidas con la finalidad de adquirir su

sabiduría. Predomina en niños y mujeres adultas. La enfermedad se desarrolla

lentamente, y el período de incubación puede prolongarse hasta 30 años. Progresa

usualmente hasta la muerte en aproximadamente 1 año. Gajdusek descubrió tres etapas

en su curso clínico:

Fase ambulatoria: aparece temblor generalizado con pérdida de la capacidad

para coordinar los movimientos y disartria, lo cual evidencia una afectación

cerebelosa incipiente.

Fase sedentaria: se manifiesta incapacidad de deambulación independiente,

temblores más fuertes, ataxia, labilidad emocional, depresión y bradipsiquia.

Están conservados los reflejos tendinosos y aún no es perceptible la

degeneración muscular.

Fase terminal: hay incapacidad para la sedestación independiente, ataxia severa,

temblores, disartira, incontinencia urinaria y fecal, disfagia y ulceraciones

cutáneas. Está caracterizada por extensa vacuolización, gliosis, infiltrado

inflamatorio mínimo o ausente y placas amiloides.

3.4.4 Insomnio familiar fatal (IFF)

Constituye una variedad rara de enfermedad priónica. Su aparición tiene lugar entre los

35 – 55 años, con una edad media de inicio a los 45 años. El tiempo de vida media una

vez que comienza clínicamente la enfermedad es de 1 año. Ha sido descrita la mutación

en el codón 178 que provoca cambios en metionina y valina. Se caracteriza por un

insomnio intratable que dura semanas o meses. Aparece seguidamente disautonomía,

ataxia y signos piramidales y extrapiramidales. Las funciones cognoscitivas se conservan

relativamente hasta períodos avanzados de la enfermedad. Estos pacientes pueden

presentar alteración episódica de la tensión arterial, la frecuencia cardíaca y respiratoria

y de la temperatura. En el EEG puede encontrarse un enlentecimiento difuso con más

frecuencia que descargas periódicas. La neuropatología de esta enfermedad incluye

anomalías en tálamo y oliva bulbar inferior. En el tálamo se puede apreciar pérdida

marcada o subtotal de neuronas, especialmente en los núcleos anterior y dorso medial,

asociada con astrogliosis. No se observa espogiosis en el tálamo, pero pueden

encontrarse focos aislados en la corteza cerebral y la sustancia blanca subyacente,

fundamentalmente en áreas límbicas y en la capa de células de Purkinje del cerebelo.

Hay notable pérdida de células de Purkinje en cerebelo. En resumen, a nivel

neuropatológico, se puede considerar una degeneración tálamo – olivar con cambios

corticales leves, especialmente límbicos, en relación con la duración de la enfermedad.

En la tabla se muestran las principales manifestaciones clínicas de algunas

enfermedades priónicas humanas, así como la edad de inicio de los síntomas y la

duración.

Tabla1. Manifestaciones clínicas de las enfermedades criónicas

3.5 Similitud con otras enfermedades neurodegenerativas:

En algunos estudios se ha encontrado similitud de estas afecciones con la enfermedad

de Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica y la enfermedad de Alzheimer. Esta

relación se basa en que en estas enfermedades hay casos esporádicos y familiares. En la

enfermedad de Creutzfeldt – Jacob y en la de Alzheimer aparece un cambio en la

configuración espacial de proteína priónica en la primera, y en la beta – amiloide en la

segunda. Se ha observado también una variante vascular de la proteína priónica, la

presencia de ovillos neurofibrilares intraneuronales como fenotipo de una mutación en

el codón 145 del gen PRNP. En la enfermedad de Alzheimer, la alipoproteína E podría

incidir como un chaperón molecular respecto a la proteína A4 de la beta – amiloide.

3.6 Tratamiento

La comunidad científica dirige sus esfuerzos para encontrar un medicamento que

cumpla con el principio farmacológico de traspasar la barrera hematoencefálica y sea

capaz de impedir la conversión de la proteína priónica normal en proteína anormal. Con

estos fines han sido utilizados ciertos tipos de medicamentos ya conocidos en el

tratamiento de enfermedades neurológicas, estos son derivados de la quinacrina y la

clorpromazina, utilizados en el tratamiento de la malaria y la esquizofrenia,

respectivamente. Estudios recientes in vitro han indicado que los anticuerpos

monoclonales anti-PrP, con escasa o nula afinidad por la PrPsc, pueden prevenir la

incorporación de PrPc a los priones infectantes. Igualmente estos estudios mostraron

un efecto similar in vivo. Estos hallazgos son esperanzadores y señalan a las estrategias

inmunoterapéuticas en humanos como una posibilidad de tratamiento para las

enfermedades por priones. En consecuencia, no existe actualmente un tratamiento que

cure, mejore o controle las manifestaciones clínicas de estas enfermedades. Además los

ensayos con las drogas mencionadas y con anticuerpos monoclonales en modelos

animales, se han probado la amantadita, los esteroides, el interferón, el aciclovir,

diversos agentes antivirales y antibióticos; sin embargo, ninguno ha demostrado

claramente su eficacia.

CONCLUSIONES

Las enfermedades causadas por priones son, por múltiples razones, patologías sin

precedente. Son enfermedades neurodegenerativas de carácter esporádico, infeccioso

y hereditario; el mecanismo de transmisión de éstas contradice el Dogma Central de la

Biología Molecular ya que el agente etiológico es capaz de replicarse a sí mismo en

ausencia de ácido nucleico, y además, viola el principio biológico que establece que la

secuencia de aminoácidos de una proteína determina de manera unívoca el plegamiento

o estructura terciaria de ésta. La generación de estos nuevos conocimientos fue motivo

del otorgamiento de dos premios Nobel; al doctor Carleton Gajdusek en 1976 por haber

demostrado la transmisibilidad del kuru, y al doctor Stanley Prusiner en 1997 por

descubrir la naturaleza química del agente causal de estas enfermedades. Sin embargo,

el evento clave en el desarrollo de las EPRs, el cambio conformacional de la proteína

prión, permanece en el ámbito de las hipótesis. De esta manera, se pone de manifiesto

la necesidad de involucrar esfuerzos para la generación y rectificación de conocimiento

concerniente a este fenómeno.

Todavía constituye una controversia el hecho de que una proteína provoque una

enfermedad infecciosa. Otro punto sin respuesta es el mecanismo por el cual el agente

infeccioso se multiplica en el individuo afectado si no contiene ácidos nucleicos, y esta

misma característica genera otra interrogante no resuelta, relacionada con la memoria

genética: ¿cómo puede la proteína priónica guardar la información sin alterar los

aminoácidos que la forman?, simplemente moldea o cambia su forma por mecanismos

desconocidos aún. También es interesante tener en cuenta que una proteína que se

expresa en el cerebro y otros tejidos durante el desarrollo embrionario, en todos los

mamíferos, puede ser prescindible sin efectos negativos. Las respuestas a estas

interrogantes constituyen hoy un desafío a la comunidad científica.

Como hemos desarrollado y discutido a lo largo de este trabajo, las prionopatías o

enfermedades causadas por priones constituyen, por múltiples razones, patologías

atípicas y ciertamente paradigmáticas. Esto se debe primordialmente a que el

dispositivo de transmisión de estas afecciones contradice el Dogma Central de la

Biología Molecular, puesto que el agente etiológico de estas enfermedades es capaz de

replicarse a sí mismo en ausencia de ácido nucleico, y además, se opone al principio

biológico que establece que la estructura primaria de una proteína determina de

manera unívoca el plegamiento o estructura terciaria de la misma. Este cambio

conformacional de la proteína prión, el cual resulta ser el evento clave en el desarrollo

de las EPRs, aun en la actualidad continúa siendo investigado. Por dichas razones, resulta

imperioso involucrar esfuerzos para la generación y profundización del conocimiento

referente a este fenómeno, en particular, para desarrollar terapias eficientes al

respecto, y en general, para dilucidar en forma fehaciente la dicotomía conformacional

que manifiestan estas macromoléculas, de modo de adquirir nuevos conocimientos

biofísicos que permitan en forma determinante resolver cuestiones asociadas a la

naturaleza el plegado de proteínas in vitro e in vivo.

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