priones | |
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Preparación histológica - tejido del lóbulo frontal del cerebro de un paciente con enfermedad de Creutzfeldt-Jakob | |
CIE-11 | XN7AM |
CIE-10 | A81 |
CIE-9 | 046 |
Malla | D011328 |
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Los priones ( ing. prión de proteína " proteína " + infección " infección "; la palabra fue propuesta en 1982 por Stanley Prusiner [1] ) es una clase especial de patógenos infecciosos que no contienen ácidos nucleicos . Los priones son proteínas con una estructura terciaria anormal . Esta posición subyace a la hipótesis del prión [2] , sin embargo, existen otros puntos de vista marginales con respecto a la composición de los priones .
Los priones pueden aumentar su número utilizando las funciones de las células vivas (a este respecto, los priones son similares a los virus ). Un prión es capaz de catalizar la transformación conformacional de una proteína celular normal homóloga en una similar (prión). Como regla general, cuando una proteína entra en el estado de prión, sus hélices α se convierten en láminas β . Los priones que aparecieron como resultado de tal transición pueden, a su vez, reorganizar nuevas moléculas de proteína; por lo tanto, se inicia una reacción en cadena , durante la cual se forman una gran cantidad de moléculas mal plegadas [3] . Los priones son los únicos agentes infecciosos que se sabe que se reproducen sin la participación de ácidos nucleicos.
Todos los priones conocidos provocan la formación de amiloides, agregados de proteínas, incluidas capas β densamente empaquetadas . Los amiloides son fibrillas que crecen en los extremos, y romper la fibrilla da como resultado cuatro extremos en crecimiento. El período de incubación de una enfermedad priónica está determinado por la tasa de crecimiento exponencial del número de priones, que, a su vez, depende de la tasa de crecimiento lineal y fragmentación de los agregados (fibrillas) [4] . La reproducción de priones requiere la presencia inicial de una proteína priónica celular normalmente plegada ; los organismos que carecen de la forma normal de la proteína priónica no sufren enfermedades priónicas.
La forma de prión de la proteína es extremadamente estable y se acumula en el tejido afectado , causando daño y, finalmente, la muerte [5] . La estabilidad de la forma priónica significa que los priones son resistentes a la desnaturalización por agentes químicos y físicos, por lo que es difícil destruir estas partículas o evitar que crezcan. Los priones existen en varias formas: cepas , cada una con una estructura ligeramente diferente.
Los priones causan enfermedades: encefalopatía espongiforme transmisible (TSE) en varios mamíferos , incluida la encefalopatía espongiforme bovina ("enfermedad de las vacas locas"). En los seres humanos, los priones causan la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob , una variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vCJD), el síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker , el insomnio familiar fatal y el kuru [6] . Todas las enfermedades priónicas conocidas afectan el cerebro y otros tejidos nerviosos , actualmente son incurables y finalmente fatales [7] .
Todas las enfermedades priónicas de mamíferos conocidas son causadas por la proteína PrP . Su forma con una estructura terciaria normal se denomina PrP C (del inglés common "ordinary" o celular "celular"), y la forma infecciosa, anormal, se denomina PrP Sc (del inglés scrapie [raspa] " scrapie de oveja ", una de las primeras enfermedades con naturaleza priónica establecida) [8] [9] o PrP TSE (del inglés Transmissible Spongiform Encephalopathies ) [10] .
También se han encontrado proteínas formadoras de priones en algunos hongos [11] . La mayoría de los priones fúngicos no tienen un efecto negativo notable sobre la supervivencia, pero aún existe un debate sobre el papel de los priones fúngicos en la fisiología del organismo huésped y el papel en la evolución [12] . La elucidación de los mecanismos de reproducción de los priones fúngicos resultó ser importante para comprender procesos similares en los mamíferos.
En 2016 apareció un informe sobre la presencia de proteínas con propiedades priónicas en la planta Arabidopsis thaliana (timones de Tal) [13] [14] .
La primera encefalopatía espongiforme transmisible abierta es la tembladera ovina (tembladera). Sus primeros casos se observaron en Gran Bretaña en el siglo XVIII . Con esta enfermedad, las ovejas padecían una fuerte picazón, por lo que los animales tenían que frotarse ( raspar en inglés ) constantemente contra los árboles, de ahí el nombre de la enfermedad. Además, las ovejas experimentaban dolor al mover las patas y sufrían convulsiones severas. Todos estos síntomas son signos clásicos de daño cerebral, y esta extraña enfermedad ha llevado a los científicos por mal camino. Mucho más tarde, en 1967 , Chandler ( ing. Chandler ) descubrió que los ratones también pueden enfermarse , lo que, sin duda, supuso un avance en el estudio de esta enfermedad [15] .
En el siglo XX también se describieron enfermedades priónicas humanas. En la década de 1920, Hans Gerhard Kreutzfeldt y Alfons Maria Jakob investigaron una nueva enfermedad incurable del sistema nervioso humano , cuyo síntoma principal era la formación de cavidades en el tejido cerebral. Posteriormente, esta enfermedad recibió su nombre [15] .
En 1957, Carlton Gaidusek y Vincent Zygas describieron un síndrome neurológico común entre los Fore que vivían en las tierras altas de Papúa Nueva Guinea . Esta enfermedad se caracterizó por temblor , ataxia , en las primeras etapas - movimientos atetoideos. A estos síntomas se sumaron posteriormente la debilidad, la demencia , la enfermedad terminó inevitablemente en la muerte [15] . En el idioma fore, esta enfermedad se llama " kuru ", que significa "temblor" o "deterioro" en la traducción; bajo este nombre, esta enfermedad se conoce hoy. Resultó que el motivo de la propagación del kuru era el canibalismo ritual , que no era raro entre los Fore . Durante los rituales religiosos, comían los órganos de sus parientes muertos. Al mismo tiempo, los niños se comían el cerebro , ya que se creía que a partir de él los niños “ganaban inteligencia”. El período de incubación de la enfermedad puede ser de hasta 50 años, pero en las niñas particularmente susceptibles al kuru, puede ser de 4 años o menos [15] . Por su descubrimiento de la naturaleza infecciosa de la enfermedad de kuru , Carlton Gajduzek recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1976 [16] .
En la década de 1960 en Londres , dos investigadores, la radiobióloga Tikva Alper y el biofísico John Stanley Griffith , plantearon la hipótesis de que algunas encefalopatías espongiformes transmisibles son causadas por patógenos puramente proteicos [17] [18] . Alper y Griffith intentaron así explicar el hecho de que el misterioso agente infeccioso que causa la sarna en las ovejas y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob sea muy resistente a las radiaciones ionizantes . La dosis de radiación necesaria para destruir la mitad de las partículas de un agente infeccioso depende de su tamaño: cuanto más pequeña es una partícula, menos probable es que entre en ella una partícula cargada. Entonces se encontró que el prión es demasiado pequeño para el virus.
Francis Crick reconoció la importancia de la hipótesis de la proteína de Griffith para explicar la propagación de la sarna ovina en la segunda edición de The Central Dogma of Molecular Biology (1970). Aunque Crick defendió el punto de vista de que el flujo de información de proteína a proteína o de proteína a ADN o ARN es imposible, señaló que la hipótesis de Griffith contenía una posible contradicción con esto (sin embargo, el propio Griffith no consideró su hipótesis de esta manera). ) [19] . Posteriormente, formuló su refinada hipótesis, teniendo en cuenta la existencia de la transcripción inversa , descubierta en 1970 por David Baltimore y Howard Temin .
En 1982, Stanley Prusiner de la Universidad de California en San Francisco informó que su grupo había aislado un agente infeccioso hipotético (un prión) y que consistía principalmente en una sola proteína, aunque aislaron esta proteína solo 2 años después de la de Stanley Prusiner . informe [20] . Por su investigación sobre los priones , Prusiner recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1997 [1] .
La proteína que compone los priones (PrP) se puede encontrar en todas las partes del cuerpo en humanos y animales sanos. Sin embargo, la PrP está presente en los tejidos afectados, que tiene una estructura anormal y es resistente a las proteasas ( enzimas que hidrolizan proteínas). Como se mencionó anteriormente, la forma normal se llama PrP C y la forma infecciosa se llama PrP Sc [21] . Bajo ciertas condiciones, se puede lograr el plegamiento in vitro de isoformas de PrP más o menos estructuradas , que son capaces de infectar organismos sanos, aunque con un grado de eficiencia menor que aisladas de organismos enfermos [22] .
PrP C es una proteína de membrana de mamífero normal codificada en humanos por el gen PRNP . El ARNm de PRNP humano codifica un polipéptido largo de 253 residuos de aminoácidos (a.a.) que se acorta mediante enzimas celulares durante la maduración. La forma madura de PrP consta de 208 residuos de aminoácidos y tiene un peso molecular de 35 a 36 kDa [23] . Además de la proteólisis limitada , la PrP sufre otras modificaciones postraduccionales : N - glucosilación en las posiciones Asn -181 y Asn-197, adición de glicosilfosfatidilinositol a Ser - 230 y formación de un enlace disulfuro entre Cys-179 y Cys-214 . 24] . Los residuos de aminoácidos implicados en todas las modificaciones postraduccionales anteriores están muy conservados en los mamíferos [25] .
En la estructura espacial de la PrP, se distinguen una región N-terminal no estructurada ( a.a. 23-125 en humanos) y un dominio globular (a.a. 126-231) que consta de tres hélices α y una hoja β antiparalela de doble cadena [26]. ] [ 27] .
Se conocen varias formas topológicas de PrP con respecto a la membrana: dos son transmembrana y una se fija a la membrana con un ancla glicolipídica [28] .
La formación de PrPC C ocurre en el ER , luego de la maduración, en el complejo de Golgi , desde donde se entrega a la membrana plasmática con la ayuda de vesículas de membrana . Después de eso, se fija en la membrana después de la destrucción del endosoma , o sufre endocitosis y se destruye en los lisosomas [29] .
A diferencia de la forma soluble normal de una proteína, los priones se precipitan mediante centrifugación de alta velocidad , que es la prueba estándar para detectar la presencia de priones [8] . PrP C tiene una alta afinidad por los cationes de cobre divalentes [30] . El significado de este hecho no está claro, pero puede tener algo que ver con su estructura o función. Existe evidencia de que la PrP juega un papel importante en la unión celular , la transmisión de señales intracelulares y, por lo tanto, puede estar involucrada en la comunicación de las células cerebrales [31] . Sin embargo, las funciones de la PrP no se han estudiado lo suficiente.
La isoforma infecciosa de PrP - PrP Sc - es capaz de convertir la proteína PrP C normal en una isoforma infecciosa, cambiando su conformación (es decir, la estructura terciaria ); esto, a su vez, altera las interacciones de la PrP con otras proteínas. Aunque se desconoce la estructura espacial exacta de PrP Sc , se ha encontrado que en ella predominan las capas β en lugar de las hélices α [32] . Estas isoformas anormales se fusionan en fibras amiloides altamente estructuradas que se acumulan para formar placas. No está claro si estas formaciones son la causa del daño celular o simplemente un subproducto del proceso patológico [33] . El extremo de cada fibra sirve como una especie de semilla, a la que se pueden unir moléculas de proteína libres, como resultado de lo cual crece la fibrilla. En la mayoría de los casos, solo las moléculas de PrP que son idénticas en estructura primaria a PrP Sc pueden unirse (por lo tanto, la transmisión de priones suele ser específica de especie) [8] . Sin embargo, también son posibles los casos de transmisión de priones entre especies [34] .
La primera hipótesis que explicaba la reproducción de los priones sin la participación de otras moléculas, en particular, los ácidos nucleicos, fue el modelo heterodimérico [35] . Según esta hipótesis, una molécula de PrP Sc se une a una molécula de PrP C y cataliza su conversión a la forma de prión. Luego, las dos moléculas de PrP Sc divergen y continúan convirtiendo otras PrP C en PrP Sc . Sin embargo, el modelo de reproducción (replicación) de priones debería explicar no solo el mecanismo de reproducción de priones, sino también por qué la aparición espontánea de priones es tan rara. Manfred Eigen ( del lat. Manfred Eigen ) demostró que el modelo heterodimérico requiere que la PrP Sc sea un catalizador fantásticamente eficiente: debería aumentar la frecuencia de conversión de proteína normal a la forma de prión en 10 15 veces [36] . Este problema no surge si asumimos que PrP Sc existe solo en forma agregada (por ejemplo, amiloide), donde la cooperatividad actúa como una barrera para la conversión espontánea a la forma de prión. Además, a pesar de los esfuerzos realizados, no fue posible aislar la PrP Sc monomérica .
Un modelo fibrilar alternativo sugiere que PrP Sc existe solo como fibrillas, con los extremos de las fibrillas uniendo PrP C donde se convierte en PrP Sc . Si esta fuera la única forma, entonces el número de priones aumentaría linealmente. Sin embargo, a medida que avanza la enfermedad priónica, se produce un aumento exponencial de la cantidad de PrP Sc y de la concentración total de partículas infecciosas [37] [38] [39] . Esto puede explicarse si se tiene en cuenta la rotura de fibrillas [40] . En el organismo, la rotura de fibrillas la llevan a cabo proteínas chaperonas , que suelen ayudar a limpiar la célula de proteínas agregadas [41] .
La tasa de crecimiento del número de partículas priónicas infecciosas está determinada en gran medida por la raíz cuadrada de la concentración de PrP Sc [4] . La duración del período de incubación está determinada por la tasa de crecimiento, y esto se confirma mediante estudios in vivo en ratones transgénicos [4] . La misma dependencia fundamental se observa en experimentos con diversas proteínas amiloides in vitro [42] .
El mecanismo de replicación de priones tiene implicaciones para el desarrollo de fármacos. Dado que el período de incubación de las enfermedades priónicas es extremadamente largo, no es necesario que un fármaco eficaz destruya todos los priones, basta con reducir la tasa de su crecimiento exponencial. Los modelos predicen que el fármaco más eficaz sería el que se une a los extremos de las fibrillas y bloquea su crecimiento [43] .
Una explicación para la neurodegeneración inducida por priones podría ser un mal funcionamiento de la PrP . Sin embargo, la función normal de esta proteína es poco conocida. Los datos in vitro apuntan a una amplia variedad de funciones, y los experimentos en ratones knockout para este gen han arrojado relativamente poca información, ya que estos animales muestran solo anomalías menores. Estudios recientes en ratones han demostrado que la escisión de PrP en los nervios periféricos activa la reparación de las células de Schwann de su vaina de mielina y que la ausencia de PrP da como resultado la desmielinización del nervio [44] .
En 2005, se sugirió que la PrP normalmente desempeña un papel en el mantenimiento de la memoria a largo plazo [45] . Además, los ratones que carecen del gen Prnp muestran una potenciación alterada del hipocampo a largo plazo [46] [47] .
En 2006, los científicos del Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica demostraron que la expresión del gen Prnp en las células madre hematopoyéticas es necesaria para el automantenimiento de la médula ósea . Un estudio encontró que las células madre hematopoyéticas de larga vida transportan PrP en la membrana celular, y los tejidos hematopoyéticos con células madre que carecen de PrP son más susceptibles al agotamiento celular [48] .
Según el punto de vista más establecido, los priones son agentes infecciosos puramente proteináceos [11] . Sin embargo, esta hipótesis (hipótesis de la “proteína pura” ) tiene sus inconvenientes y, por lo tanto, han aparecido opiniones alternativas sobre la naturaleza de los priones. Todas estas hipótesis se discuten a continuación.
Antes del descubrimiento de los priones, se creía que todos los agentes infecciosos usaban ácidos nucleicos para reproducirse. La hipótesis de la "proteína pura" postula que una estructura proteica puede multiplicarse sin la participación de ácidos nucleicos. Inicialmente se pensó que esta hipótesis contradecía el dogma central de la biología molecular , según el cual los ácidos nucleicos son la única forma de transmitir información hereditaria, pero ahora se cree que aunque los priones son capaces de transferir información sin la participación de los ácidos nucleicos, son incapaces de transferir información a los ácidos nucleicos [11] .
Evidencia que respalda la hipótesis de la "proteína pura" [49] :
La baja infectividad de los priones derivados de proteína pura in vitro ha llevado al surgimiento de la llamada hipótesis multicomponente , que postula que se requieren otras moléculas cofactor para la formación de un prión infeccioso [50] .
En 2007, el bioquímico Surachai Supattapone y sus colegas del Dartmouth College obtuvieron priones infecciosos purificados a partir de PrP C , copurificando lípidos con proteínas y una molécula de polianión sintético [51] . También demostraron que la molécula polianiónica requerida para la formación del prión tenía una alta afinidad por la PrP y formaba complejos con ella. Esto les dio motivos para suponer que la composición del prión infeccioso incluye no solo proteínas, sino también otras moléculas del cuerpo, incluidos lípidos y moléculas polianiónicas [52] .
En 2010, Ma Jiyan Ma y sus colegas de la Universidad Estatal de Ohio obtuvieron un prión infeccioso a partir de PrP recombinante sintetizado por células bacterianas, fosfolípidos POPG y ARN, lo que también confirma la hipótesis multicomponente [53] . Por el contrario, en otros experimentos solo se obtuvieron priones débilmente infecciosos a partir de PrP recombinante sola [54] [55] .
En 2012, Supattapone y sus colegas aislaron el lípido de membrana fosfatidiletanolamina como un cofactor endógeno capaz de catalizar la formación de una gran cantidad de priones recombinantes de varias cepas sin la participación de otras moléculas [56] . También informaron que este cofactor es necesario para mantener la conformación PrP Sc infecciosa y también determina las propiedades de tensión de los priones infecciosos [57] .
La hipótesis de la "proteína pura" ha sido criticada por quienes creen que la explicación más simple para las enfermedades priónicas es su naturaleza viral [58] . Durante más de una década, la neurohistóloga de la Universidad de Yale, Laura Manuelidis , ha estado tratando de demostrar que las enfermedades priónicas son causadas por un virus lento desconocido . En enero de 2007, ella y sus colegas informaron que habían encontrado el virus en el 10 % (o menos) de las células infectadas con tembladera en cultivo [59] [60] .
La hipótesis viral establece que las EET son causadas por moléculas mensajeras replicables (probablemente ácidos nucleicos ) que se unen a la PrP . Hay cepas conocidas de priones en la EET, incluida la encefalopatía espongiforme bovina y la tembladera, que se caracterizan por propiedades biológicas específicas que, según los partidarios de la hipótesis viral, no pueden explicarse mediante la hipótesis de la "proteína pura".
Argumentos a favor de la hipótesis del virus [49] :
Estudios recientes sobre la propagación de la encefalopatía espongiforme bovina en sistemas libres de células [61] y en reacciones químicas con componentes purificados [51] argumentan claramente en contra de la naturaleza viral de esta enfermedad. Además, el citado trabajo de Jiyan Ma [53] también habla en contra de la hipótesis del virus .
animales afectados | Enfermedades |
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ovejas , cabras | tembladera [62] |
vacas | encefalopatía espongiforme bovina (BSE) o enfermedad de las vacas locas [62] |
visón [62] | Encefalopatía transmisible del visón (TME) |
venado cola blanca , wapiti , alce , venado cola negra [62] | Debilidad crónica (CWD) |
gatos [62] | Encefalopatía espongiforme felina (FSE) |
antílope nyala , oryx , mayor kudu [62] | Encefalopatía espongiforme de ungulados exóticos (EUE) |
avestruz [63] | Encefalopatía espongiforme (no se han registrado casos de transmisión) |
humano | Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ) [62] |
Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob iatrogénica (ECJi) | |
variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vECJ) | |
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob hereditaria ( fECJ) | |
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica (sCJD) | |
Síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS) [62] | |
Insomnio familiar fatal (IFF) [64] | |
kuru [62] |
Los priones causan enfermedades neurodegenerativas porque forman agregados extracelulares en el sistema nervioso central y forman placas amiloides que destruyen la estructura normal del tejido. La destrucción se caracteriza por la formación de "agujeros" (cavidades) en el tejido, y el tejido adquiere una estructura esponjosa debido a la formación de vacuolas en las neuronas [65] . Otros cambios histológicos observados en este caso son la astrogliosis (aumento del número de astrocitos debido a la destrucción de las neuronas cercanas) y la ausencia de reacciones inflamatorias [66] . Aunque el período de incubación de las enfermedades priónicas suele ser muy largo, una vez que aparecen los síntomas , la enfermedad progresa rápidamente y provoca daño cerebral y muerte [67] . Los síntomas neurodegenerativos que aparecen en este caso pueden ser convulsiones , demencia, ataxia (trastorno de la coordinación del movimiento ), cambios de conducta y de personalidad.
Todas las enfermedades priónicas conocidas, denominadas colectivamente encefalopatías espongiformes transmisibles (EET), son incurables y mortales [68] . Se ha desarrollado una vacuna especial para ratones , quizás esto ayude a desarrollar una vacuna contra enfermedades priónicas para humanos [69] . Además, en 2006, los científicos afirmaron que mediante ingeniería genética habían obtenido una vaca que carecía de un gen necesario para la formación de priones, es decir, teóricamente, es inmune a las EET [70] . Esta conclusión se basa en los resultados de un estudio en el que los ratones que carecían de la forma normal de la proteína priónica mostraron resistencia al prión de la tembladera [71] .
Los priones infectan a muchas especies de mamíferos diferentes y la proteína PrP es muy similar en todos los mamíferos [72] . Debido a las pequeñas diferencias entre las PrP en diferentes especies, la transmisión de una especie a otra es inusual para la enfermedad priónica. . Sin embargo, una variante de la enfermedad priónica humana (enfermedad de Creutzfeldt-Jakob) es causada por un prión que generalmente afecta a las vacas y causa encefalopatía espongiforme bovina, que se transmite a través de carne contaminada [73] .
Se cree que la enfermedad priónica puede adquirirse de 3 formas: en el caso de infección directa, hereditaria o esporádicamente (espontáneamente) [74] . En algunos casos, se requiere una combinación de estos factores para el desarrollo de la enfermedad [75] . Por ejemplo, el desarrollo de la tembladera requiere tanto infección como susceptibilidad específica del genotipo [76] . En la mayoría de los casos, las enfermedades priónicas ocurren espontáneamente por razones desconocidas [77] . Las enfermedades hereditarias representan alrededor del 15% de todos los casos [10] . Finalmente, la minoría son el resultado de la acción del ambiente, es decir, son de naturaleza iatrogénica o aparecen como resultado de la infección por priones [10] .
Ocurrencia espontáneaLa enfermedad priónica esporádica (es decir, espontánea) ocurre en una población en un individuo al azar. Tal, por ejemplo, es la versión clásica de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob . Hay 2 hipótesis principales con respecto al inicio espontáneo de las enfermedades priónicas. Según el primero de ellos, se produce un cambio espontáneo en la proteína hasta entonces normal en el cerebro, es decir, se produce una modificación postraduccional [10] . Una hipótesis alternativa establece que una o más células del cuerpo en algún momento sufren una mutación somática (es decir, no heredada) y comienzan a producir una proteína PrP Sc defectuosa [78] . Sea como fuere, se desconoce el mecanismo específico de la aparición espontánea de enfermedades priónicas [10] .
HerenciaSe identificó un gen que codifica la proteína PrP normal , PRNP , [79] , localizado en el vigésimo cromosoma . Todas las enfermedades priónicas hereditarias tienen una mutación en este gen. Se han aislado muchas mutaciones diferentes (alrededor de 30 [10] ) de este gen, y es más probable que las proteínas mutantes resultantes se plieguen en una forma anormal (prión) [76] . Todas estas mutaciones se heredan de forma autosómica dominante [10] . Este descubrimiento reveló un agujero en la teoría general de los priones de que los priones solo pueden prionizar proteínas con una composición de aminoácidos idéntica. Las mutaciones pueden tener lugar en todo el gen. Algunas mutaciones dan como resultado el estiramiento de las repeticiones del octapéptido en el extremo N-terminal de la proteína PrP . Otras mutaciones que conducen a la enfermedad priónica hereditaria pueden ocurrir en las posiciones 102, 117 y 198 ( síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker ), 178, 200, 210 y 232 ( enfermedad de Creutzfeldt-Jakob ) y 178 ( insomnio fatal familiar ).
ContagioSegún investigaciones actuales, la principal vía de adquisición de enfermedades priónicas es comer alimentos contaminados. Se cree que los priones pueden permanecer en el medio ambiente en los restos de animales muertos y también están presentes en la orina , la saliva y otros fluidos y tejidos corporales. Debido a esto, la infección con priones también puede ocurrir durante el uso de instrumentos quirúrgicos no estériles (para esto, consulte la sección "Esterilización"). También pueden persistir en el suelo durante mucho tiempo uniéndose a la arcilla y otros minerales del suelo [80] .
Un grupo de investigadores de la Universidad de California , dirigido por el premio Nobel Stanley Prusiner , demostró que la infección por priones puede desarrollarse a partir de priones contenidos en el estiércol [81] . Y dado que el estiércol está presente alrededor de muchos cuerpos de agua y en los pastos, esto brinda la oportunidad de una amplia propagación de enfermedades priónicas. En 2011, se informó sobre el descubrimiento de priones en el aire en partículas de aerosol (es decir, gotitas en el aire) [82] . Este descubrimiento se realizó durante un experimento con ratones infectados con scrapie. También en 2011, se publicó evidencia preliminar de que los priones pueden transmitirse con gonadotropina menopáusica humana derivada de la orina utilizada para tratar la infertilidad [83] .
EsterilizaciónLa reproducción de agentes infecciosos que contienen ácidos nucleicos depende de los ácidos nucleicos. Sin embargo, los priones aumentan su número al cambiar la estructura de la forma normal de la proteína a la forma priónica. Por lo tanto, la esterilización contra priones debe incluir su desnaturalización hasta el punto en que no puedan cambiar la configuración de otras proteínas. Los priones son en su mayoría resistentes a las proteasas, las altas temperaturas, la radiación y el almacenamiento en formalina [84] , aunque estas medidas reducen su infectividad. La desinfección eficaz contra los priones debe incluir la hidrólisis de los priones o el daño/destrucción de su estructura terciaria. Esto se puede lograr mediante el tratamiento con lejía , hidróxido de sodio y detergentes fuertemente ácidos [85] . Permanecer durante 18 minutos a 134°C en un autoclave de vapor sellado no puede desactivar los priones [86] [87] . La esterilización con ozono se está estudiando actualmente como un método potencial para desactivar y desnaturalizar los priones [88] . No se ha registrado la renaturalización de un prión completamente desnaturalizado a un estado infeccioso, sin embargo, para priones parcialmente desnaturalizados, esto es posible bajo algunas condiciones artificiales [89] .
Según estudios recientes, la alteración del metabolismo de los metales pesados en el cerebro juega un papel importante en la neurotoxicidad asociada a la PrP Sc , aunque es difícil explicar el mecanismo detrás de todo esto en base a la información disponible hasta el momento. Hay hipótesis que explican este fenómeno por el hecho de que la PrP C juega algún papel en el metabolismo de los metales, y su alteración debido a la agregación de esta proteína (en forma de PrP Sc ) en fibrillas provoca un desequilibrio en el metabolismo de los metales pesados en el cerebro. . Según otro punto de vista, la toxicidad de PrP Sc aumenta debido a la incorporación de metales unidos a PrP C en agregados de PrP Sc, lo que conduce a la formación de complejos de PrP Sc con actividad redox . Se conoce el significado fisiológico de algunos complejos metálicos PrP C , mientras que el significado de otros no lo es. Los efectos patológicos de los metales unidos a la PrP C incluyen el daño oxidativo inducido por el metal y, en algunos casos, la conversión de la PrP C a una forma similar a la PrP Sc [90] .
A través de simulaciones por computadora, los científicos han podido encontrar compuestos que podrían ser una cura para las enfermedades priónicas. Por ejemplo, un compuesto puede unirse a un receso en PrP C y estabilizar su estructura, reduciendo la cantidad de PrP Sc dañina [91] .
Recientemente, se han descrito anticuerpos antipriones que pueden atravesar la barrera hematoencefálica y actuar sobre los priones citosólicos [92] .
En la última década del siglo XX, se lograron algunos avances en la inactivación de la infectividad de los priones en la carne utilizando presión ultraalta [93] .
En 2011, se descubrió que los priones pueden ser descompuestos por los líquenes [94] [95] .
De gran importancia práctica es el problema del diagnóstico de enfermedades priónicas, en particular, la encefalopatía espongiforme bovina y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Su período de incubación varía de un mes a décadas, durante el cual una persona no experimenta ningún síntoma, incluso si ya ha comenzado el proceso de conversión de proteínas cerebrales PrP C normales en priones PrP Sc . En la actualidad, prácticamente no hay forma de detectar PrP Sc excepto mediante el examen del tejido cerebral mediante métodos neuropatológicos e inmunohistoquímicos después de la muerte. Un rasgo característico de las enfermedades priónicas es la acumulación de la forma priónica PrP Sc de la proteína PrP, pero está presente en concentraciones muy bajas en fluidos y tejidos corporales fáciles de obtener, como la sangre y la orina. Los investigadores han tratado de desarrollar un método para medir la proporción de PrP Sc , pero todavía no existen métodos completamente reconocidos para usar materiales como la sangre para este fin.
En 2010, un grupo de investigadores de Nueva York describió una forma de detectar PrP Sc incluso cuando su proporción en el tejido cerebral es de uno en cien mil millones (10 −11 ). Este método combina la amplificación con una nueva tecnología llamada inmunoensayo de fibra óptica envolvente ( SOFIA ) y algunos anticuerpos específicos anti-PrP Sc . Después de la amplificación para concentrar toda la PrP Sc posiblemente contenida en la muestra, la muestra se marca con una tinción de anticuerpo fluorescente para determinar la especificidad y finalmente se carga en un tubo de microcapilar. Luego se coloca este tubo en un aparato especial para que quede completamente rodeado de fibras ópticas y toda la luz emitida sobre el tubo sea absorbida por el colorante, previamente excitado por el láser . Esta técnica permite detectar PrP Sc incluso después de un pequeño número de ciclos de conversión a la forma priónica, lo que, en primer lugar, reduce la posibilidad de distorsión del resultado por artefactos experimentales y, en segundo lugar, acelera el procedimiento. Los investigadores utilizaron esta técnica para analizar la sangre de ovejas aparentemente sanas que en realidad estaban infectadas con scrapie. Cuando la enfermedad se hizo evidente, también se examinaron sus cerebros. Así, los investigadores pudieron comparar análisis de sangre y tejido cerebral de animales con síntomas de la enfermedad, con enfermedad latente y no infectados. Los resultados mostraron claramente que la técnica descrita anteriormente permite detectar PrP Sc en el organismo mucho antes de la aparición de los primeros síntomas [96] [97] .
Se ha encontrado actividad antipriónica en astemizol [98] .
La formación de priones [PSI+] suprime la acumulación de pigmento rojo resultante de una mutación en el gen ade1 (abajo), lo que hace que las colonias de levadura se vuelvan blancas (arriba) |
Las proteínas capaces de heredar su conformación, es decir, herencia no mendeliana , fueron descubiertas en la levadura Saccharomyces cerevisiae por Reed Wickner a principios de la década de 1990 . Debido a su parecido con los priones de los mamíferos, estas conformaciones proteicas heredadas alternativas se han denominado priones de levadura. Más tarde, también se descubrieron priones en el hongo Podospora anserina .
El grupo de Susan Lindquist en el Instituto Whitehead ha demostrado que algunos priones fúngicos no están asociados con ningún estado de enfermedad, pero pueden desempeñar un papel beneficioso. Sin embargo, los investigadores del NIH han proporcionado pruebas de que los priones fúngicos pueden reducir la viabilidad celular [99] . Por lo tanto, sigue sin resolverse la cuestión de si los priones fúngicos son agentes causantes de enfermedades o si desempeñan algún papel beneficioso [100] .
A partir de 2012, se conocen entre 11 y 12 priones en hongos, incluidos: siete en Saccharomyces cerevisiae ( Sup35 , Rnq1 , Ure2 , Swi1 , Mot3 , Cyc8 , Sfp1 , Mca1' , proteasa B vacuolar y Mod5 ) y uno en Podospora anserina ( NO -s , MAP-quinasas ).
De estos, el factor de terminación de la traducción Sup35 ( homólogo de eRF3 ) es el mejor estudiado . Las células en las que está presente la forma priónica de Sup35 se denominan células [PSI+] (ver ilustración). Tales células tienen un estado fisiológico alterado y un nivel alterado de expresión de algunos genes, lo que permitió plantear la hipótesis de que la formación de priones en la levadura puede desempeñar un papel adaptativo [101] .
El artículo sobre el descubrimiento del prión Mca1 fue posteriormente rechazado, ya que no fue posible reproducir los resultados del experimento [102] . En particular, la mayoría de los priones fúngicos se basan en repeticiones ricas en glutamina / asparagina , con las excepciones de Mod5 y HET-s .
Los estudios de priones fúngicos respaldan de manera convincente la hipótesis de la "proteína pura", ya que las proteínas purificadas aisladas de células con proteínas en forma de prión demostraron la capacidad de reorganizar las proteínas de la forma normal en la forma de prión in vitro y, al mismo tiempo, las propiedades de esta cepa de priones se conservan. También se arrojó algo de luz sobre los dominios de priones , es decir, los dominios de proteínas que cambian la conformación de otra proteína en una de priones. Los priones fúngicos han ayudado a proporcionar un posible mecanismo para la transición normal a prión que se aplica a todos los priones, aunque los priones fúngicos difieren de los priones infecciosos de mamíferos en que carecen de un cofactor necesario para la reproducción. Las características del dominio de priones pueden variar en diferentes especies. Por ejemplo, las propiedades inherentes a los dominios priónicos de los priones fúngicos no se encuentran en los priones de los mamíferos.
Como se mencionó anteriormente, los priones fúngicos, a diferencia de los priones de mamíferos, se transmiten a la siguiente generación. En otras palabras, los hongos tienen un mecanismo de herencia de priones (proteínas) , que puede servir como un vívido ejemplo de verdadera herencia citoplasmática [11] .
hongos priones | |||||
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Proteína | Maestro | función normal | forma de prión | fenotipo de prión | año de apertura |
Ure2p | S. cerevisiae | Represor de captación de nitrógeno | [URE3] | La capacidad de absorber ureidosuccinato como fuente de nitrógeno [11] | 1994 |
Sup35p | S. cerevisiae | Factor de terminación de traducción | [PSI+] | Aumentar la frecuencia de lectura de codones de parada | 1994 |
HET-S | P. anserina | Factor de incompatibilidad citoplasmática [11] | [Het-s] | Formación de un heterocarión solo entre cepas compatibles | 1997 |
Proteasa vacuolar B | S. cerevisiae | Disminución de la vida útil de las células, trastornos meióticos | [β] | Trastornos de degradación de proteínas celulares en condiciones de inanición | 2003 |
MAP quinasas | P. anserina | Aumento de la pigmentación , crecimiento lento | [C] | 2006 | |
Rnq1p | S. cerevisiae | Factor que potencia la formación de priones | [RNQ+], [PIN+] | Promueve la agregación de otras proteínas. | |
Mca1* | S. cerevisiae | Caspasa de levadura putativa | [ACM+] | desconocido | 2008 |
swi1 | S. cerevisiae | Cambio en la conformación de la cromatina | [SWI+] | Pobre crecimiento en algunas fuentes de carbono | 2008 |
cic8 | S. cerevisiae | represor transcripcional | [OCT+] | Desrepresión transcripcional de muchos genes | 2009 |
Mot3 | S. cerevisiae | factor de transcripción nuclear | [MOT3+] | Desrepresión transcripcional de genes anaeróbicos | 2009 |
SFP1 [103] | S. cerevisiae | Regulador putativo de la transcripción | [ISP+] | Antisupresión | 2010 |
Mod5 [104] | S. cerevisiae | [MOD+] | 2012 |
' es un descubrimiento no confirmado.
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