Prionii - ce sunt prionii şi cum afectează ei organismul

Denumirea de prion derivă din expresia „particulă infecţioasă proteinacee” şi face referire la agenţi patogeni transmisibili, anormali, acelulari, capabili să producă erori în procesul de formare a unor proteine specifice, numite proteine prion, ce se găsesc în principal în ţesutul cerebral. Nu se cunoaşte exact rolul fiziologic al acestor proteine, dar asamblarea lor greşită este asociată cu apariţia de leziuni cerebrale.

Bolile prionice sunt o familie de tulburări neurodegenerative rare, dar heterogene. Unele sunt considerate zoonoze, altele apar sporadic sau se transmit ereditar. (1)

La animale, prototipul de boală este scrapia, întâlnită la ovine şi caprine şi cunoscută de peste 200 de ani în Europa. Alte afecţiuni provocate de prioni sunt: encefalopatia spongiformă a bovinelor sau boala vacii nebune, sindromul de oboseală cronică (chronic wasting disease) la cerbi şi căprioare, encefalopatia spongiformă a nurcilor, a felinelor şi a copitatelor. Bolile prionice descoperite în prezent la oameni sunt: boala Creutzfeldt-Jacob, alte variante de boală Creutzfeldt-Jacob, sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker, insomnia familială fatală, boala kuru. (2)

Biologia moleculară a prionilor

Structura prionilor a constituit un subiect de dezbateri intense de-a lungul a câtorva decenii. Iniţial s-a considerat că sunt virusuri, dar ideea a fost abandonată, deoarece nu s-a putut realiza izolarea acestora prin tehnicile clasice ale virusologiei şi nu s-a putut descrie un răspuns imun tipic infecţiilor virale. Mai mult, aceşti agenţi patogeni s-au dovedit rezistenţi la procedurile de inactivare a acizilor nucleici. Astfel, s-a demonstrat că nu există material genetic în alcătuirea lor.

Cercetătorul John Griffith publica în anul 1967 în revista Nature un articol ce avea se devină celebru în care vehicula ipoteza că prionii ar fi de fapt structuri proteice şi imagina 3 modalităţi de transmitere. Una dintre acestea nu este deloc departe de modelul real, descoperit în zilele noastre cu ajutorul tehnicilor moderne. (2) După multe proceduri de purificare efectuate pe baza probelor recoltate de la rozătoare s-a reuşit izolarea unei glicoproteine insolubile, rezistente la proteoliză ce a fost denumită iniţial proteina prion – PrP27-30, deoarece masa ei moleculară era 27-30 kDa. Aceasta părea să se acumuleze în creierele animalelor infectate experimental şi uneori forma structuri fibrilare amiloide. Într-un mod absolut surprinzător, nu este o proteină complet străină organismului uman. Acesta posedă o genă, numită PRNP, localizată pe cromozomul 20 ce codifică sinteza unei proteine identice ca greutate moleculară, secvenţă de aminoacizi şi legături covalente. Deosebirea dintre cele două este dată de solubilitate, proteina umană fiind sensibilă la proteoliză. Astfel, proteina asociată cu infecţia a fost redenumită în PrPSc (de la scrapie) şi proteina umană normală – PrPC (de la cellular isoform) . Această proteină prion normală care a mai primit şi numele CD230 (cluster of differentiation 230) este întâlnită în special la nivelul sistemului nervos, dar şi în inimă, muşchi, organe limfoide, tract gastrointestinal, endotelii, tegument, etc. La nivel cerebral apare pe suprafaţa membranelor neuronale în regiuni precum cortexul prefrontal, hipocamp, striat, talamus. Pare implicată în reducerea speciilor reactive de oxigen şi implicit a stresului oxidativ, în transportul cuprului, în semnalizare celulară, formarea şi menţinerea sinapselor, reglarea apoptozei. (3)

În prezent, teoria patogenezei bolilor prionice spune că există un fenomen molecular critic şi anume, trecerea de la starea conformaţională de α-helix (α-sheet), caracteristică proteinei prionice normale PrPC, la starea conformaţională de β-foaie pliată (β-sheet), tipică proteinei anormale PrPSc.

Ce semnifică această transformare şi care sunt consecinţele?

În general, proteinele au o organizare structurală complexă, pe 4 nivele ierarhice. Structura primară se referă la secvenţa de aminoacizi din alcătuire. Structura secundară arată modul de împachetare a proteinei, datorat unor interacţiuni necovalente, în special legături de hidrogen, ce au rolul de a stabiliza axul moleculei. Structura terţiară şi cuaternară se referă la conformaţia spaţială şi formarea de subunităţi necesare activităţii proteinei respective. Ceea ce se modifică în proteina prion normală este conformaţia secundară. Dacă în mod obişnuit ea este de tip α-sheet, în cazul bolilor prionice îşi schimbă structura, adoptând conformaţia β, mai stabilă.

Conform unor studii, (2) această transformare s-ar produce în endozomi şi lizozomi anormali, organite celulare care din anumite motive nu îşi mai păstrează pH-ul acid necesar activării proteazelor. Propagarea acestei reacţii de conversie ar fi susţinută fie de inocularea de proteine prion animale, fie de o mutaţie a genei ce codifică proteina PrPC în cazul bolilor prionice ereditare. Alţi cercetători (3) aduc în discuţie defecte de glicozilare a proteinei PrPC, datorită unei anomalii a unei enzime localizate în aparatul Golgi.

Căi de transmitere a prionilor

Bolile prionice au multiple modalităţi de transmitere între specii de animale şi de la animale la om. Scrapia şi sindromul de oboseală cronică se trasmit foarte uşor de la un animal la altul, provocând adevărate endemii. Trecerea barierei de specie şi afectarea populaţiei umane se produce extrem de rar, iar transmiterea interumană nu a fost raportată până acum. De-a lungul timpului s-au examinat diverse căi de excreţie ale proteinelor prionice animale şi s-a constatat că unele boli animale precum scrapia oilor, sindromul de oboseală cronică al renilor şi căprioarelor, boala vacii nebune se corelează cu eliminări importante de prioni în mediu. Ca atare, există numeroase surse de prioni cu care omul intră în contact. E demonstrat că animalele bolnave excretă prioni prin lapte, fecale, urină, salivă, secreţii nazale. Nu se menţionează nimic despre consumul de carne de animal infectat. Solul se pare că este un rezervor de particule prionice, deoarece multe ferme şi gospodării depun în pământ resturi şi carcase de animale. De aici, ele sunt preluate de rozătoare, altă sursă de infecţie pentru om. (4)

Infecţia cu particule prionice poate fi dobândită şi iatrogen, în cazul sterilizării defectuoase a instrumentarului chirurgical, în special post intervenţii neurochirurgicale sau în urma unui transplant corneean ori implantare de electrozi EEG. Pentru formele sporadice şi ereditare, s-au descoperit numeroase mutaţii missens în gena PRNP.

Patogeneza bolilor prionice umane

Luând ca rută de pătrundere în organism calea digestivă, prionii din alimentele ingerate ajung în plăcile Payer din structura peretelui intestinal şi în alte ţesuturi limfoide periferice. Aici ei sunt întâmpinaţi de celulele foliculare dendritice care îi captează şi îi scot din tubul digestiv purtându-i în splină. Neuroinvazia se produce când sistemul nervos autonom din vecinătatea organelor limfatice este afectat şi transmite retrograd particulele prionice către structuri ale sistemului nervos central. (2)

Aspecte clinice ale bolilor prionice umane

Incidenţa acestora este de 1-5 cazuri/1 milion pe an şi au drept caracteristică principală demenţa rapid progresivă. Boala Creutzfeldt-Jacob sporadică, cea mai cunoscută dintre ele are o perioadă medie de supravieţuire de 5 luni şi debutează în decadele 6-7. Confuzia, dezorientarea, pierderea memoriei sunt primele simptome apărute. Urmează apoi tulburări de comportament şi ale ritmului somn-veghe, astenie, cefalee, vertij, afazie, dificultăţi în alimentare, de mers, ataxie, mioclonii.

Varianta bolii Creutzfeldt-Jacob este singura zoonoză prionică cunoscută în prezent, debutând după contactul cu bovine afectate de encefalopatie spongiformă (sau boala vacii nebune). Se întâlneşte de obicei la tineri, vârsta medie fiind 27-30 ani. Durata bolii este de 13-14 luni, iar în tabloul clinic apare un prodrom psihiatric, de regulă cu 6 luni înainte de debutul semnelor neurologice: disfuncţie cognitivă, disestezie, distonii, mioclonus, coree. Tot zoonoză a fost şi boala kuru, întâlnită la unele triburi canibale din Papua Noua Guinee ce consumau creiere umane. Perioada de incubaţie era foarte lungă, în unele cazuri chiar de 50 de ani şi rareori era observată.

Boala Creutzfeldt-Jacob ereditară poate fi cauzată de peste 20 mutaţii ale genei PRNP, apare între 30-55 ani şi cuprinde demenţă rapid progresivă, ataxie, fatigabilitate, tulburări de somn, mai rar mioclonii. Sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker este tot o boală prionică ereditară manifestată prin ataxie lent progresivă cu debut tardiv al demenţei şi apare de regulă în decada 5. Uneori simptomele sunt destul de asemănătoare cu cele din boala Parkinson. (5)

Perspective de tratament

În prezent nu există terapii care să limiteze sau să conducă către reversia procesului de acumulare a proteinelor prion anormale nici pentru om şi nici pentru animale. Studii pe culturi celulare indică o limitare a producţiei de PrPSc sub influenţa Quinacrinei, compus utilizat în boli produse de protozoare (paraziţi unicelulari) sau prin adăugarea de Clorpromazină (antipsihotic) în culturi. Unele antibiotice din clasa tetraciclinelor au crescut supravieţuirea în rândul hamsterilor infectaţi cu scrapie. Recent, în Italia s-a realizat un trial clinic în dublu-orb în cadrul căruia s-a administrat Doxiciclină unor pacienţi cu boala Creutzfeldt-Jacob, dar nu s-au observat îmbunătăţiri ale ratei mortalităţii. Fiind în plină eră a terapiei imunomodulatoare, cele mai recente cercetări se concentrează pe producţia unor anticorpi monoclonali care să se lege de proteina prion normală, PrPC şi să împiedice transformarea ei în PrPSc.

Concluzii

Calea către descoperirea structurii prionilor şi înţelegerea mecanismului patogenic nu a fost simplă, fiind necesare zeci, chiar sute de ani. De la stabilirea denumirii de „particulă infecţioasă proteinacee” până în prezent s-a demonstrat cu certitudine că aceştia sunt structuri proteice care modifică procesul normal de asamblare al altor proteine. Noi teorii sugerează că nu sunt răspunzători doar de bolile prionice clasice, ci de toate celelalte condiţii neurodegenerative care presupun formarea şi agregarea de proteine anormale. Astfel, boli precum Parkinson. Alzheimer, Huntington ar fi apanajul aceloraşi perturbări moleculare observate în bolile prionice. (2)