PRIONS: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, FUNCIONS, MALALTIES - BIOLOGIA - 2025

Els prions són proteïnes sense genoma ni àcids nucleics que actuen com a agents infecciosos. El terme "prion" vol dir partícula infecciosa proteinácea (de l'anglès Proteinaceous Infectious Particles), i va ser encunyat pel neuròleg i guanyador de el premi Nobel, Stanley B. Prusiner.

El 1982, Prusiner i els seus col·legues van identificar una partícula proteica infecciosa, mentre estudiaven les causes de les malalties de Creutzfeldt-Jakob (en humans) i l'encefalopatia espongiforme bovina.

Residus de proteïna prió bovina. Pres i editat de: 23-230López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wüthrich, K. i RCSB, via Wikimedia Commons

Aquestes rars agents infecciosos es troben a la membrana de cèl·lules normals, només que com proteïnes mal plegades i / o amb estructura tridimensional anormal. Aquestes proteïnes són les responsables de múltiples malalties degeneratives i de molt alta mortalitat que afecten els teixits neurals i l'estructura del cervell.

Són també anomenades malalties priòniques. Entre les més importants que afecten humans tenim el kuru, la malaltia de Gerstmann-Sträussler-Scheinker, la síndrome de Creutzfeldt-Jakob i l'insomni familiar fatal.

Característiques generals

Els prions són estructures proteiques presents en les membranes cel·lulars. Aquestes proteïnes posseeixen una forma o una conformació alterada.

Pel que fa a la seva multiplicació, s'aconsegueix mitjançant la conversió de formes, com en el cas de la malaltia de la tremolor. En aquesta malaltia, els prions recluten les PrP (C) (les proteïnes priòniques de conformació no alterada) per estimular la conversió cap a la isoforma PrP (Sc).

Això genera una reacció en cadena que propaga el material infecciós i per tant permet la irrigació de la malaltia. Encara es desconeix com ocorre aquest procés de conversió.

Aquestes inusuals proteïnes capaces de propagar-se, no presenten àcids nucleics. Prova d'això és que són resistents als raigs X ia la radiació ultraviolada. Aquests agents fàcilment descomponen els àcids nucleics.

Les proteïnes priòniques, de les que estan compostos els prions (PrP), es troben en tot el cos, no només dels éssers humans sinó d'altres vertebrats sans. Aquestes proteïnes són generalment resistents a les proteases (enzims que catalitzen proteïnes).

Es coneix molt poc sobre la utilitat de les proteïnes priòniques PrP (C), la forma normal de la proteïna no infecciosa en el cos humà.

No obstant això, alguns investigadors han aconseguit demostrar que, en ratolins, aquestes proteïnes activen la reparació mielínica en les cèl·lules de el sistema nerviós perifèric. També ha estat demostrat que l'absència d'aquestes causa la desmielinització de tals cèl·lules nervioses.

estructures

El coneixement que es té sobre l'estructura dels prions resideix principalment en les investigacions realitzades en el bacteri Escherichia coli.

Els estudis fets demostren que els polipèptids en cadena PrP (C) (normal) i PrP (Sc) (infecciós) són idèntics en la composició d'aminoàcids, però difereixen en la conformació 3D i en el plegament d'aquestes.

PrP (C)

Aquests prions no infecciosos presenten, en els éssers humans, 209 aminoàcids. Tenen un enllaç disulfur. La seva estructura és alfa-helicoïdal, el que significa que té aminoàcids en forma d'espiral (hèlixs alfa) i poques fibres planes d'aminoàcids (fulles beta).

Aquesta proteïna no pot ser separada per centrifugació, el que implica que no és sedimentable. És fàcilment digerida per la serina proteasa d'ampli espectre anomenada proteïnasa K.

PrP (Sc)

És una proteïna infecciosa que transforma PrP (C) en isoformes PrP (Sc) infeccioses i amb una configuració o forma anormal.

Se sap molt poc de la seva estructura 3D, tanmateix es coneix que té poques formes helicoïdals i més fibres planes o fulls betes. El canvi cap a la isoforma és el que es coneix com l'esdeveniment fonamental de les malalties priòniques.

funcions

Les proteïnes priòniques cel·lulars se situen en la superfície cel·lular d'una gran varietat d'òrgans i teixits. Es coneix molt poc sobre les funcions fisiològiques dels prions en l'organisme. Així i tot, experiències fetes en ratolins indiquen possibles funcions, com ara:

Amb receptors metabotròpics de glutamat

Ha estat demostrat que els PrP (C), actuen amb els receptors de glutamat (els ionotròpics i els metabotròpics). El PrP (C) participa com un receptor dels oligòmers sinaptotóxicos de l'pèptid Aß de la superfície cel·lular.

En el desenvolupament embrionari

En ratolins de la família Murinae, s'ha descobert que les proteïnes priòniques PrP (C) s'expressen als pocs dies després de la implantació, en el desenvolupament embrionari.

Això indica que juguen un paper durant el desenvolupament d'aquests petits mamífers. Paper que segons els investigadors està relacionat amb la regulació de neuritogènica (producció d'axons i dendrites de les neurones).

També actuen en el creixement axonal. Aquestes proteïnes priòniques fins i tot estan involucrades en el desenvolupament de l'circuit cerebel·lós. A causa d'això, es creu que l'absència d'aquests prions PrP (C) comporta un retard en el desenvolupament motor dels rosegadors.

neuroprotector

En estudis sobre la sobreexpressió de PrP (C) per l'orientació de gens, es va trobar que l'absència d'aquests prions origina problemes amb la irrigació sanguínia cap a alguns llocs de cervell (isquèmia cerebral aguda).

Això vol dir que les proteïnes priòniques funcionen com neuroprotectors. Addicionalment ha estat demostrat que la sobreexpressió de PrP (C) pot reduir o millorar lesions causades per isquèmia.

Sistema nerviós perifèric

Recentment va ser descoberta la funció fisiològica dels Prp (C) en el manteniment de la mielina perifèrica.

Durant un estudi de laboratori es va descobrir que en absència de la proteïna priònica, els ratolins de laboratori van desenvolupar deficiències de nervis que traslladen la informació des del cervell i la medul·la espinal, en el que es diu una neuropatia perifèrica.

mort cel·lular

Hi ha algunes proteïnes que són similars als prions, i aquestes es localitzen en altres parts de el cos diferents de el cervell.

Les funcions de tals proteïnes és la d'iniciar, regular i / o controlar la mort cel·lular, quan l'organisme està sent atacat (per virones per exemple), prevenint així la propagació de l'patogen.

Aquesta funció peculiar d'aquestes proteïnes, fa pensar als investigadors, sobre la possible importància dels prions no infecciosos en la lluita contra patògens.

Memòria a llarg termini

Un estudi realitzat a l'Institut Stowers, a Missouri, EUA va demostrar que els prions PrP poden tenir una funció en el manteniment de la memòria a llarg termini.

L'estudi va revelar que certes proteïnes priòniques poden ser controlades perquè treballin en el manteniment de les funcions fisiològiques de la memòria a llarg termini.

Renovació de cèl·lules mares

Una investigació sobre proteïnes priòniques que s'expressen en cèl·lules mares de el teixit sanguini, va revelar que totes aquestes cèl·lules mares (hematopoètiques), expressen proteïnes priòniques en la seva membrana cel·lular. Pel que es creu que participen en el complex i importantíssim procés de la renovació cel·lular.

Malalties causades per prions

Les patologies d'origen priònic són reconegudes com trastorns encefàlics degeneratius progressius. Poden atacar animals bovins, cérvols, caribús, ovelles i fins i tot als éssers humans.

Aquestes malalties són provocades per una alteració en l'estructura de les proteïnes PrP (C) i les funcions específiques encara avui dia són incertes. Les patologies priòniques poden sorgir sense una causa coneguda. Poden tenir un origen genètic heretat i també poden ser transmeses de manera infectocontagioses.

Els prions causen malalties de tipus familiar, esporàdiques i contagioses. Les malalties priòniques familiars són aquelles que són heretables. Les patologies esporàdiques, són les més comunes i ocorren sense causes conegudes.

Les malalties contagioses són considerades rares, són transmissibles per contagi persona a persona, animal a animal, persona a animal i viceversa. Les causes són múltiples i van des de consum de carn contaminada, canibalisme, transfusions, fins manipulació d'equips quirúrgics contaminats.

Les malalties priòniques més comuns són:

Malaltia de Creutzfeldt-Jakob (MCJ)

Considerada la malaltia priònica més comú entre els éssers humans, és una patologia cosmopolita, és a dir, de distribució mundial. Pot presentar-se de forma hereditària (familiar), esporàdica o infecciosa.

Els malalts presenten símptomes com demència, sacsejades o moviments involuntaris bruscs i deficiències de el sistema nerviós central.

Depenent de l'tractament i forma de la malaltia, la mort pot ocórrer entre 4 mesos a 2 anys després de l'adquisició de la malaltia. El diagnòstic és difícil de realitzar, normalment es fa post mortem, durant l'autòpsia.

Fotomicrografia de llum de el teixit cerebral que revela la presència de plaques amiloides típiques trobades en un cas variant de la malaltia de Creutzfeldt-Jakob. Pres i editat de: Content Providers (s): CDC / Teresa Hammett Photo Credit: Sherif Zaki; MD; PhD; Wun-Ju Shieh; MD; PhD; MPH, via Wikimedia Commons

Malaltia de Gerstmann-Sträussler-Scheinker

És una malaltia causada per prions en un procés encefàlic infecciós heretable o autosòmic dominant. La malaltia es manifesta en persones de 40 a 60 anys.

Aquestes persones manifesten problemes per articular paraules (disàrtria), sacsejades o moviments involuntaris bruscs, i és freqüent l'agressivitat.

Presenten degeneració cerebel·losa acompanyada de marxa inestable. També és possible observar hiporreflexia, sordesa, paràlisi de la mirada, demència, entre d'altres símptomes. L'esperança de vida és d'aproximadament 5 anys o una mica més.

Prionopatía amb sensibilitat variable a la proteasa

És una malaltia molt poc freqüent, a al punt que el seu rang d'ocurrència és de 2 a 3 casos per cada 100 milions d'habitants. La patologia és similar a la malaltia Gerstmann-Sträussler-Scheinker.

Les manifestacions clíniques de la proteïna indiquen baixa resistència a les proteases, algunes són més i altres menys sensibles a aquests enzims.

Els símptomes que presenten els pacients són: problemes amb la parla i el deteriorament cognitiu, pèrdua de neurones en la zona on el cervell controla els moviments i realitza la coordinació muscular.

La malaltia és freqüent en pacients de la tercera edat (70 anys) i el temps de vida estimat una vegada contagiat és d'aproximadament 20 mesos.

insomni letal

És una malaltia de tipus hereditària o familiar, també pot presentar-se de forma esporàdica. Es coneix que la malaltia es deu a una mutació hereditària o autosòmica dominant.

Els pacients presenten símptomes com problemes acumulatius per dormir i mantenir el son, demència, deteriorament cognitiu, fins a problemes d'hipertensió, taquicàrdia, hiperhidrosi i altres.

L'edat a la qual afecta és bastant àmplia, ja que oscil·la entre els 23 i els 73 anys, però l'edat mitjana és de 40 anys. El temps de vida un cop infectat és de poc més de 6 anys.

Kuru

Aquesta malaltia priònica, ha estat detectada únicament en habitants de Papua Nova Guinea. És una malaltia relacionada amb el canibalisme i la tradició cultural de el ritu de el duel pels morts, on aquestes persones mengen encèfal o carn humana.

Les persones que porten la malaltia, en general, manifesten moviments incontrolables i involuntaris en diferents parts de el cos.

Presenten tremolors, pèrdua de el control dels moviments i pèrdua de la coordinació muscular. L'esperança de vida en persones infectades és de dos anys.

Malalties en animals

Entre les patologies produïdes per prions en animals està l'encefalopatia espongiforme bovina. Aquesta malaltia va causar estralls a Europa, en la salut pública, la dels animals i en l'economia dels països afectats.

Altres malalties en animals són el scrapie, l'encefalopatia transmissible de l'visó, la malaltia de desgast crònic (en cérvols) i l'encefalopatia espongiforme felina.

Aquestes malalties, a l'igual que les presentades en humans, no tenen un tractament efectiu, de manera que la prevenció és fonamental sobretot després dels contagis en humans ocorreguts arran de l'consum de carn de vaques infectades.

tractaments

Fins a la data no es coneix cura per a les malalties priòniques. El tractament és simptomàtic. Se'ls aconsella als pacients planificar cures pal·liatives i se'ls recomana anàlisi i assessorament genètic per a familiars.

Ha estat provada una gran varietat de medicaments en pacients amb malalties priòniques, com ara antivirals, antitumorals, fàrmacs per a malalties com el Parkinson, tractaments per a la immunosupressió, antibiòtics, antifúngics, fins i tot antidepressius.

No obstant això, no existeix evidència en l'actualitat que indiqui que alguns d'aquests disminueixin els símptomes o millorin la supervivència dels malalts.

Prevenció

Els prions són resistents a una varietat de canvis físics i químics. No obstant això, diferents tècniques són emprades per evitar la contaminació de pacients amb instruments quirúrgics contaminats.

Entre les tècniques més emprades hi ha la d'esterilitzar els equips en una autoclau a 132 ° C per una hora i després submergir els instruments en hidròxid de sodi per a l'almenys una hora més.

D'altra banda l'organització mundial de la salut (OMS), ha desenvolupat mesures per evitar el contagi de les malalties priòniques. Aquesta organització estableix normes per al maneig de teixits prohibits o potencialment arriscats com: ulls, cervell, intestí, amígdales i medul·la espinal.

referències

1. Prion, Infectious Agent. Recuperat de britannica.com.
2. ¿What is a Prion? Recuperat de scientificamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. prions - Proteinaceous Infectious Particles. Journal, Indian Academy of Clinical Medicine.
4. Prion. Recuperat de en.wikipedia.org
5. KM Pa, M. Baldwin, J. Nguyen, el Sr. Gasset, A. Serban, Sr. Groth, I. Mehlhorn, Z. Huang, RJ Fletterick, FE Cohen (1993). Conversion of alpha-helices into beta-sheets features in the formation of the scrapie prion proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
6. M.-A. Wulf, A. Senatore & A. Aguzzic (2017). The biological function of the cellular prion protein: an update. BCM Biology.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish et (2006). Prion protein is Expressed on long-term repopulating hematopoietic stem cells and is important for their self-renewal. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
8. Revisió de les malalties produïdes per prions (Encefalopaties espongiformes transmissibles) Recuperat de msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Rodó, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanc (2010). Prionpatías: les encefalopaties per prions. Medicina de Família. SEMERGEN.