Priones

Benites Castillo, Santiago

Docente Universidad César Vallejo. Escuela de MedicinaDocente Escuela post grado. UNT.

Según investigaciones realizadas se hadescubierto un agente infecciosoresponsable de producir enfermedadesneurodegenerativas en los mamíferos, alque los investigadores han denominadoPRION. Este término deriva de"proteinaceous infectious particle",definiciónpropuesta por Stanley B. Prusiner. Esteagente infeccioso consiste únicamente enuna proteína, carente de genoma y de ácidosnucleicos. Esta proteína infecciosa se puedeencontrar en las membranas neuronales sincausar enfermedad alguna, pero si hay uncambio conformacional de su estructuraterciaria puede provocar la aparición de laen fe r m e dad

Estas proteínas en su forma patógena semultiplicanexponencialmente al ponerse encontacto con las proteínas normales, ya queles inducen el cambio conformacional quelas vuelve infecciosas. La aparición de estosdesordenes estructurales en las proteínas,pueden ser transmisibles, heredados, oincluso esporádicos, es decir, sin evidenciasde transmisión ni herencia. Lasenfermedades producidas por los prionesllamadas también encefalopatíasespongiformes transmisible, son fatales,afectan al sistema nervioso y se hademostrado que también a los músculos.Estos agentes infecciosos, se caracterizanporquesonfiltrablescon porosde 25 a 100nm, son invisiblesal microscopioóptico yelectrónico, resiste al formaldehído,proteasasy EDTA,resistea la radiaciónUVya laradiaciónionizante.Poseenunperiodode incubaciónprolongadoque puededurarmeses a años. Producen una patologíacrónicaprogresivala que es fatal en todoslos casos, no produce respuesta inflamatoriay carecen de cuerpos de inclusión celular, elhidróxido de sodio 2N lo inactiva, así como el

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A B

e o

éter, formol y el permanganato de potasio0.002 M; también lo inactiva el cloroformo yla urea 6M. Prusiner, resume que solo losprocedimientos que hidrolizan o afectan aproteínas logran modificar la intensidad de lainfección.A pesar de los grandes esfuerzos realizadospor los investigadores, para encontrar elmaterial genético de este agente infeccioso,solo pequeños fragmentos de menos de 100nucleótidos han permanecido después delos procesos de purificación (Meyer 1991),sospechándose que pueda ser únicamentematerial contaminante. De tal maneratambién se desestimaron los carbohidratos ylípidos como elementos infecciosos. Lafunción de esta proteína fue estudiada porSuchiro Sakaguchi, de la Universidad deNagasaki. Se crearon ratones homozigotosrespecto a la falta del gen PRNP, quecodifica para la isoforma normal del prion(PrPc). Estos ratones fueron normales hastalas 70 semanas de vida, luego comenzarona manifestar importante pérdida decoordinación, temblores al andar,incapacidad de mantener una trayectoria; a

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las 90 semanas, incapacidad demantenerse y movimientos espasmódicosen sus patas traseras, muchos de ellostenían la columna vertebral arqueada conuna convexidad hacia atrás. Ellosdemostraron que, el cerebelo se habíaencogido hasta un tercio respecto al de losratones normales, y había una gravedeficiencia de las células de Purkinje.Al inocular los ratones nulos para el genPRNP con una partícula prion infecciosa(PrPSc), no desarrollaban la enfermedad(Beler 1992) y no se detectaron evidenciasde replicación del PrPSc. De esto se dedujoque, para causar la enfermedad eranecesaria la presencia del tándem PrPc-PrPSc. Este experimento parecíaesclarecer un poco la función de la proteínaprion, ya que la ausencia tiene ciertasconsecuencias concretas en el individuo.Sin embargo, posteriormente se hancreado nuevamente modelos de ratóncarente del gen PRNP que han crecido y sehan desarrollado de una manera normal,con algunas excepciones de ataxia yalteración del ritmo circadiano más allá delos dos años de edad (Beler 1992, Tobler1996, Prusiner 1998).

Hipótesis virales.A pesar de que no se han encontradopruebas concluyentes de la existencia deácidos nucleicos asociados con el prion,algunos investigadores creen que lospriones se forman cuando la proteína prionse asocia con un ácido nucleico patógenoextraño. Gajdusek y cols. apuestan por lateoría vírica, ya que los viroides handemostrado resistencia a la radiaciónultravioleta de 254 nm, al igual que lapartícula PrP, que pese a mantener sucarácter infeccioso a temperaturassuperiores que lo agentes infecciososconvencionales, observó que eranrápidamente inactivados al sobrepasar los85°C. C. Weissmann por su parte, proponeque el agente está formado por doscomponentes:? El PrPSc (apoprion), que puedecausar enfermedades transmisiblesincluso libre de ácidos nucleicos.

? Un ácido nucleico (coprion), delcual pueden existir muchasvariantes. Es el que determina laspropiedades fenotípicas quedefinen el linaje del agenteinfeccioso

Ambas partes constituyen lo que éldenominó holoprion. Manuelidis, de laUniversidad de Yale afirma que existenvirus que disponen de un sistema dereparación del material genético que lespermite resistir radiaciones similares a lasque resiste el PrPSc; que escapan alsistema inmunitario instalándose en elinterior de las células.L. Manuelidis hace especial hincapie envarias características de los agentesinfecciosos, a saber:? La existencia de distintas cepas quecausan diferentes patrones deenfermedad. Solo pueden aparecerrepresentados en diferentes linajes orazas, aquellos patógenos que poseenácidos nucleicos.

? Su multiplicación exponencial.? Su tiempo de latencia prolongado.? Infección del sistema retículo-

endotelial ( bazo, glóbulos blancos).

La evidencia de que la enfermedad nvCJDprocedía de la epidemia de las vacas locas(BSE) constituyó otro argumento a favor, yaque la transmisión por vía oral pone muydifícil la resistencia de un agentepuramente proteico a la acidez y lasenzimas del aparato digestivo. En cambio,muchos virus sí son capaces de sobrevivira estas condiciones.Mutaciones y polimorfismos del gen PRNPpodrían inducir mayor susceptibilidad delhuésped frente a ciertas cepas del agenteinfeccioso.La enfermedad y la herencia:Alrededor del 15% de las demencias porpriones son heredadas o tiene agregaciónfamiliar. El patrón de transmisión de lasenfermedades prion familiares (oheredadas), se reconoce como autosómicoy dominante. Inicialmente se asociaron tresenfermedades con mutaciones en el genPRNP:

? La enfermedad de Creutzfeldt-Jakobfamiliar (fCJO).

? El síndrome de Gerstmann-Stréessler-Scheinker (GSS).

? El insomnio fatal familiar (IFF).Posteriormente se han asociadosignificativamente hasta 13 mutaciones delPRNP con el desarrollo de la enfermedad(Prusiner 1994). La fCJO, se ha asociado unamutación en el codon 129 del gen PRNP quecambia meteonina por valina y, según lospolimorfismos del gen, predispone para unossíntomas u otros. El GSS está asociado a una

mutación en el codon 102 que cambia leucinapor prolina, aunque se han asociado al menostres mutaciones más. El IFF se asocia a lamutación puntual en el codon 178 que cambiael ácido aspártico por la asparragina.Igualmente se ha demostrado la conexióngenétlca con otras 4 mutaciones p.ej: fCJC(E200K); las mutaciones artificiales A 113V,A 115V Y A 118V inducen al plegamíento de laproteína PrPc y a la producción de laenfermedad. Lo que demuestra la relevanciadel aminoácido Val en el mantenimiento de laestructura de la PrPc.La infección.Se distinguen 3 orígenes de infección:

l.iatrogénico, heredado y la mutaciónespontánea. Son las tres formas de aparición

2.de la primera partícula infecciosa: procedencia3 externa, mutación heredada del gen PrP y

mutación esporádica de dicho gen. Lamultiplicación del agente infeccioso esexponencial. La isoforma patógena es captadapor fagocitosis en neuronas o glia, ytransportada allisosoma para su degradación,en el lisosoma se produce contacto entrePrPSc y PrPc y la primera induce elplegamiento de la segunda. Las PrPSc (elnúcleo 27-30 KOa) son relativamenteresistentes a las proteasas y se acumulan, loslisosomas revientan cuando se supera undeterminado volumen, liberando al citosol lasPrPSc y proteínas hidrolíticas que contenían.Las proteínas hidrolíticas degradan la célula,las PrPSc (en su forma 27-30) quedan libres enel espacio extracelular, se agregan y formanplacas amiloides. El proceso se repite en lascélulas adyacentes, creando agujeros en eltejido cerebral. Por otro lado, algunasevidencias indican que el mecanismo de

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muerte neuronal en enfermedades prion podríaser la apoptosis. Otra teoría que trata deexplicar el desarrollo de la patología, es laTeoría Cristalina, basada en que la PrPScforma estructuras cristalinas muy insolubles,que pueden ser inducidas en cualquiermomento del ciclo de la PrPc.

Estas enfermedades neurodegenerativas secaracterizan por una tríada patológica:? Vacuolización o espongiosis, en elcitoplasma de neuronas y células gliales. En lasenfermedades de Alzheimer o Huntington, lavacuolización es en el espacio extracelularcomo resultado de la pérdida de neuronas.

? Reacción glial o gliosis (crecimientoexagerado de las células gliales) enausencia de cambios infamatorios.

? Pérdida de neuronas.

Se observan depósitos amiloides de PrPSc 27-30 en forma de placas, llamados placasamiloides, que se tiñen positivas para la PrP (alcontrario de las placas presentes en elAlzheimer). Tienen afinidad por la eosina, rojocongo. Presentes sobretodo a nivel delcerebelo y, minoritariamente, a nivel del tálamo,ganglios basa les y corteza cerebral. Son unbuen índicador de la infección, peroaparentemente no son causa importante de laenfermedad. Estudios ultraestructurales handemostrado una relación de la microglía con laformación de estas placas.Los priones pueden ser transmitidos de un servivo a otro, enfermedades de origen iatrogénico(enfermedad del Kuru, CJO iatrogénico) deforma comprobada inoculándolos directamenteal cerebro, la piel o el tejido muscular; y tambiéna través de la alimentación (nvCJO, que es untípo de iatrogéníca).La transmisión interespecífica de unaenfermedad prion depende de que el prionpatógeno del donante sea suficientementesimilar a la proteína prion huésped como parapoder unirse a ella e inducirle el plegamiento.La identidad en el segmento 96-167 esnecesaria pero insuficiente, cuanto mayor seamás eficaz será la interacción de PrPSc con

PrPc (Scott y cols., 1993; McKenzie y Marsh,1996; Telling y cols., 1995) . El grado decompatibilidad de ambas proteínas determinael tiempo de incubación de la enfermedad(meses, años, décadas).

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En la tabla siguiente se enumeran las enfermedades prion conocidas hasta ahora y algunainformación nomenclatural referente a ellas:

Enfermedad Huésped natural

Scrapie Ovejas y cabrasPrionencefalopatiatransmisible del visó n Visón(T M E)

P rio n

Scrapie

¡Forma PrP anormal .Forma PrP celular

ShePrPSc\, ShePrPSc"

prion TM E MkPrPSc MkPrPTME

wasting .Mulos, ciervos y Alces prion CWO MdePrPScChronic

disease (CWO)

Encefalopatiaespongiformebovinos (BSE)

Encefalopatiaespongiformefelinos (FSE)

Encefalopatiaungulados(E U E)

'í<u ru

de los Vacas

de lo s Gato s

d e lo sExóticos Nyala y el gran Kudu

Humanos

C reutzfeldt-Jakobdisease (CJO)Sindrome deG erstm ann-Straussler- H u m anosS c h e i n k e r ("G S S )Fatal familiar insomnia H(FFI) umanos

Humanos

Prevención y tratamiento.Actualmente es posible identificar lasdisfunciones neurológicas con muchaantelación, por lo que desarrollar untratamiento para estas enfermedades es unimperativo, según Prusiner. Para eldiagnóstico de una demencia por prionesdebe observarse un cuadro clínico,neuropatológico y bioquímico compatiblecon una demencia rápidamente progresiva.No deben existir alteraciones metabólicas,lesiones estructurales cerebrales,infecciones ni tumores que puedan serresponsables de la encefalopatía y eldeterioro mental.El diagnóstico definitivo depende delexamen directo del tejido cerebral por mediode una biopsia; puede ser confirmadomediante tinción histoquímica conanticuerpos contra la PrPSc en las placas deamiloide, también mediante elenzimoinmunoensayo, comprobando lapresencia de anticuerpos contra PrP enWestern 810t (Haywood 1997; Castellani1996 ). Aunque los anticuerpos no sonespecíficos contra PrPc o PrPSc, eltratamiento con proteinasa K elimina laPrPc. La inmunohistoquímica puededetectar PrPc en secciones de tejido

M o e P rP C W O

BovPrPBSE

FePrPFSE

NyaPrPEUE

u P rP K u

H u P rP C J O

H u P rP G S S

HuPrPFFI

embebido en parafina, fijado con formalina ytratando con 90-100% de ácido fórmico desecciones desparafinadas. Un estudio deHisch 1996, demuestra especificidad ysensibilidad global de la proteína 14-3-3 enel diagnóstico de la ECJ esporádica en un96%. Esta proteína es neuronal, estápresente en diversas especies y podría jugarun papel importante en la estabilización deproteínas cerebrales en general. Lasensibilidad de este examen se mantienesolo en ausencia de lesiones cerebralesagudas o subagudas ocurridas en el mesanterior al examen. Estudios posterioresparecen no coincidir con esta altasensibilidad (Zeidler 1197a, Concha 1998).El análisis de la concentración en suero de laproteína S100, específica de cerebro, puedeser una valiosa herramienta en eldiagnóstico diferencial de CJO, más fácil derealizar que los test en fluido cerebroespinal.Este método de diagnóstico tiene unasensibilidad del 77.8% y una especifidad del81,1% para confirmar el CJO. (13).La terapia de actuación más atractiva, es laque investiga como interferir la conversiónde PrPc en PrPSc, estabilizando laestructura de la PrPc mediante la aplicaciónde un fármaco de unión. Falta por

prion BSE BovPrPSc

p rio n F S E FePrPSc

prion EUE NyaPrPSc

prion kuru ¡HuPrPSc

prion CJO HuPrPSc

prion GSS HuPrPSc

prion FFI HuPrPSc

determinar si una droga capaz de ligarse ala PrPc en la zona de unión de la proteína X,puede ser más eficaz que otra que imite laestructura de la PrPc con residuospolimórficos básicos que parecen sercapaces de prevenir el scrapie y la

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

1. Suehiro Sakaguchi y Cols. Loss ofcerebellar Purkinje cells in aged micehomozigous fer a disrupted PrP gene.Nature vol. 380: 528-531 (11 Abril/96)

2. Prusiner S. y Cols. Ablation of theprion protein (PrP) gene in miceprevents scrapie and facilitatesproduction of anti-PrP antibodies.Proc. Natl. Acad. Sci. USA Vo1.90,pp.1 0608-1 0612 (November 1993)

3. Mouillet-Richard, M. Ermonval, C.Chebassier, J.L. Laplanche, S.Lehman, J.M. Launay, O. Kellerman.Signal transduction trough prionprotein. Science vol. 289: 1925-1927.2000.

4. Telling, G. Transmission of CJOdisease from humans to transgenicmice expressing chimeric human-mouse prion protein. Proc. Natl. Acad.Sci. USA Vol. 91, pp. 9936-9940(1994)

5. Brown P.BSE and transmission troughblood. Lancet2000; 356: 955-9

6. Markus O. y cols. Oiagnosis of CJO bymeasurement of S100 protein inserum: prospective case-controlstudy. B. Med. J.1998;316:577-582.

7. Gu, H. Fujioka et al. Prion peptide 106-126 modulates the aggregation ofcellular prion protein and induces thesinthesis of potentially neurotoxictransmembrane PrP. The Journal ofBiological Chemistry Vol. 277, No.3:2275-2286 (2002).

8. O'Oonovan, C. Prion protein fragmentPrP 106-126 induces apoptosis viamitochondrial disruption in humanneuronal SH-SY5Y cells.. The Journalof Biochemistry Vol. 276, No.47, pp.43516-43523 (2001).

9. Taylor S. Prion protein fragment 106-126 potentiates catecholaminesecretion from PC-12 cells.Am.J.PhysioI.Cell.Physiol 281:C1850-C1857 (2001).

10. Michael F. Jobling et al. Copper and

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enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Estos

fármacos no precisan penetrar en el citosolde las células, aunque sí deben ser capacesde introducirse en el sistema nerviosocentral (SNC).

zinc binding modulates theaggregation and neurotoxic prapertiesof the prion peptide PrP 106-126.Biochemistry, 40: 8073-8084 .2001.

11. Supattapone S., Nguyen H., CohenF.E., Prusiner S.B., Scott M.R. PNASUSA, 96: 14529-14534.1999.

12. Carsten Korth, B.C.H. May, Fred E.Cohen y S.B Prusiner. Acridine andphenothiazine derivates aspharmacotherapeutics for priondisease. PNAS vol 98 no. 17: 9836-9841. 2001.

13.http://whyfiles.org/012mad_cow/3.htmi

14. Http://www.mad-cow.org/-tom/prio n_evo l.htmI

15.http://www.sciam.com/as kexpert/medicine/medicine14.html

16.http://www.hhmi.org/science/ genetics/lindquisLhtm

17. http://www-micra. msb .Ie.ac. uk/335/P rions. htmI

18.http://www.life.anu.edu.au/vi ruses/l ctv/fs_prion.htm

19.http://www.adeci.org.ar/ed ucacio n/priones.htm

20. http://neurologia.rediris.es/congreso-1/conferencias/priones