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Príons - Biologia


As doenças por príons há muito tempo fascinam os biólogos, devido à natureza incomum do agente infeccioso. Recentemente, as doenças por príons se tornaram uma grande notícia por causa do surgimento da doença príon bovina (vaca) BSE, que pode ser transmitida aos humanos como a doença vCJD.

Introdução

Os príons são agentes infecciosos que desafiaram por muito tempo algumas de nossas idéias básicas de biologia. Eles parecem se comportar como outros organismos infecciosos, mas carecem de qualquer uma das características mais fundamentais dos organismos. Em particular, eles carecem de qualquer material genético (DNA ou RNA). Com o tempo, o trabalho com os príons sugeriu que o "agente infeccioso" é, na verdade, uma proteína mal dobrada - que faz com que uma proteína celular normal mude de forma para a forma mal dobrada.

As doenças por príons e os príons são tão incomuns e fascinantes que foram objeto de dois prêmios Nobel de Fisiologia ou Medicina. Em 1976, Carleton Gajdusek compartilhou o prêmio Nobel por seu trabalho, mostrando que o kuru da doença humana era semelhante ao conhecido scrapie da doença das ovelhas. Em 1997, Stanley Prusiner, da UCSF, foi o único destinatário do prêmio; Prusiner foi responsável pelo desenvolvimento do modelo moderno de príons.

Como doenças, as doenças por príons são bastante raras e difíceis de transmitir. Mas também são bastante assustadores, porque são doenças neurodegenerativas progressivas, sem cura e sem tratamento. Eles também têm a mística de serem estranhos, devido à pouca compreensão do que são os príons e como funcionam.

A doença do príon mais notícia é a BSE (encefalopatia espongiforme bovina), freqüentemente chamada de doença da vaca louca. É bastante provável que o agente da BSE possa ser transmitido a humanos e causar vCJD (variante da doença de Creutzfeldt-Jakob). O número de casos conhecidos de vCJD em humanos é inferior a 200, mas há tantas incógnitas, incluindo um possível período de incubação de muitos anos, que esta doença misteriosa ataca o medo - pelo menos muita incerteza.

À medida que aprendemos mais sobre as doenças por príons, uma nova parte da história está surgindo. É possível que várias doenças neurodegenerativas, há muito consideradas bastante distintas, compartilhem algumas características subjacentes. Isso inclui a doença de Alzheimer, a doença de Parkinson, a doença de Huntington e as doenças por príons. O traço comum pode ser que todos envolvam proteínas mal dobradas. A razão para o dobramento incorreto e os detalhes do desenvolvimento da doença variam, e não há nenhuma implicação aqui de que todos eles são infecciosos. Na verdade, nem todas as doenças por príons são infecciosas.

Doenças de príon

As doenças de príon são, normalmente, doenças neurodegenerativas de desenvolvimento lento. As doenças priônicas clássicas são encontradas em mamíferos. No entanto, fenômenos do tipo prião foram encontrados em leveduras, como discutido abaixo. Assim, devemos estar abertos à possibilidade de encontrar fenômenos príon, bons ou maus, que são diferentes das doenças neurodegenerativas que costumamos discutir.

Aqui estão algumas das doenças de príon mais comuns sobre as quais você provavelmente ouvirá. Em geral, essas doenças são bastante específicas para um tipo de animal, portanto, são listadas por animal.

Ovelha

  • A scrapie é a doença do príon "clássica" e o assunto da maioria dos primeiros trabalhos sobre esse tipo de doença. Ovelhas não são animais de laboratório muito bons, então o progresso foi lento. Scrapie foi adaptado para pequenos animais de laboratório, incluindo ratos e hamsters; muito trabalho de laboratório é feito com scrapie de rato ou scrapie de hamster.

Gado

  • BSE (encefalopatia espongiforme bovina) é a grande notícia

Humanos

  • Kuru
  • CJD (doença de Creutzfeldt-Jakob)
  • vCJD (variante da doença de Creutzfeldt-Jakob). Esta é uma doença distinta da CJD; é quase certo que é causado pelo agente que causa a BSE em bovinos.
  • Doenças de príon menos comuns, mas razoavelmente bem caracterizadas em humanos incluem: FFI (insônia familiar fatal) e GSS (síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker)

Alce e veado

  • CWD (doença debilitante crônica)

O príon: o agente infeccioso

Algumas doenças por príons parecem ser infecciosas. Ou seja, pode-se isolar algo de um indivíduo infectado, dar para outro indivíduo e esse indivíduo vai pegar a doença e fazer mais do material infeccioso. Esse é o comportamento que se espera de um agente infeccioso, como um vírus ou bactéria. (Microbiologistas diriam que o agente infeccioso príon satisfaz os postulados de Koch, um conjunto de regras básicas usadas para mostrar que alguém tem um agente infeccioso.)

Então, que tipo de agente infeccioso é? Essa é a etapa na qual os biólogos ficam muito fascinados com o príon. As propriedades do agente infeccioso não correspondem às de nenhum agente conhecido. Em particular...

* O agente príon não é inativado por uma ampla gama de tratamentos que devem inativar vírus ou bactérias.
* O agente príon, até onde sabemos, não contém ácido nucléico - nenhum genoma.

Bem, o material infeccioso do príon não é fácil de manusear, e os primeiros experimentos mostrando essas propriedades estavam sujeitos a desafios. No entanto, o trabalho continuou a dar suporte a essas propriedades. Assim, parecia que o agente príon não era um agente comum. Na verdade, quase parecia que o agente príon era uma proteína auto-replicante. O problema é que "uma proteína auto-replicante" não se encaixa em nossa compreensão moderna de proteínas. "Uma proteína auto-replicante" seria uma violação importante do "Dogma Central", que diz que apenas os ácidos nucléicos podem "se auto-replicar". É por isso que os biólogos são fascinados pelo agente príon. Se realmente fizesse o que parecia fazer, revelaria uma grande fraqueza em nossa compreensão de genes e proteínas.

Dois desenvolvimentos importantes serviram para esclarecer a natureza do agente príon. Discutiremos isso nas duas seções a seguir. Nesse ponto, apresentaremos o modelo de trabalho atual para a natureza do agente príon - um modelo que agora é amplamente aceito, mas ainda não se mostrou claramente correto.

O gene príon

Em algum momento, o gene que codifica a proteína príon foi encontrado. Onde? No host. Ou seja, o gene príon - o gene para a proteína príon - é um gene hospedeiro normal. Quando uma ovelha contrai a doença do príon (scrapie), o gene da própria ovelha para a proteína príon codifica qualquer nova proteína príon produzida.

Um teste direto mostrando a importância do gene hospedeiro do príon para a doença do príon veio com camundongos, onde é "fácil" deletar um gene específico. Camundongos sem o gene para a proteína príon não podem ser infectados com príons. (O método usado para fazer tal "rato nocaute" é discutido brevemente na página BITN Biotecnologia agrícola (alimentos GM) e Terapia gênica - Introdução.)

Encontrar o gene do príon resolve um problema do mistério do príon. A proteína não se auto-replica verdadeiramente. É codificado por um gene, um gene normal - na verdade, por um gene hospedeiro. Assim, a característica do modelo de príon que mais seriamente desafiava nosso entendimento comum de genes e proteínas não é mais um problema. A atenção agora se volta para a questão de como essa proteína hospedeira se torna "tóxica" e como sua forma tóxica pode ser infecciosa.

Então, qual é o propósito normal desse gene príon em suas células? O trabalho com os camundongos sem esse gene (acima) deu uma pista: esses camundongos pareciam bastante normais. Ou seja, parecia que o gene príon não tinha um papel normal - que não é essencial. No entanto, essa pode não ser a história completa. O gene do príon é altamente conservado entre os mamíferos, o que sugere que ele existe por uma razão. E há relatos de diferenças sutis entre ratos com e sem o gene príon normal. Em particular, há evidências de que a proteína príon normal está envolvida na regulação do sono. (Curiosamente, uma doença de príon em humanos envolve sono anormal.) Portanto, neste ponto, realmente não sabemos para que serve a proteína príon normal, e é até possível que seja desnecessário. Voltaremos a este ponto quando discutirmos a susceptibilidade genética - e a resistência - aos príons.

Um artigo publicado em novembro de 2007 oferece evidências de um papel para a forma normal da proteína príon. Eles sugerem que ele está envolvido nas respostas imunológicas; especificamente, eles mostram que a proteína príon normal atua para controlar retrovírus endógenos. Será interessante ver como essa descoberta se mantém e quais são suas implicações. O artigo é: M Lotscher et al, Induced Prion Protein Controls Immune-Activated Retroviruses in the Mouse Spleen. PLoS ONE 2 (11): e1158, 7/11/07. O artigo é gratuito online em: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0001158.

Shadoo. Novos trabalhos estão levando a uma nova visão sobre o papel do gene príon. Outro gene relacionado ao gene príon foi encontrado; é chamado de Shadoo. O principal resultado é que a perda de Shadoo e do gene do príon é letal, ao passo que a perda de qualquer um deles sozinho não é. Isso sugere que temos duas proteínas relacionadas com função de sobreposição; qualquer um pode compensar o outro - embora talvez de forma imperfeita. Essa descoberta abrirá novas abordagens para estudar a função do príon. O novo artigo é: R Young et al, O príon ou a proteína Shadoo relacionada é necessária para a embriogênese inicial do camundongo. FEBS Letters 583: 3296-3300, 14/09/09.

Um modelo provisório

A partir do trabalho descrito acima - e, claro, muito mais - um modelo provisório para o príon começou a se desenvolver. Neste ponto, o modelo é que a proteína tóxica é uma forma alterada de uma proteína celular normal. Dados extensos não conseguiram mostrar qualquer diferença na composição dos dois formulários. E alguns dados mostraram que as duas formas são formas dobradas diferentes - chamadas de "conformações". Ou seja, a proteína príon normal se dobra em uma certa estrutura 3D, enquanto a proteína príon tóxica se dobra de maneira diferente. Então, diz o modelo, a forma tóxica pode fazer com que a forma normal se redobre na forma tóxica.

Que as proteínas podem ter mais de uma conformação estável ou útil está bem dentro de nosso entendimento comum de bioquímica. As proteínas são flexíveis e as mudanças de forma fazem parte de sua função e regulação normais. As proteínas comumente interagem umas com as outras e, é claro, causam mudanças conformacionais quando o fazem. No entanto, as especificidades do modelo do príon - que uma forma faz com que a outra se redobre "à sua própria imagem" - é nova.

Príons de levedura

Fermento? Como passamos das doenças neurodegenerativas à levedura? Bem, é uma história complicada, apenas algumas notas aqui com alguns destaques. Os biólogos de leveduras notaram que certas propriedades novas não apresentavam herança normal. Depois de algumas investigações, eles mostraram que o comportamento era muito parecido com o do príon postulado dos mamíferos. A nova propriedade foi devido a um dobramento alterado de uma proteína normal, e a proteína anormal poderia induzir o dobramento anormal de moléculas normais.

Portanto, o que o trabalho com o fermento fez foi estabelecer um sistema de modelo simples para um aspecto-chave da história do príon. A ideia básica de uma proteína induzindo uma mudança de forma em seus irmãos, causando a ocorrência de uma nova propriedade celular, poderia ser experimentada com bastante facilidade no sistema de levedura. Essa mudança de forma induzida é o coração do modelo de príon e, portanto, essas proteínas de levedura tornaram-se conhecidas como príons de levedura.

É importante ressaltar que o trabalho com leveduras não comprovou o que são os príons mamíferos. O importante é que os príons de levedura forneceram um modelo; eles mostraram que as proteínas podem fazer o que foi proposto no sistema dos mamíferos. O trabalho com o fermento progrediu rapidamente porque os príons de fermento são relativamente fáceis de trabalhar. Resta saber até que ponto o modelo do príon de levedura realmente se ajusta aos príons dos mamíferos. Como veremos a seguir, a resposta é que os princípios básicos dos príons de levedura são transferidos para os príons dos mamíferos.

Suscetibilidade genética - e resistência - aos príons

Existem duas razões amplas pelas quais alguns organismos podem ser mais / menos resistentes a contrair doenças por príons, por razões genéticas. Um seria "geral" - que algo na natureza genética geral do organismo afeta algum aspecto da doença do príon. A outra é mais específica: como a proteína príon é agora conhecida por ser codificada por um gene hospedeiro, variações nesse gene podem causar variações na doença.

Até onde eu sei, ainda não há evidências de fatores genéticos "gerais" que afetam a doença por príons em animais. Pode-se esperar que alguns sejam encontrados em algum ponto; portanto, não devemos dar muita importância a esse ponto, de uma forma ou de outra. (Na levedura, uma proteína chaperona é essencial para o efeito do príon; portanto, seu gene seria um fator genético geral. Suspeito que tais fatores serão encontrados em animais.)

Por outro lado, há evidências abundantes de que variações no gene do príon afetam a doença do príon.

O exemplo mais dramático é que a ausência do gene príon torna o animal resistente à doença. Isso foi observado acima, como evidência para o papel-chave do gene do príon hospedeiro.

Também foi notado que os animais sem o gene do príon pareciam bastante normais. Assim, pode-se perguntar se uma maneira prática de combater a doença do príon, pelo menos com animais de fazenda, seria reproduzi-los para não possuírem o gene do príon. Na verdade, o trabalho está sendo feito nesse sentido. Resta ver se isso se prova útil.

Em dezembro de 2006, foi anunciado que os pesquisadores finalmente conseguiram fazer vacas sem o gene do príon. Evidências preliminares sugerem que essas vacas são de fato resistentes a doenças por príons, mas um trabalho mais definitivo está em andamento. As vacas também parecem normais até agora. O artigo é JA Richt et al., Production of cattleing prion protein. Nature Biotechnology 25: 132, 1/07. Online: http://www.nature.com/nbt/journal/v2...s/nbt1271.html. (O acesso além do resumo provavelmente está restrito aos assinantes.) Uma notícia: "Revelação da vaca louca? Gado geneticamente modificado não contém príons"; 1 ° de janeiro de 2007. Está em http://www.sciencedaily.com/releases/2007/01/070101103354.htm.

Essa abordagem poderia ser estendida aos humanos? Bem, as abordagens comuns usadas para fazer variantes genéticas de animais de fazenda ou de laboratório não são aplicáveis ​​aos humanos - pelo menos neste ponto. No entanto, também se pode perguntar se uma droga destinada a reduzir a atividade do gene príon ajudaria. Novamente, isso está sob investigação, mas não é um problema fácil (em parte porque é difícil levar drogas ao cérebro).

Existem variações naturais ("polimorfismos") encontradas no gene príon em humanos. A frequência das doenças por príon é diferente para pessoas com versões diferentes do gene príon. Assim, parece que algumas versões da proteína príon são mais propensas a se converterem ao estado de doença do que outras versões.

Transmissão e outras "causas" de doenças por príons

A maior parte de nossa atenção tem se concentrado na ideia de que as doenças por príons são "transmissíveis" (ou infecciosas, pelo menos no sentido geral da palavra). É por isso que estamos preocupados com a BSE; parece que o príon BSE pode ser transmitido aos humanos (embora provavelmente de forma ineficiente). No entanto, agora também entendemos que a própria proteína príon é uma parte normal do corpo. Então, pode de alguma forma causar uma "doença" - sem qualquer "transmissão"? Sim, de fato.

Várias doenças por príons são conhecidas em humanos. A mais comum é a doença de Creutzfeldt-Jakob - a CJD original. Ocorre com uma frequência de cerca de um em um milhão por ano - tornando-se assim uma doença rara, mas certamente não desconhecida. Parece provável que seja devido a um evento aleatório da proteína príon normal que se dobrou incorretamente na forma de doença. É concebível que algum evento desencadeie o evento doença, mas até o momento não há evidências sobre o assunto. Este "fundo", aparentemente espontâneo, CJD é às vezes conhecido como "CJD esporádica", ou sCJD ".

Em muito poucos casos, descobriu-se que doenças por príons ocorrem nas famílias. Análises modernas de tais famílias mostram que a família carrega uma forma mutante do gene príon. Aparentemente, a mutação aumenta a chance da forma de doença do príon se formar.

Assim, temos três grandes "causas" da doença do príon:

  • Transmissão: aquisição de um príon defeituoso de fora;
  • Espontâneo ou esporádico: a própria proteína príon de uma pessoa transformando-se na forma de doença;
  • Genética: ter uma chance maior de sua própria proteína príon se transformar em uma forma de doença.

Todas essas causas da doença do príon podem ser explicadas na versão atual do modelo do príon.

Rotas de transmissão de príons

Dissemos que os príons podem ser transmitidos de um animal infectado para outro. Quais são as rotas de transmissão?

Na discussão comum, muitas vezes estamos falando sobre a transmissão oral. A vCJD é transmitida aos humanos pela ingestão de carne bovina infectada - carne de vacas portadoras de BSE. Além disso, é provável que a BSE tenha sido transmitida de vaca para vaca alimentando as vacas com material contendo produtos de vacas infectadas. Kuru foi transmitido de humano para humano por canibalismo ritual - comendo o cérebro de pessoas infectadas.

No entanto, a transmissão oral é apenas uma via possível. Na verdade, a transmissão oral não é particularmente eficiente e não é bem compreendida. Geralmente, as proteínas ingeridas por via oral são degradadas. De alguma forma, o príon tóxico estável consegue sobreviver ao processo normal de digestão - pelo menos em algum nível baixo.

No trabalho de laboratório, a transmissão costuma ser realizada por injeção direta no cérebro. Esta é provavelmente a transmissão mais eficiente conhecida. Pode parecer irrelevante para o mundo real, mas infelizmente isso não é totalmente verdade. Existem casos conhecidos em que a doença do príon foi transmitida por instrumentos cirúrgicos ou pelo uso de tecidos infectados. Esses casos são extremamente raros, mas são claros e ajudam a compreender o processo de transmissão. A CJD transmitida por procedimentos médicos é conhecida como CJD iatrogênica.

Costumava-se pensar que o risco de transmissão de príons estava associado apenas ao tecido do sistema nervoso. No entanto, isso parece uma simplificação excessiva. Conforme o trabalho continua, parece que outros tecidos - incluindo fluidos corporais como sangue ou saliva - podem transmitir príons, pelo menos em alguns casos.

Como os príons causam doenças? Relevância das doenças de príons para outras doenças de dobramento de proteínas.

A resposta curta é que não sabemos.

Uma história interessante está surgindo, no entanto. Agora está claro que existem várias doenças neurodegenerativas de animais superiores, incluindo humanos, que compartilham uma característica comum: a produção de um agregado de proteínas insolúveis nas células afetadas. Essas doenças incluem a doença de Alzheimer, a doença de Huntington e a doença de Parkinson, bem como as doenças por príons. A forma como a proteína alterada que produz o agregado é feita varia com a doença. Apenas as doenças por príons parecem envolver uma proteína transmissível. Agora, não há garantia de que todos esses agregados de proteínas causem danos da mesma maneira, mas pelo menos a ampla questão dos efeitos dessas proteínas agregadoras excessivas está sendo estudada em vários sistemas.

Há algumas evidências de que a doença de Alzheimer pode ser transmitida por injeção direta da forma da proteína no cérebro. O trabalho foi feito em sistemas modelo em ratos. Que eu saiba, não há evidências de transmissão do Alzheimer, ou de qualquer outra doença que não seja dobra de proteínas do príon, por meios "comuns".

O artigo que mostra a transmissão da doença de Alzheimer no modelo de camundongo é: M Meyer-Luehmann et al, Exogenous induction of cerebral β-amyloidogenesis is governed by agent and host. Science 313: 1781, 22/09/06. É gratuito online em: http://www.sciencemag.org/content/313/5794/1781.abstract.

Um tema que está começando a se desenvolver é que pode muito bem não ser o agregado em si que causa a doença, mas sim algo sobre o alto nível da proteína. Uma variação disso é a possibilidade de que um estágio muito inicial de agregação seja o agente tóxico. Por exemplo, um agregado de apenas algumas moléculas de proteína - chamado de oligômero - pode ainda ser solúvel e capaz de causar danos; em contraste, os grandes agregados mais proeminentes podem ser mais efeitos colaterais do que importantes por si só. Uma consequência desse modelo é que o esforço para desagregar os grandes agregados pode ser equivocado; fazer isso pode criar mais dos oligômeros menores e mais tóxicos.

Um novo trabalho com a doença de Alzheimer produziu algumas pistas interessantes. O trabalho envolveu a purificação de diferentes formas da proteína de Alzheimer e sua injeção no cérebro de ratos. Um resultado importante foi que o dímero solúvel da proteína era mais ativo. Em particular, o monômero não era ativo e o material da placa insolúvel não era ativo. Isso fornece suporte direto para a ideia de que uma pequena forma solúvel é a forma ativa, não o material de placa mais facilmente observado. Claro, este resultado é para esta doença e este sistema modelo; sua generalidade ainda está para ser vista. O sistema também permite que eles comecem a ver como a proteína ativa causa doenças.

Um comunicado à imprensa anunciando este trabalho: "Cientistas isolam uma chave tóxica para a doença de Alzheimer em cérebros humanos - fragmentos de proteína beta-amilóide solúvel podem danificar células cerebrais." 23 de junho de 2008. Online: http://news.harvard.edu/gazette/story/2008/06/scientists-isolate-a-toxic-key-to-alzheimers-disease-in-human-brains. O artigo é: G M Shankar et al, Amyloid-β protein dímeros isolados diretamente do cérebro de Alzheimer prejudicam a plasticidade sináptica e a memória. Nature Medicine 14: 837, 8/08. A lista PubMed, com resumo, está em http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18568035; uma cópia do artigo completo está disponível gratuitamente lá.

Tratamento de doenças de príon

A resposta curta é que não há tratamento ou cura disponível.

À medida que a compreensão do príon melhora, há um trabalho de tentativa de encontrar agentes que possam interferir na formação da forma "ruim" ou em sua ação, ou possivelmente até mesmo "dissolver" o material príon preexistente. Há alguns trabalhos interessantes e até alguns resultados anedóticos promissores. Mas até agora, testes adequados não validaram nenhum tratamento.

Testar um agente contra a doença do príon em humanos é muito difícil. Por um lado, essas doenças são bastante raras. Além disso, muito do trabalho de laboratório sugere que o tratamento seria mais eficaz no início do curso da doença; entretanto, o diagnóstico de doenças por príons em humanos geralmente ocorre quando o caso está bem estabelecido.

Alguns trabalham no desenvolvimento de tratamentos para doenças de príons ...

Derivados do vermelho do Congo. O vermelho do Congo é um corante que se liga às proteínas príon. É usado para detectar príons, mas é muito tóxico para ser usado terapeuticamente. Aqui, eles exploram alguns derivados do vermelho do Congo, com dois resultados interessantes. Uma delas é que eles desenvolvem um composto eficaz na eliminação de príons em células de cultura, e parece valer a pena testá-lo em modelos animais. Em segundo lugar, a comparação dos compostos sugere que uma propriedade chave é que os compostos eficazes permitem a degradação da proteína príon. Mais especificamente, a droga pode impedir que o príon iniba a maquinaria de degradação de proteínas - o proteassoma. Uma notícia sobre este trabalho é: Os derivados do corante Congo liberam o proteossomo [sic] para livrar as células dos príons, Micróbio 2: 524, 11/07. Microbe, a revista de notícias da American Society for Microbiology, é gratuita online; este item está em forms.asm.org/microbe/index.asp?bid=54023. O artigo em si é: S Webb et al, Mechanistic insights into the cure of prion disease by novel antiprion components. Journal of Virology 81: 10729-41, 10/07. Grátis online em: http://jvi.asm.org/cgi/content/abstract/81/19/10729.

Tratamento de RNAi. RNAi significa interferência de RNA; a ideia é fazer uma molécula curta de RNA que possa se ligar ao mRNA (RNA mensageiro) de um gene e interferir em sua função. Um artigo interessante virou notícia em dezembro de 2006. No novo trabalho, eles usaram RNAi para reduzir a produção da proteína príon. Eles demonstraram o princípio usando células de camundongo em cultura de laboratório. Então, usando um vetor viral para entregar o gene para o RNAi, eles mostraram um efeito em um sistema modelo de camundongo. Enfatize que esse resultado - certamente muito interessante - é uma pista que precisa ser acompanhada. A lógica é boa, mas o efeito é bastante modesto neste ponto - e todo o trabalho é com ratos. O mundo do desenvolvimento de medicamentos está repleto de boas ideias que se mostraram promissoras em um sistema animal, mas não funcionaram em humanos. No entanto, este é um item interessante, e o artigo Comentário mostrado abaixo é uma boa visão geral do campo (incluindo outras opções de tratamento que estão sendo testadas), bem como do trabalho específico. O comentário: Q Kong, RNAi: uma nova estratégia para o tratamento de doenças por príons. Journal of Clinical Investigation 116 (12): 3101, 12/06. É gratuito online em: http://www.jci.org/articles/view/30663. Os links do comentário para o artigo de pesquisa. Este item também é brevemente mencionado no tópico BITN RNAi (RNA de interferência ou silenciamento).

Reversão. Os sintomas de uma doença por príon podem ser revertidos se a replicação contínua do príon for evitada, de acordo com um trabalho relatado em fevereiro de 2007. O trabalho foi feito em camundongos, usando um truque genético que não seria aplicável a humanos. No entanto, o trabalho oferece alguma esperança, uma "prova de princípio". É provável que esse tratamento seja mais eficaz no início da doença, levantando assim o problema do diagnóstico precoce. O artigo é G R Mallucci et al, Targeting celular prion protein reverte os déficits cognitivos iniciais e disfunção neurofisiológica em camundongos infectados por príon, Neuron 53: 325, 2/1/07. Uma notícia sobre o trabalho: "Os cientistas 'invertem' os sinais da vCJD. As doenças por príons afetam o cérebro. Os sintomas das doenças por príons, como a forma humana da doença das vacas loucas vCJD, podem ser revertidos, sugere um estudo com ratos." 1 de fevereiro de 2007. http://news.bbc.co.uk/2/hi/health/6314877.stm.

Minha opinião / conselho sobre os riscos da BSE

No topo da página, alertei que minha formação não é médica e que meu objetivo aqui não é aconselhamento médico. Eu me interessei pela história do príon muito antes da BSE - muito antes da palavra príon ou o nome Prusiner se tornarem conhecidos. Os príons são fascinantes.

No entanto, tendo chegado até aqui, gostaria de dizer como avalio a situação atual da BSE nos Estados Unidos. Tentarei apresentar minhas razões, para que você possa analisá-las, não apenas avaliar meus resultados financeiros. Pelo que entendi, acho que o risco de contrair vCJD por comer carne bovina é muito baixo. Existem várias considerações para se chegar a essa conclusão. Cada um desses motivos tem limitações, mas, no geral, vejo poucos motivos para me preocupar.

Razões para não se preocupar muito com a carne bovina infectada com BSE:

  • Não há razão para acreditar que haja um número significativo de vacas infectadas com BSE nos Estados Unidos. Claro, uma limitação disso é que poucos são testados, portanto, pode-se ficar um pouco desconfiado dos dados reais. No entanto, quase não há evidências de vacas com sinais de doença, e medidas para prevenir a transmissão da BSE estão em vigor há vários anos. Lembre-se de que a vaca BSE nos noticiários (janeiro de 2004) nasceu antes que as principais etapas para interromper a transmissão fossem postas em prática. Esta vaca redirecionou a atenção para o assunto e medidas adicionais para reduzir a transmissão da BSE foram implementadas.
  • Adquirir a doença de um animal infectado requer a ingestão de tecido que contém o príon. Até onde sabemos, trata-se principalmente de tecido do cérebro e do sistema nervoso. Essas são partes que normalmente não entram na cadeia alimentar humana. O músculo, a parte mais comumente comida da vaca, tem pouco ou nenhum príon.
  • A transmissão do agente de vacas para humanos provavelmente não é muito eficiente. Na Grã-Bretanha, que tinha um grande número de vacas infectadas com BSE, menos de 200 pessoas desenvolveram vCJD. Claro, não sabemos se mais o desenvolverão mais tarde; afinal, trata-se de um tipo de doença com período latente notoriamente longo. No entanto, as evidências acumuladas não mostram sinais de um grande aumento - pelo menos até agora.

Links externos

  • Livro: Warwick Anderson, The Collectors of Lost Souls - Transformando cientistas de kuru em homens brancos. Johns Hopkins University Press, 2008. ISBN 978-0-8018-9040-6. Kuru é um distúrbio neurodegenerativo, uma encefalopatia espongiforme semelhante ao que chamamos de doença da vaca louca (ou BSE ou CJD). Foi o primeiro grande agrupamento desse tipo de doença, endêmica da tribo Fore da Nova Guiné. Este livro é a história do kuru e o trabalho dos cientistas no final dos anos 1950 para aprender sobre essa doença incomum. Em particular, é a história de Carleton Gajdusek, que recebeu o prêmio Nobel por mostrar que o kuru foi transmitido por canibalismo ritual entre os Fore. Trabalhos posteriores levariam à compreensão do agente transmissível como um príon - e a outro prêmio Nobel, a Stan Prusiner. O livro é a história da doença, mas também da cultura: a cultura dos Fore e a cultura dos cientistas. Por exemplo, há uma discussão sobre a natureza do canibalismo, incluindo uma comparação com a prática dos médicos de fazer uma autópsia e coletar cérebros. Muito se fala da competição entre vários grupos que estudam o Fore e da mudança de estilos na ciência nos Estados Unidos. É interessante que, apesar de todos os esforços dedicados para descobrir o kuru, o que realmente fez a diferença foi um comentário casual de um veterinário - que Gajdusek foi sábio o suficiente para seguir. O livro termina com uma nota inevitável para baixo, com a queda e prisão de Gajdusek. Mas isso é parte da história e é tratado com elegância. O autor Anderson é médico e historiador da ciência, então ele entende o conteúdo e escreve bem. Em suma, este é um livro agradável em vários níveis.
  • Livro: P Yam, A proteína patológica: vaca louca, debilidade crônica e outras doenças priônicas mortais. Copernicus, 2003. ISBN 0-387-95508-9. Uma excelente visão geral da história do príon, para o público em geral, de um jornalista científico. Este livro apresenta a variedade de doenças por príons, em animais e humanos, e as relações entre elas. Ele desenvolve nossa compreensão atual do que são os príons e como funcionam, com uma boa consideração das incertezas da história. Um bom lugar para começar, se você quiser saber o que são os príons; provavelmente uma boa visão geral para muitos cientistas, pois reúne muitas informações em um livro bastante curto e muito legível.
  • Doenças do príon. www.microbiologybytes.com/virology/Prions.html. Boa visão geral. Faz parte de um site mais amplo, Microbiology Bytes.
  • Notícias sobre BSE e vCJD. http://www.cidrap.umn.edu/cidrap/content/other/bse/index.html. Da CIDRAP; Também listo o CIDRAP como uma boa fonte geral de informações sobre doenças emergentes.
  • Doença debilitante crônica (CWD). wildlifedisease.nbii.gov/dise...agemode=submit. Da Infraestrutura Nacional de Informações Biológicas (NBII). CWD é uma doença priônica de cervos e alces, que está se tornando um problema sério nos Estados Unidos. As implicações para a saúde humana não são claras. Até o momento, não há evidências de transmissão para humanos (por exemplo, caçadores de cervos), mas é difícil fazer um forte argumento de que não há risco.
  • Encefalopatia Espongiforme Bovina (BSE). Do USDA FAS (Foreign Agricultural Service). "Esta página fornece fontes de informação sobre os efeitos da BSE no comércio. Fornecidos são links para documentos relacionados, como regulamentos, relatórios e notas de imprensa, bem como as páginas principais da BSE para vários sites de governos e organizações." www.fas.usda.gov/dlp/BSE/bse.html. Esta página pode ser muito técnica para a maioria das pessoas, mas é uma ótima fonte quando você deseja informações sobre regulamentações governamentais.
  • S Seethaler, em face da incerteza - Bovinos malucos e bancos de sangue vazios. (Também intitulado: O que vacas loucas têm a ver com meu sangue? Conectando os pontos: Bovinos malucos, bancos de sangue vazios e mantimentos por uma canção.) Berkeley Science Review, Spring 2003, p 40. BSR é uma publicação gratuita da UC Estudantes de graduação de Berkeley, geralmente destacando trabalhos de Berkeley. Este artigo está disponível online em sciencereview.berkeley.edu/ar...le=perspective. Ele se concentra na nova restrição de que aqueles que passaram muito tempo na Inglaterra não podem ser doadores de sangue. Na época em que isso foi divulgado, não havia quase nenhuma evidência de que os príons pudessem ser transmitidos pelo sangue; no entanto, evidências mais recentes aumentaram um pouco a preocupação. Em parte, o artigo é baseado em discussões com a Dra. Kate O'Neill, Professora de Ciência Ambiental, Política e Gestão.
  • Sites de prêmios Nobel:
  • Gajdusek: http://www.nobelprize.org/nobel_priz...aureates/1976/.
  • Prusiner: http://www.nobelprize.org/nobel_priz...aureates/1997/.
  • Página de Prusiner, em UCSF: Estudos Biológicos Moleculares, Genéticos e Proteínas Estruturais da Doença do Prião. www.neuroscience.ucsf.edu/neu.../prusiner.html.

Diversos; atualizações

  • Galinhas assassinas - acompanhamento (9 de dezembro de 2009).
  • A doença de Alzheimer é transmissível? (4 de fevereiro de 2011).

Um novo tipo de doença do príon. Uma característica da proteína príon é que ela está ancorada na membrana celular. Na verdade, foi demonstrado que a âncora é necessária para o processo usual da doença do príon. Aqui, eles estendem esse trabalho, com ratos de laboratório, e mostram que uma forma mutante da proteína príon que não está ancorada pode causar um tipo distinto de doença. O artigo é: B Chesebro et al, Fatal Transmissible Amyloid Encephalopathy: A New Type of Prion Disease Associated with Lack of Prion Protein Membrane Anchoring. PLoS Pathogens 6 (3): e1000800, 3/10.

O risco CWD. O CWD é um risco para quem come veado? Um novo papel contribui para a história, embora mais uma vez sem uma resposta definitiva para a questão real. O que eles fazem é testar dois tipos de macacos quanto à suscetibilidade à CWD. Um tipo acaba sendo suscetível, enquanto o outro não. Aquele que não está está mais perto dos humanos. Isso pode ser interessante, mas não prova nada sobre o que poderia acontecer em humanos. No entanto, também é verdade que não há evidências epidemiológicas sugerindo que qualquer transmissão tenha ocorrido. Além disso, o trabalho de laboratório não mostrou sinais de transmissão de CWD para células humanas. Aqui está uma notícia sobre este trabalho, do NIH ... Species Barrier May Protect Macaques from Chronic Wasting Disease, 29 de julho de 2009: http://www.nih.gov/news/health/jul2009/niaid-29. htm. O artigo é: B Race et al, Susceptabilities of Nonhuman Primates to Chronic Wasting Disease. Doenças Infecciosas Emergentes 15 (9): 1366, 9/09.

Como surge a BSE. Não há consenso sobre como a BSE surgiu no início da epidemia de BSE. É possível que tenha surgido por transmissão de um animal, como uma ovelha infectada com tremor epizoótico. É possível que tenha surgido por uma mutação em uma vaca. Parece improvável que as evidências nos permitam distinguir esses possíveis eventos de origem. No entanto, em 2008, os cientistas relataram uma vaca nos Estados Unidos com BSE que claramente se deve a uma mutação no gene celular do príon; na verdade, a mutação é semelhante a uma conhecida por causar CJD em humanos. Isso mostra que as mutações podem causar BSE em vacas, assim como podem causar doenças por príons em humanos. No entanto, é especulação estender o argumento. O artigo é: J A Richt & S M Hall, Caso de BSE associado à mutação do gene da proteína de prion. PLoS Pathogens 4 (9): e1000156, 12 de setembro de 2008.

How Animal Prions Cause Disease in Humans, um artigo de destaque de Suzette A. Priola. Micróbio 3: 568, 12/08. Microbe, a revista de notícias da American Society for Microbiology, é gratuita online; este item está em microbemagazine.org/index.php...red&Itemid=212. O título é um pouco presunçoso, mas este artigo é uma boa visão geral das doenças por príons, com ênfase na transmissão entre espécies. Ele aborda o problema do CWD - sem respondê-lo, é claro, uma vez que nenhuma resposta ainda é conhecida.

Conversão de príon - in vitro. Um princípio básico do modelo de príon é que a forma normal da proteína príon é convertida na forma de doença. No entanto, as tentativas de mostrar essa etapa no laboratório têm sido muito difíceis. Alguns trabalhos foram sugestivos, mas material insuficiente foi gerado para permitir testes completos. Um grande avanço há alguns anos foi o desenvolvimento de um processo de amplificação, para aumentar a quantidade de príon da doença produzido in vitro. Os primeiros trabalhos com este sistema de amplificação exigiram um extrato bruto de células; portanto, os requisitos para conversão não foram definidos. Agora, temos um trabalho mostrando a conversão em um sistema in vitro limpo. O desenvolvimento chave foi adicionar um polianião sintético; uma variedade de polímeros funcionou. Com essa adição, a conversão de príons agora é realizada em um sistema limpo, livre de outros materiais celulares. O papel do poliânion ainda precisa ser elucidado; considera-se provável que sirva como algum tipo de estrutura para a interação de proteínas. O artigo é: NR Deleault et al, Formation of native prions from minimal components in vitro. PNAS 104: 9741, 6/5/07. Grátis online em: http://www.pnas.org/content/104/23/9741.abstract. Há uma notícia sobre esse trabalho na revista de ex-alunos da Dartmouth Medical School, outono de 2007: uma receita simples para o desastre cerebral.

Incidência da doença de príon (2007). A mensagem listada aqui fornece algumas estatísticas para vCJD e outras doenças por príons em 2007 e nos últimos anos. Entre os pontos úteis aqui: O número total de casos de vCJD é inferior a 200; a incidência de vCJD está diminuindo e é pequena em comparação com a CJD esporádica. Prion Disease Update 2007, do ProMED-mail. Se você pesquisar seus arquivos pela palavra príon, obterá as atualizações mais recentes. Também listo o ProMED-mail como uma boa fonte geral de informações sobre doenças emergentes.

Sangue. Agora está claro que os príons podem ser transmitidos pelo sangue. O risco é provavelmente baixo, uma vez que poucos doadores de sangue terão príons defeituosos. No entanto, precauções adicionais foram implementadas para reduzir as chances de príons no suprimento de sangue. Uma notícia sobre transmissão de príon pelo sangue: Quarto caso de vCJD relacionado com transfusão de sangue no Reino Unido (22 de janeiro de 2007). http://www.cidrap.umn.edu/cidrap/content/other/bse/news/jan2207vcjd.html. Também listo o CIDRAP como uma boa fonte geral de informações sobre doenças emergentes.

Foie gras.O produto alimentar foie gras consiste em fígados aumentados de certas aves que foram alimentadas à força. Aqui, eles mostram que o produto contém proteína "amilóide" e que, quando administrado a camundongos em um sistema modelo, aumenta as doenças amilóides. A proteína amilóide específica vista aqui é mais relevante para a artrite reumatóide humana. Eu trataria isso como uma descoberta preliminar por enquanto. No entanto, tem várias implicações possíveis que precisam ser exploradas. O mais simples, claro, é se o foie gras realmente promove a formação de amilóide e doenças em humanos. Mas, além disso, existem níveis significativos de tal amiloide em fígados de aves normais - ou em outros produtos alimentícios? Além disso, embora seja mais provável que um tipo particular de amiloide aumente a produção adicional de amilóides muito semelhantes, não é absolutamente certo que seja sempre assim. Que outros riscos existem para serem descobertos? Comunicado de imprensa da Universidade do Tennessee: UT Medical Researcher Determines Link between Foie Gras and Disease, 18 de junho de 2007. http://www.utk.edu/tntoday/2007/06/1...s-and-disease/ . O artigo é: A Solomon et al, Amyloidogenic potencial of foie gras. PNAS 104: 10998, 6/26/07.

Contribuidores

  • Robert Bruner (http://bbruner.org)

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Prions

Os príons são os agentes sub-virais, que funcionam como partículas infecciosas proteicas sem um RNA ou DNA genômico. Eles são os patógenos misteriosos cujo acúmulo dentro dos neurônios causa severa fatal e transmissível doenças neurodegenerativas em humanos e animais.

Os príons possuem apenas Proteínas PrP. O termo príon foi cunhado por um cientista chamado Stanley Prusiner. As doenças de príons são muito raras, mas sempre fatal. O príon causa o dobramento anormal das células normais do cérebro.

Os sintomas da infecção por príons progridem rapidamente, o que requer cuidados médicos adequados para controlar a disseminação da infecção. Esta postagem descreve o significado, a estrutura e o ciclo de replicação dos príons. Você também conhecerá as doenças associadas aos príons com medidas de diagnóstico e controle.

Conteúdo: Prions


Notas de estudo sobre príons

Príon é um acrônimo para & # 8216proteinaceous infecciosa particle. & # 8217 Em meados da década de 1960, Tikvah Alper e colaboradores relataram que o ácido nucleico provavelmente não seria um componente do agente infeccioso que causa a doença scrapie. Em 1967, J. S. Griffith especulou que o agente scrapie pode ser uma proteína capaz de & # 8216auto-replicação & # 8217 sem ácido nucleico.

No entanto, Stanley B. Prusiner, neurologista da Universidade da Califórnia em San Francisco, foi o primeiro no início dos anos 1980 & # 8217 a purificar com sucesso o agente infeccioso e a mostrar que ele consiste principalmente de proteínas (tecnicamente, é uma glicoproteína, porque tem um grupo de açúcar anexado). Ele cunhou o termo príon em 1982 para o novo patógeno que consiste exclusivamente em proteína, responsável por doenças neurodegenerativas chamadas de encefalopatias espongiformes transmissíveis (EET).

Estes incluem a doença scrapie em ovelhas, encefalopata espongiforme bovino (BSE ou doença produzida em vacas) em bovinos, doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) e Kuru em humanos. Ele escolheu este nome para distinguir este novo patógeno de vírus e viróides.

Prusiner recebeu o prêmio nobre de medicina por uma teoria revolucionária & # 8216a hipótese do príon. Em 2007, o bioquímico Surachai Supattapon e colegas de trabalho produziram príons infecciosos purificados (lipídios co-purificados PrPc e uma molécula polianiônica sintética). Em 2010, Jiyan. Ma e colegas de trabalho purificaram príons infecciosos. Em 2011, foi demonstrado que os príons podem ser degradados por líquenes.

Os príons são algo único que existe em algum lugar na zona de fronteira entre coisas vivas e matéria não viva. O príon, uma proteína anormal da célula normal (PrP), se acumula no cérebro e danifica e destrói progressivamente as células cerebrais. A proteína príon pode ser transmitida em outros indivíduos da mesma espécie ou de espécies estreitamente relacionadas, por injeção ou ingestão de tecido infectado e parece ser transmissível entre espécies que não estão intimamente relacionadas, por exemplo, entre gado e humanos.

Proteínas que apresentam comportamento do tipo príon também são encontradas em alguns fungos. Em 2010, havia 8 proteínas príon conhecidas em fungos (7 em Saccharomyces cerevisae e 1 em Podospora anserina). Isso tem sido útil para ajudar a entender os príons de mamíferos. Os príons fúngicos não parecem causar doenças nos hospedeiros (príons não letais).

2. Estrutura dos Príons:

Os príons são compostos exclusivamente de sialogicoproteína chamada proteína príon (PrP). Eles não contêm ácido nucléico. Esta proteína é encontrada em todo o corpo, mesmo em pessoas e animais saudáveis. No entanto, a PrP encontrada nas partículas infecciosas tem uma estrutura diferente e é resistente às proteases, a enzima do corpo que normalmente pode quebrar as proteínas.

A forma normal da proteína é PrPc, enquanto a forma infecciosa é chamada Pr Psc (o c se refere ao PrP celular ou comum, enquanto o sc se refere ao scrapie, uma doença por príon que ocorre em ovelhas). PrPc é uma proteína normal encontrada na membrana das células.

Possui 209 aminoácidos (em humanos), uma ligação dissulfeto, uma massa molecular de 35-36 KDa e uma estrutura principalmente alfa-helicoidal. A isoforma infecciosa do PrP, conhecida como PrPSc, é capaz de converter proteínas PrPc normais em isoforma infecciosa, alterando sua conformação, ou forma, que por sua vez, altera a forma de interconexão do príon. Embora a estrutura 3D exata de PrPSc não seja conhecida, ela tem uma proporção maior de estrutura de folha B no lugar da estrutura normal de hélice a.

3. Multiplicação de príons:

Os príons se multiplicam transmitindo um estado de proteína mal dobrada. Quando o príon entra em um organismo saudável, ele induz proteínas existentes devidamente dobradas para a forma de príon associada a doenças. O príon atua como um modelo para guiar o dobramento incorreto de mais proteínas na forma de príon. Esses príons recém-formados podem então converter mais proteínas, o que desencadeia uma cadeia de reações que produz uma grande quantidade de formas de príons. Para explicar este modelo de Heterodímero é fornecido.

Modelo de heterodímero:

Este modelo tenta explicar como os príons se replicam de maneira apenas proteica. Uma única molécula PrPsc liga-se a uma única molécula PrPc e catalisa sua conversão em PrPsc. As duas moléculas PrPsc então se separam e podem passar a converter mais PrPc (Fig. 3). Um modelo alternativo assume que PrPsc existe apenas como fibrilas e que as extremidades das fibrilas ligam PrPc e o convertem em PrPsc (Fig. 4).

4. Doenças do príon:

As doenças por príons (também chamadas de encefalopatia espongiforme transmissível) são muito raras: quase todas as doenças por príons conhecidas são doenças neurológicas. A doença de Creutz Feldt-Jacob representa cerca de 85% dos casos. Existem cerca de 1 a 1,5 casos por milhão de pessoas por ano.

Doenças do príon humano:

Doença de Creutzfeldt-Jacob (Encefalopatia Espongiforme Bovina):

Uma pessoa pode contrair a doença comendo carne bovina infectada com BSE (Encefalopatia espongiforme bovina) após uma transfusão de sangue, de uma pessoa com a doença, injeção de hormônio de crescimento humano extraído de corpos com a doença ou por meio de instrumentos cirúrgicos infectados.

Os pacientes sofrem de ataxia ou desequilíbrio (um paciente não consegue ficar de pé ou andar bem porque não consegue manter o equilíbrio. Isso ocorre por causa de uma doença no cerebelo), demência ou perda de mentalidade (perda progressiva das funções cognitivas) geralmente morrem após um ano.

Esta doença é vista em pessoas que vivem na Nova Guiné, que comem o cérebro de pessoas mortas. Os pacientes sofrem de ataxia, demência e incapacidade de mover os olhos. Os pacientes geralmente morrem dentro de dois anos.

Síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker:

Síndrome muito rara, se apresenta com ataxia e demência Doenças por príons em animais.


Limpar e esterilizar adequadamente o equipamento médico pode prevenir a propagação da doença. Se você tem ou pode ter CJD, não doe órgãos ou tecidos, incluindo tecido da córnea.
Os regulamentos mais recentes que regem o manejo e a alimentação das vacas podem ajudar a prevenir a propagação de doenças por príons.

À medida que as doenças por príon progridem, as pessoas com essas doenças geralmente precisam de ajuda para se cuidar. Em alguns casos, eles podem ficar em suas casas, mas eventualmente podem precisar se mudar para um centro de cuidados.


Possíveis funções para PrP C são sugeridas por parceiros de interação

Embora controversa, a participação da PrP C em processos neurobiológicos e, particularmente, na regulação e memória do sono, levanta a questão de se a proteína príon celular modula os mecanismos sinápticos e a excitabilidade neuronal em nível molecular. Os insights sobre os possíveis mecanismos podem ser fornecidos pela interação documentada de PrPC com vários canais iônicos e receptores metabotrópicos de glutamato (Fig. 2). No entanto, é necessário ter cuidado ao rastrear o interactoma da PrP C lotado: apenas as interações com parceiros moleculares que exibem uma correlação funcional com a ligação da PrP C devem ser consideradas de relevância biológica potencial.

A PrP C exerce suas funções por meio de mecanismos distintos. A proteína príon celular pode utilizar vários mecanismos para modular as funções celulares. Conforme esquematicamente representado em uma, PrP C pode alterar diretamente a função da sua proteína alvo mediando modificações pós-tradução, por exemplo, promovendo a S-nitrosilação do receptor NMDA. Alternativamente, PrP C modula proteínas auxiliares de canais iônicos, regulando assim as propriedades biofísicas do canal (b) ou seu tráfego (c) Outra função da PrP C surge de sua capacidade de ligar cátions divalentes, como zinco (Zn 2+) ou cobre (Cu 2+). Foi alegado que a PrP C pode tamponar esses cátions dentro da fenda sináptica e pode facilitar sua captação (d) por meio de receptores AMPA. Algumas ações mais bem definidas da PrP C incluem sua ligação a espécies de proteínas oligoméricas mal dobradas e sinalização em complexo com outros receptores de membrana (e) Além disso, o PrP C pode sinalizar trans por seus produtos de clivagem N-terminal, que podem se ligar a outros receptores, incluindo proeminentemente o receptor acoplado à proteína G Adgrg6 (f)

A PrP C interage com a dipeptidil peptidase-like 6 (DPP6), uma subunidade auxiliar do canal de potássio controlado por voltagem 4.2 (Kv4.2), o que leva a correntes aumentadas e prolongadas através deste canal, reduzindo assim a excitabilidade celular [77]. Além disso, a PrP C e uma versão mutante da PrP C que está ligada a uma doença genética do príon mostraram co-imunoprecipitar com a subunidade auxiliar α2δ-1 de VGCCs em camundongos transgênicos [78]. O PrP C mutante afetou o tráfego de α2δ-1 e a função nas sinapses. O papel molecular da PrP C na função do VGCC em condições fisiológicas permanece obscuro (Fig. 3). No entanto, os déficits nas correntes de VGCC e na homeostase do cálcio foram relatados em Prnp Neurônios ZH1 / ZH1 [79, 80] e foram propostos para fundamentar a redução da lentidão após hiperpolarização (sAHP) observada em camundongos deficientes em PrP C. O sAHP é uma propriedade de muitos neurônios que é evocada por potenciais de ação repetitivos e controla o disparo do potencial de ação subsequente. A condutância intermediária, canal de potássio ativado por cálcio (IkCa) foi reivindicado para controlar este parâmetro neurofisiológico [81].

Visão geral esquemática das possíveis funções fisiológicas da PrP C e seu efeito no sistema nervoso central. PrP C regula os canais iônicos e receptores de neurotransmissores nos níveis pré e pós-sináptico. uma PrP C pode modular o tráfego de VGCC na pré-sinapse por meio da interação com o α2δ-1 subunidade VGCC. b Pós-sinápticamente, PrP C amortece as correntes mediadas pelo receptor NMDA modulando várias subunidades do receptor deste canal. Foi especulado que o controle da função do receptor NMDA pode estar relacionado a certos fenótipos relatados de camundongos estabelecidos com PrP C. c A PrP C também pode controlar o sistema glutamatérgico modulando a composição de subunidades dos receptores de cainato. Isso possivelmente está relacionado ao aumento da suscetibilidade de camundongos estabelecidos com PrP C a convulsões induzidas por cainato. d A PrP C associa-se e promove a localização das subunidades do receptor AMPA na superfície celular. Isso facilita a captação de zinco na fenda sináptica por meio dos receptores AMPA. Em astrócitos, um complexo PrP C –AMPA pode estar envolvido na captação de lactato. e A PrP C liga-se a espécies de proteínas oligoméricas tóxicas. PrP C liga-se a oligômeros Aβ e, em complexo com o receptor metabotrópico de glutamato 5 (mGluR5), foi proposto para desencadear a sinalização intracelular relacionada à patologia da doença de Alzheimer. f O PrP C controla o influxo de cálcio por meio da interação com diferentes canais de íons. Além disso, a PrP C foi reivindicada para regular o armazenamento de cálcio através da ATPase de cálcio do retículo sarcoplasmático / endoplasmático (SERCA). g O PrP C modula positivamente as correntes de potássio, conforme exemplificado pela associação com DPP6, uma subunidade auxiliar do canal de potássio Kv 4.2. O controle dos canais de cálcio e potássio pode estar relacionado à alegada função da PrP C na excitabilidade neuronal. ER retículo endoplasmático

O defeito sAHP não só poderia ser reproduzido por grupos de pesquisa independentes em Prnp Camundongos ZH1 / ZH1 [80, 82, 83], também foi demonstrado em um modelo de depleção de PrP C de início adulto, indicando que este não é um fenótipo de desenvolvimento [39]. No nível celular, espera-se que o sAHP reduzido resulte em um maior disparo neuronal. O aumento da excitabilidade neuronal no hipocampo deficiente em PrP C também foi relatado no contexto de maior vulnerabilidade de camundongos deficientes em PrP C a convulsões induzidas por cainato (Fig. 3). Isso estava relacionado à interação de PrP C com a subunidade do receptor de cainato GluR6 / 7 [84]. Além disso, na ausência de PrP C, os receptores KA contendo GluR6 / 7 foram regulados positivamente e a sinalização neurotóxica foi aumentada [84,85,86]. Isso sugere um papel neuroprotetor da PrP C contra insultos excitotóxicos.

No entanto, se isso representa um fenótipo genuíno da PrP C permanece controverso. Prnp - / - camundongos com um fundo genético diferente exibiram uma suscetibilidade reduzida a convulsões induzidas por cainato na ausência de PrP C. Como este fenótipo não pode ser resgatado pela reintrodução de um exógeno Prnp gene, suspeita-se que polimorfismos em alguns PrnpOs genes flanqueadores podem ser a base dos fenótipos discrepantes [41]. Mais recentemente, no entanto, embora o efeito do “Prnp-flanqueando o gene ”nas respostas mediadas por KA foi confirmado em camundongos deficientes em PrP C de um fundo misto (B6129 e B6.129), a sensibilidade aumentada a drogas epileptogênicas foi encontrada no co-isogênico Prnp Mouse Edbg / Edbg [87]. O mecanismo molecular subjacente a este fenótipo não é claro, mas a região aa32-93 do PrP C (abrangendo as repetições do octapeptídeo) e sua âncora de glicosilfosfoinositol podem estar envolvidos. Consistente com a maior excitabilidade neuronal de camundongos deficientes em PrP C, as alterações anatômicas dentro do hipocampo indicaram uma reorganização do circuito neuronal semelhante à "rede neuronal epiléptica" observada em certas epilepsias humanas [88].

A PrP C também pode atuar como um modulador dos receptores de glutamato do subtipo NMDA. Estes são heterotetrâmeros compostos por duas subunidades GluN1 e duas subunidades GluN2 de subtipos diferentes [89]. Verificou-se que a PrP C inibia os receptores NMDA e evitava o influxo de cálcio potencialmente excitotóxico através desses canais por associação com receptores NMDA contendo a subunidade GluN2D [90], como mostrado por co-imunoprecipitação e imagem de imunofluorescência. A ausência de PrP C levou à regulação positiva de receptores NMDA contendo GluN2D e sinalização aprimorada devido à cinética prolongada de correntes mediadas por NMDA [90]. Isto foi subsequentemente associado ao aumento do comportamento do tipo depressivo e aumento da nocicepção em camundongos deficientes em PrP C. Ambos os fenótipos foram resgatados pela inibição farmacológica dos receptores NMDA [91, 92]. Além disso, foi documentada a interação dependente de cobre da PrP C com a subunidade GluN1, que estava envolvida na nitrosilação das subunidades NMDA GluN2A e GluN1. Isso representa um segundo mecanismo pelo qual a presença de PrP C reduz as correntes e sinalização NMDA [93, 94].

O controle putativo dos receptores ionotrópicos de glutamato pela PrP C pode ser ainda mais complexo, uma vez que a PrP C também interage com as subunidades dos receptores do ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiônico (AMPA) GluA1 e GluA2. Esta interação pode ser relevante para a captação celular de zinco mediada por PrP C através dos receptores AMPA [95] e para a regulação do transporte de lactato em astrócitos [96]. Se a ligação da PrPC com as subunidades do receptor AMPA também desempenha um papel na função do receptor AMPA, ainda não foi elucidado.


Viróides

Figura 1. Estas batatas foram infectadas pelo viróide do tubérculo fusiforme da batata. (crédito: Pamela Roberts, Instituto de Ciências Agrárias e Alimentares da Universidade da Flórida, USDA ARS)

Viróides são fitopatógenos: pequenas partículas circulares de RNA de fita simples que são muito mais simples do que um vírus. Eles não têm um capsídeo ou envelope externo, mas, como os vírus, podem se reproduzir apenas dentro de uma célula hospedeira. Os viróides, entretanto, não fabricam nenhuma proteína e produzem apenas uma única molécula de RNA específica. As doenças humanas causadas por viróides ainda não foram identificadas.

Os viróides são conhecidos por infectar plantas e são responsáveis ​​por quebras de safra e pela perda de milhões de dólares em receitas agrícolas a cada ano. Algumas das plantas que eles infectam incluem batatas, pepinos, tomates, crisântemos, abacates e coqueiros. Por exemplo, o viróide do tubérculo do fuso da batata (PSTVd), que normalmente se espalha quando facas infectadas cortam batatas saudáveis ​​na preparação para o plantio, pode afetar batatas e tomates. Os sintomas do PSTVd ​​podem ser vistos na Figura 1.

Em resumo: príons e viróides

Os príons são agentes infecciosos que consistem em proteínas, mas não em DNA ou RNA, e parecem produzir seus efeitos mortais duplicando suas formas e se acumulando nos tecidos. Acredita-se que eles contribuam para vários distúrbios cerebrais progressivos, incluindo a doença da vaca louca e a doença de Creutzfeldt-Jakob. Viróides são patógenos de RNA de fita simples que infectam plantas. Sua presença pode ter um impacto severo na indústria agrícola.


Os príons são eternos

O cérebro da holandesa de 55 anos simplesmente não parecia estar funcionando direito. Sua memória e concentração estavam diminuindo. Ela começou a sentir dores de cabeça e a ouvir e ver coisas que não existiam. Ela teve dificuldade para falar, então ficou muda. Ela desenvolveu sinais de doença de Parkinson e rsquos.

Os cientistas estavam curiosos para saber o que havia acontecido. Em vez de congelar seu cérebro, eles o imergiram no conservante químico formaldeído & ndash, que reticula os aminoácidos em proteínas, & ldquofixa-os & rdquo - por três longos dias. Eles cortaram em fatias finas e colocaram os pedaços em parafina. Depois de examinar o tecido ao microscópio e formar uma opinião, eles arquivaram as lâminas e ficaram vários anos em temperatura ambiente.

Um segundo grupo de cientistas adquiriu as lâminas e extraiu parte do tecido seco preservado. Eles diluíram e injetaram a solução em camundongos.Para sua surpresa, quatro dos oito ratos injetados desenvolveram sinais da doença de mulher e rsquos, apesar de um regime de processamento brutal que deveria ter sido suficiente para matar praticamente qualquer patógeno.

Este exemplo mais recente publicado apenas em fevereiro - de resistência bioquímica que prejudica a credibilidade chamou minha atenção há algumas semanas. Isso ressalta o incrível poder dos príons.

Proteínas Infecciosas

Um príon é uma proteína mal dobrada que induz doenças. Dependendo de como é dobrado incorretamente, o príon também pode ser infeccioso, e geralmente é.

Curiosamente, todas as doenças de príons conhecidas, exceto uma, são causadas por mudanças em um solteiro proteína de mamífero, a algo confusamente chamada de & ldquoprion protein & rdquo. Essa proteína, em seu estado saudável e devidamente dobrado, é, se não trivial, relativamente sem importância. Sua perda total certamente não é catastrófica.

Ainda assim, em um acidente da natureza altamente infeliz, esta proteína provoca uma quantidade extraordinária de problemas quando quebrada. Quando sofre mutação ou dobramento incorreto de uma das 34 formas conhecidas, torna-se um príon adequado. Quando um príon colide com uma proteína príon normal, a proteína príon & rsquos forma metamorfoses na forma doente. Como um zumbi, agora ele também pode criar mais príons.

Essa, pelo menos, é a hipótese do príon promulgada pelo biólogo Stanley Prusiner, que ganhou o Prêmio Nobel de Medicina em 1997 pela ideia. A reação em cadeia que se segue leva a uma conversão implacável de proteínas príon normais em príons. Em muitas doenças de príon, a forma do príon também os leva a se polimerizar em fibras chamadas amiloides (erroneamente e confusamente batizados com o nome de amidos no século 19 porque os primeiros testes tiveram problemas para distingui-los, mas não tendo nada a ver com os amidos na realidade).

As fibras amilóides se acumulam fora das células, onde podem abrir buracos no tecido cerebral que causam uma situação semelhante à do queijo suíço (o que certamente acontece com ou sem a ajuda delas). Ou podem ser tóxicos de alguma outra forma que gera a degeneração neural e a atrofia cerebral vistas nas doenças por príons. No caso da variante da doença de Creutzfeldt-Jakob (vista no topo deste post), as fibrilas das placas amilóides irradiam de um ponto central, dando-lhes a aparência de tribulações.

A proteína príon, por razões novamente desconhecidas, tem uma estrutura notavelmente semelhante entre os mamíferos, o que a fornece um passaporte para travessuras interespécies. As doenças de príon famosas incluem a doença da vaca louca (também conhecida como encefalopatia espongiforme bovina, contraída quando o gado foi alimentado com ovelhas que morreram de doença do príon scrapie, observe que o gado é vegetariano) kuru (infame contraído por pessoas que consumiam ritualmente os cérebros de parentes mortos em Papua Nova Guiné), e variante da doença de Creutzfeldt-Jakob (adquirida por pessoas que comeram carne infectada com vaca louca).

As doenças por príons são universalmente temidas porque são uniformemente letais. Uma vez que os sintomas aparecem, eles causam um desligamento relativamente rápido de todo o sistema que pode incluir, além dos sintomas que a mulher holandesa experimentou, salivação descontrolada, movimentos descoordenados e convulsões. Não é uma maneira agradável de ir, e você irá.

O vetor de aço inoxidável

Evitar esse destino terrível, embora improvável, é algo sobre o qual você, infelizmente, tem pouco controle.

As doenças por príon são mais comumente adquiridas pela herança de um gene da proteína príon defeituosa de um pai, pelo consumo de alimentos contaminados por príons ou pelo recebimento de tecidos ou órgãos de doadores contaminados por príons.

Mas há uma possibilidade de transmissão perturbadora final, que decorre dos poderes de resistência alucinantes dos príons.

Esses poderes são consideráveis. De acordo com um relato, os príons resistem à digestão por enzimas de clivagem de proteínas, podem permanecer infecciosos por anos quando fixados por secagem ou produtos químicos, podem sobreviver ao calor de 200 ° C por 1-2 horas e ficar colados ao aço inoxidável em minutos. Ah, e eles também são resistentes à radiação ionizante.

Por que estão príons tão difíceis de matar (se matar é a palavra certa para um meme de proteína do mal)?

Ninguém sabe ao certo. Um especialista formulou a hipótese de que, como nossos métodos de descontaminação sempre tiveram como alvo as moléculas de DNA e RNA & ndash possuídas por todas as criaturas vivas reais - eles não são, por design, tão eficazes nas proteínas.

A estrutura dos próprios príons também pode lhes emprestar poderes sobrenaturais de sobrevivência. Apenas 3% de uma proteína príon é composta de folhas beta, uma dobra comum. Mas 43% de um príon é tão dobrado. Essa porcentagem substancial torna a proteína altamente resistente à degradação, prossegue o raciocínio. O agrupamento de príons em fibra amiloide ligada em cadeia também pode protegê-los de ataques.

Seja qual for a causa, os príons são, para dizer o mínimo, bons sobreviventes. E pode ser por isso que o equipamento neurocirúrgico pode permanecer infeccioso mesmo depois de passar pela esterilização padrão.

Pelo menos 2 casos de doença de príon foram contraídos por pessoas cujos eletrodos de profundidade implantados foram usados ​​anteriormente em um paciente com Creutzfeldt-Jakob, mas foram & ldquoinadequadamente & rdquo limpos com benzeno e desinfetados com álcool 70% e formaldeído e permaneceram sem uso por 2 anos antes do implante. E pelo menos nove outros casos de Creutzfeldt-Jakob espontâneo parecem ter sido contraídos com equipamento médico esterilizado de maneira inadequada.

O que é realmente necessário para remover príons de equipamentos médicos poderia ser melhor descrito como destrutivo na melhor das hipóteses e draconiano na pior e geralmente envolve grandes quantidades de hidróxido de sódio ou alvejante (que é muito duro no aço inoxidável), calor e pressão, mas mesmo estes as medidas não têm 100% de certeza de que o trabalho será realizado. A Organização Mundial da Saúde recomenda descartar totalmente qualquer equipamento suspeito de contaminação.

Rotinas de esterilização padrão tenho melhorou desde a ocorrência da maioria dos casos de transmissão cirúrgica suspeita. E deve ser enfatizado que o número de casos fortemente suspeitos ou confirmados de transmissão cirúrgica de príons é minúsculo.

Mas como o período de incubação das doenças por príons pode durar décadas, os pacientes com doenças por príons nem sempre sabem que estão doentes quando operados e os hospitais ainda não usam rotineiramente os protocolos de esterilização extremos recomendados para príons, o risco permanece. Muitas pessoas foram tão expostas ao longo dos anos, uma ocorrência preocupante Americano científico o editor Phil Yam escreveu sobre apenas alguns anos atrás.

Os príons são mais comuns do que imaginamos?

O duradouro poder infeccioso dos príons é perturbador por si só, mas alguns cientistas estão começando a suspeitar de algo muito mais assustador.

Agregados de príons formam amilóides. Mas as amilóides também se formam a partir de proteínas chamadas beta-amilóide, tau e alfa-sinucleína. Você pode reconhecer esses nomes. O acúmulo dessas proteínas nos amilóides - como placas, emaranhados e corpos de Lewy - são indicações típicas, e talvez causas, das doenças de Alzheimer e Parkinson. Esses amiloides, como os príons, aderem a instrumentos cirúrgicos e cola semelhante a eles e sobrevivem aos procedimentos de esterilização padrão. Eles também são terrivelmente difíceis de "matar".

A única coisa que impede que tais amilóides sejam considerados príons é a infecciosidade. Mas recentemente, pelo menos uma equipe de cientistas encontrou evidências circunstanciais, controversas - e de revirar o estômago - de que as amilóides de pacientes com essas doenças podem ser infecciosas. E se Alzheimer e rsquos pode ser transmitido em equipamento cirúrgico? As doenças por príons são raras. Alzheimer e Parkinson, não.

Dadas as implicações terríveis, e apesar dos gastos e do esforço, acho que é hora de os cirurgiões começarem a levar essa possibilidade muito a sério. Se há uma coisa que os príons me mostraram, é que você deveria nunca subestimar as capacidades dos polímeros de proteína mais durões do planeta.

Race, Brent, Katie Williams, Andrew G. Hughson, Casper Jansen, Piero Parchi, Annemieke JM Rozemuller e Bruce Chesebro. "As doenças de príon humano familiar associadas às mutações da proteína príon Y226X e G131V são transmissíveis a camundongos transgênicos que expressam a proteína príon humana." Acta neuropathologica comunicações 6, não. 1 (2018): 13.

As opiniões expressas são do (s) autor (es) e não necessariamente da Scientific American.

SOBRE OS AUTORES)

Jennifer Frazer, redator científico vencedor do prêmio AAAS Science Journalism, autor do blog The Artful Amoeba para Americano científico. Ela é formada em biologia, patologia de plantas e redação científica.


A proteína príon protéica

A proteína príon, PrP, pode adotar pelo menos 2 conformações, a conformação celular predominantemente predominante (PrP C) e a conformação scrapie (PrP Sc). PrP C apresenta um domínio C-terminal globular contendo 3 α-hélices e uma curta folha β e uma longa cauda N-terminal flexível cuja conformação exata in vivo ainda não é conhecida e um subdomínio metaestável com propensão de fita β foi identificado dentro isto. A conformação PrP Sc é muito rara e tem as características de uma amiloide. Além disso, PrPSc é um prião, isto é, é infeccioso. Isso envolve 2 etapas: (1) PrP Sc pode moldar PrP C e forçá-lo a adotar a conformação PrP Sc e (2) PrP Sc pode ser transmitido entre indivíduos, por via oral, parenteral e outras vias e, assim, se propagar como um agente infeccioso . No entanto, esta é uma simplificação: por um lado, PrP Sc não é uma conformação única, mas sim um conjunto de conformações alternativas semelhantes, mas distintas. Além disso, existem outras conformações amilóides de PrP com diferentes propriedades bioquímicas e propagativas. Nesta edição de PLOS Biology, Asante e colegas descrevem o primeiro modelo murino de doença priônica humana familiar e demonstram o surgimento e propagação de 2 conformadores amilóides PrP. Destes, um causa neurodegeneração, enquanto o outro não. Com seus muitos conformadores, PrP é uma proteína verdadeiramente multifacetada.

Citação: Requena JR (2020) A proteína príon multiforme. PLoS Biol 18 (6): e3000754. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000754

Publicados: 25 de junho de 2020

Direito autoral: © 2020 Jesús R. Requena. Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da Licença de Atribuição Creative Commons, que permite o uso irrestrito, distribuição e reprodução em qualquer meio, desde que o autor original e a fonte sejam creditados.

Financiamento: Este trabalho foi financiado pelo Ministério da Indústria e Competitividade da Espanha (subsídio BFU2017-86692-P), parcialmente apoiado por fundos do FEDER da UE. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicar ou preparação do manuscrito.

Interesses competitivos: O autor declarou que não existem interesses conflitantes.

Proveniência: Comissionado externamente revisado por pares.

Os príons foram definidos por Stanley Prusiner em 1982 como “partículas infecciosas proteicas” [1]. Provavelmente era um eufemismo para “proteína infecciosa”, uma definição que teria sido muito explícita na época. O primeiro príon a ser descoberto foi o PrP Sc, identificado como o agente causador do scrapie, uma doença neurodegenerativa transmissível em ovelhas [2]. Mais tarde, seu precursor normalmente dobrado, PrP C, foi encontrado. Portanto, embora PrP signifique "proteína príon", PrP C não é um príon, em vez disso, pode ser redobrada em um príon. De fato, os príons PrP Sc se propagam modelando sua conformação peculiar em PrP C. Isso ocorre por meio de um processo no qual a formação de ligações de hidrogênio entre os grupos amino e carbonila dos polipeptídeos modelados e modelados provavelmente desempenham um papel fundamental [3,4] (Fig 1). Os príons são infecciosos porque podem ser transmitidos de um indivíduo para outro, normalmente, mas nem sempre (vide infra) por via oral (Fig. 1).

(1) A formação de ligações de hidrogênio entre os grupos amino e carbonila dos polipeptídeos modelados e modelados foi proposta como o mecanismo chave na propagação do príon [3,4]. Os grupos carbonil e amino nas fitas β da borda de PrPSc estão prontos para formar ligações de hidrogênio com um polipeptídeo PrP parcialmente desdobrado, forçando seu redobramento para formar fitas β frescas. Desta forma, o PrP Sc pode se propagar por todo o cérebro. (2) Sua natureza infecciosa vem do fato de que PrPSc, introduzido em um cérebro diferente por via oral, parenteral ou outro meio, pode se propagar lá. PrP, proteína de prião PrP Sc, proteína de prião com conformação de scrapie.

Embora à primeira vista possa parecer assim, os príons não contradizem o princípio de Anfinsen. A proteína príon, codificada pelo Prnp (humano: PRNP) gene, repetidamente se dobra em uma conformação perfeitamente definida, PrP C, apresentando um domínio C-terminal globular contendo 3 α-hélices, uma folha β curta (resíduos de aproximadamente 125-231) e uma cauda N-terminal longa e flexível (resíduos 23-124) [2]. A conformação exata da cauda in vivo ainda não é conhecida. Um subdomínio metaestável com propensão de fita β foi identificado dentro da região 113-120 [5]. É apenas em raras circunstâncias que PrP C se dobra novamente para adotar a conformação de príon alternativa, PrP Sc (Fig. 2). O PrP Sc é frequentemente um amiloide e, portanto, sua conformação deve permitir o empilhamento para formar esse tipo de estrutura fibrilar [3]. Na verdade, adotar uma conformação amilóide alternativa é algo que todas as proteínas podem fazer em certas circunstâncias, conforme demonstrado por Dobson e colaboradores [6]. Qualquer proteína, por mais bem comportada e estável que seja, se submetida a certas condições experimentais, como baixo pH e / ou presença de desnaturantes, adotará a conformação amilóide [6]. Na verdade, a conformação amilóide é a mais estável, e todas as outras dobras nativas são consideradas estados intermediários cineticamente aprisionados [6]. Além disso, todos os amilóides catalisam a transição de sua dobra normal para a dobra amilóide, um fenômeno conhecido como “semeadura” [7]. Em resumo, os príons são apenas um tipo especial de amiloide, e todas as proteínas podem ser amilóides, então os príons não são tão estranhos.

o Prpn/PRPN gene é transcrito e traduzido no polipeptídeo PrP, que adota prontamente a conformação PrP C (1). PrP C pode redobrar para adotar uma das várias conformações de deformação PrP Sc (2). Estes podem ser patogênicos (sinal de crânio e ossos) ou não (sinal de rosto). O PrP Sc é descrito como cilindros empilhados assumindo que é um 4Rβ [4], embora sua natureza ainda não tenha sido estabelecida sem dúvida [25]. Diferentes cepas de PrPSc exibem diferentes graus de resistência à PK. Existe PrP Sc sensível a PK (cilindros transparentes). A PrP C também pode ser redobrada in vitro e adotar uma conformação amiloide PIRIBS que pode se propagar no cérebro após a inoculação e pode ser posteriormente transmitida por inoculação como um agente infeccioso (3). O tom mais escuro indica um terminal C resistente a PK. Durante as passagens sucessivas, a modelagem deformada resulta na evolução deste conforme PrP Sc (4). Diferentes mutações em PRNP resultar em PrP C (5) com uma tendência mais elevada de redobrar em uma variedade de conformadores de PrP propagativos que formam agregados insolúveis. Em camundongos tg 117V, eles incluem PrP Sc patogênico sensível a PK (6) e um PrP amilóide não patogênico transmissível (7) com um padrão característico de resistência a PK (uma banda de aproximadamente 8 kDa correspondendo a um segmento que é diferente daquele visto na amiloide propagativa descrito acima e é sinalizado pelo sombreado mais escuro). Deve-se notar, entretanto, que um estudo recente sugere que os fragmentos de aproximadamente 8 kDa são infecciosos e patogênicos e que podem exibir uma arquitetura solenoidal de 2 degraus [17]. Uma mutação 145Stop em PRNP resulta em PrP23-144 que se dobra em uma amiloide PIRIBS propagativa e patogênica (8). Durante a passagem para camundongos do tipo selvagem, ocorre modelagem deformada, resultando no surgimento de PrPSc. PK, proteinase K PIRIBS, paralelo no registro da fita beta PrP, proteína príon PrP C, proteína príon com conformação celular PrP Sc proteína príon com conformação scrapie.

Os príons também não contradizem o Dogma Central da biologia molecular. Para se propagar, a conformação priônica PrP Sc precisa recrutar novas unidades PrP C e forçá-las a redobrar. Essas unidades PrP C são codificadas por DNA transcrito em RNA e traduzido em ribossomos (Fig. 2). Derrubar o Prnp gene e não há transmissão de príons [2]. Novamente, os príons não são tão incomuns, biologicamente falando, ao contrário de sua aura como proteínas obscuras e bizarras, adquiridas há 25 anos durante a epizootia da encefalopatia espongiforme bovina (BSE).

Enquanto escrevo este manual em casa, no dia 30 do confinamento pandêmico da síndrome respiratória aguda grave do coronavírus 2 (SARS-CoV-2), como milhões em todo o mundo, é inevitável lembrar que cerca de 20 anos atrás, todos estavam ansiosos na curva de novos casos da variante da doença de Creutzfeldt-Jakob (vCJD), a doença neurodegenerativa fatal causada por príons bovinos transmitidos aos humanos [8]. Na época, não se sabia se os príons bovinos eram muito transmissíveis ao homem ou não. Praticamente todos os britânicos (com exceção de alguns veganos) e inúmeros outros europeus foram expostos a príons bovinos e, considerando que as doenças por príons são invariavelmente fatais, o medo de um desastre de proporções apocalípticas se apoderou dos epidemiologistas e do público em geral [8]. Felizmente, os príons bovinos acabaram se revelando muito pouco transmissíveis aos humanos, e apenas cerca de 200 mortes ocorreram, tristes como são todas as mortes. Por que a barreira de transmissão entre príons bovinos e humanos é tão alta? Nós não sabemos. As sequências de PrPs bovinos e humanos contêm algumas diferenças de aminoácidos, mas como exatamente essas diferenças interferem no processo de modelagem (Fig. 1) para criar uma barreira de transmissão entre PrPSc bovino e PrPC humano ainda não é claramente compreendido.

As barreiras de transmissão de príons que surgem de diferenças na sequência de PrP não são as únicas que existem. Os estudos clássicos realizados por Bessen e Marsh mostraram a existência de 2 tipos diferentes de príons em hamsters sírios, ambos com a mesma sequência, que transmitem de forma diferente. Assim, a “cepa” Hyper PrP Sc pode ser transmitida entre hamsters por inoculação intracerebral e intraperitoneal, enquanto a cepa Drowsy pode ser transmitida apenas por inoculação intracerebral [9]. Além disso, essas 2 cepas exibem propriedades bioquímicas e biológicas distintas. Na verdade, seus nomes referem-se a características fenotípicas de hiperatividade ou letargia exibidas por animais infectados. Em um elegante estudo, Safar e colegas mostraram que as cepas de PrP Sc devem ser subisoformas de PrP Sc, variações de um tema estrutural geral [10]. Isso significava que não havia apenas 2 conformadores PrP, PrP C e PrP Sc: Em vez disso, havia PrP C e vários conformadores PrP Sc relativamente semelhantes, mas distintos.

Uma vez que a epizootia da BSE desapareceu (o medo de uma segunda onda de vCJD afetando indivíduos mais resistentes com tempos de incubação mais longos não se materializou), a atenção foi voltada para os príons esporádicos. PrP C às vezes redobra-se em PrP Sc espontaneamente, na ausência de qualquer modelo de PrP Sc preexistente.É um evento muito raro, com uma incidência anual de 1–2 casos / milhão de pessoas [2,8] e taxas provavelmente semelhantes em outras espécies de mamíferos. Depois que um pequeno pool é formado, os príons PrP Sc se propagam por todo o cérebro por meio de modelos. Os príons humanos esporádicos são, entretanto, incapazes de infectar outro cérebro, a menos que sejam levados para lá por meio de eventos específicos e relativamente incomuns. Estes incluem canibalismo ritual (como no caso do kuru [2,8]), canibalismo industrial (como no caso da BSE [2,8]) e iatrogênese (como em vários casos de transmissão através de instrumentos cirúrgicos ou tratamento com o cérebro derivado de hormônio do crescimento contaminado com príon [2,8]). Em contraste, os príons PrP Sc da doença epitelial ovina e do colo do útero (CWD) são eliminados nas fezes e na urina e, portanto, são facilmente transmitidos entre as ovelhas e os cervídeos. Na verdade, CWD e scrapie se tornaram endêmicos em certas regiões geográficas [11]. Mas isso apenas reflete diferenças em sua fisiologia, não diferenças intrínsecas na estrutura. Na verdade, príons humanos esporádicos e príons "infecciosos" CWD e scrapie podem ser transmitidos experimentalmente por inoculação com facilidade semelhante em modelos de camundongos transgênicos (tg) apropriados [2,8].

Até recentemente, este não era o caso, entretanto, para os príons familiares. Uma série de mutações no PRNP gene resultam em doenças neurodegenerativas fatais cujos fenótipos se sobrepõem aos das doenças de príon esporádicas [8]. Em todos os casos familiares, os depósitos de uma amiloide PrP são encontrados post-mortem no cérebro. Portanto, foi assumido que essas mutações predispõem à mudança conformacional na proteína PrP expressa, levando à geração de conjuntos de PrP relacionados à doença que se propagam por dobramento incorreto da proteína semeada. Acredita-se, portanto, que tais conjuntos de PrP propagativos, com características amilóides, sejam príons. No entanto, a transmissão infecciosa (ou seja, transmissão entre cérebros) de príons patogênicos familiares não foi inequivocamente alcançada por um longo tempo [8]. Isso pode parecer uma raridade, do interesse apenas de especialistas meticulosos. Mas não é. Primeiro, se os agregados de PrP mutante não eram infecciosos, eram príons? Alguém poderia ter certeza de que, pelo menos, eles se propagaram por todo o cérebro afetado por meio de uma dobra incorreta semeada ou apenas se dobraram de maneira incorreta e se agruparam no local? E, se não eram infecciosos, era porque exibiam uma conformação adicional que não é nem PrP C nem nenhum dos subtipos de PrP Sc?

Mas a imagem era ainda mais complicada. Os agregados de PrP mutantes podem realmente ser transmitidos por inoculação intracerebral. Foi demonstrado que eles se propagam no cérebro dos animais receptores, que acumulam depósitos de PrP amilóide. A passagem em série também foi demonstrada. No entanto, esses animais não mostraram sinais de doença neurodegenerativa [12,13]. Isso sugeriu que os príons genuínos (ou seja, infecciosos) poderiam ser inócuos. Mas então, o que causa o dano cerebral visto nas doenças familiares de príons? Ainda outro conformador PrP? Algum pool não identificado de PrP Sc?

Asante e seus colegas finalmente conseguiram transmitir experimentalmente uma doença familiar humana. Eles mostraram que os agregados de PrP com a mutação A117V, encontrados no cérebro de indivíduos que sofrem da doença neurodegenerativa mortal de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), podem ser transmitidos a camundongos tg que expressam PrP humano em um fundo nulo de PrP de camundongo e ao longo eles, a doença [14]. Isso simplificou consideravelmente as coisas. No entanto, a fim de minimizar a barreira de transmissão associada à mutação A117V e, portanto, facilitar a transmissão, os camundongos tg receptores foram projetados para transportar a mutação A117V. Surpreendentemente, esses ratos não desenvolveram espontaneamente uma doença de príon familiar. Isso era muito conveniente: se eles tivessem desenvolvido a doença, seria impossível avaliar a transmissibilidade dos agregados HuPrP (A117V) presentes no inóculo. Mas por que eles não adoeceram espontaneamente? Eles não estavam produzindo príons em seus cérebros?

Nesta edição de PLOS Biology, Asante e colegas definitivamente fecham o círculo ao mostrar que alguns dos camundongos tg que expressam PrP 117V humano geram espontaneamente príons patogênicos genuínos [15]. A inoculação de conjuntos de PrP 117V anormais encontrados em seus cérebros em outros camundongos tg 117V produziu, em alguns casos, uma doença neurodegenerativa fatal. O fato de os camundongos não inoculados não desenvolverem a doença é, portanto, apenas uma questão de tempo: a longevidade dos camundongos é curta e os príons patogênicos que se acumulam em seus cérebros não têm tempo para causar a doença em todos os casos. Os camundongos tg HuPrP117V podem ser considerados um modelo definitivo de camundongo da doença de príon familiar humana.

Embora os 2 estudos de Asante e colegas simplifiquem nosso entendimento da propagação de príons, ao permitir generalizações, eles também trazem novas questões. Os agregados de PrP 117V mutante observados em cérebros afetados mostram um padrão muito peculiar de resistência à proteinase K (PK). PK tem sido usado por muitos anos como uma ferramenta importante para caracterizar príons. Normalmente, o PrPSc é parcialmente resistente a PK, que corta sua cauda N-terminal supostamente flexível, gerando um tripleto característico de fragmentos resistentes glicosilados variavelmente denominado PrP27-30. Pequenas quantidades de tal tripleto foram vistas nas amostras infecciosas do cérebro de camundongos PrP 117V tg, mas apenas em certas circunstâncias, indicando que PrP Sc existe nesses cérebros, mas que exibe uma resistência anormalmente baixa à PK [15] (Fig 2). A existência de PrP Sc sensível a PK é conhecida há muito tempo. Atualmente, não está completamente claro se a sensibilidade à PK é uma característica que depende da estrutura terciária ou quaternária de uma determinada cepa de PrPSc.

Surpreendentemente, essas amostras também contêm fragmentos não canônicos de aproximadamente 8 kDa resistentes a PK, resultantes de um truncamento duplo dos terminais N e C. Fragmentos semelhantes são detectados no cérebro de muitas doenças por príons denominadas “atípicas” [16]. A explicação mais parcimoniosa para esses fragmentos seria que eles derivam de um único conformador PrP Sc. No entanto, a interpretação de Asante e colegas é que em seu modelo particular, eles vêm de 2 conformadores PrP 117V diferentes [14,15]. Entre outras considerações, a falta de correlação entre o acúmulo de placas amilóides no cérebro e o aparecimento de doenças milita a favor dessa interpretação. Assim, o fragmento duplamente truncado é proposto como derivado de um conformador amilóide PrP transmissível, mas não infeccioso (Fig. 2). Deve-se notar, no entanto, que em um estudo publicado quase simultaneamente ao de Asante e colegas, Vanni e colegas inocularam homogenato de cérebro GSS A117V em ratos de Bank (Myodes glareolus, um roedor muito suscetível à infecção por príons), provocando neles uma doença transmissível por príons [17]. Os cérebros desses animais também continham agregados que após o tratamento com PK produziram um fragmento duplamente truncado em N e C. Então, Vanni e colegas isolaram parcialmente o material resistente a PK e mostraram que ele continha toda a infectividade abrigada nesses cérebros [17]. Estes resultados sugerem fortemente que a infecciosidade em seu modelo está associada ao conformador PrP que produz a banda resistente a PK duplamente truncada de aproximadamente 8 kDa. Embora pareça haver uma contradição entre as interpretações fornecidas por esses 2 grupos, deve-se notar que os modelos são diferentes. É particularmente digno de nota que os ratos do Banco infectados não acumulam grandes depósitos de amiloide como os tgHuPrP117V. Na verdade, imagens de microscopia eletrônica do material PrP infeccioso semipurificado tratado com PK mostraram que ele não era fibrilar, consistindo em agregados amorfos [17]. Mais estudos serão necessários para harmonizar esses resultados fascinantes.

Uma isoforma de PrP amilóide propagativa, mas não infecciosa, foi descrita por Baskakov e colegas [18]. No entanto, tal amiloide produz fragmentos resistentes a PK do terminal C, de modo que não é estruturalmente idêntico ao que se propaga entre camundongos tg 117V. Além disso, em passagens sucessivas, além deste PrP amilóide, genuíno PrPSc foi visto emergir com seu tripleto resistente à PK característica e, eventualmente, apareceu doença clínica (Fig. 2). Este é o oposto dos resultados descritos por Asante e colegas, nos quais o PrP Sc sensível à PK que co-propaga ao longo do PrP amilóide não patogênico eventualmente desapareceu [15]. Baskakov e colegas cunharam o termo “modelagem deformada” para se referir ao fenômeno pelo qual sua amilóide propagativa lentamente dá origem a PrP Sc [18].

Portanto, o catálogo de conformadores de PrP foi consideravelmente expandido até agora (Fig. 2): Existem versões diferentes de PrP C (cepas) de PrP Sc, algumas das quais são resistentes, enquanto outras são extremamente sensíveis a PK e pelo menos 2 amilóides PrP propagativos distintos que podem ser transmitidos serialmente entre animais por inoculação, não são patogênicos e geram padrões distintos de fragmentos resistentes à PK. Esses são príons amilóides PrP transmissíveis? De acordo com a definição original [1], sim, mas eles dificilmente são contagiosos: deve-se inoculá-los intracerebralmente para propagá-los de cérebro a cérebro.

A estrutura da PrP C é bastante conhecida [2]. Mas e os outros confômeros? Todos eles são amilóides, mas exibem propriedades bioquímicas e biológicas muito diferentes. A característica estrutural distintiva das amilóides é que as fitas β são empilhadas perpendicularmente ao longo eixo da amiloide. Essas fitas β são mantidas juntas por uma série de ligações de hidrogênio alinhadas com tal eixo. Atualmente, existem apenas 2 modelos amiloides estruturais relevantes para o PrP propagativo: a estrutura da fita beta paralela no registro (PIRIBS) e o solenóide β de 4 degraus (4RβS). Na estrutura PIRIBS, cada molécula PrP é uma estrutura plana, semelhante a uma serpente. Diferentes moléculas de PrP empilhadas umas sobre as outras "no registro", isto é, cada resíduo de aminoácido está exatamente no topo do resíduo equivalente no monômero PrP anterior [19]. Dados de espectroscopia de RMN de estado sólido e ressonância paramagnética eletrônica (EPR) sugerem fortemente que o amiloide propagativo não patogênico descrito por Baskakov e colaboradores apresenta uma arquitetura PIRIBS [20]. Fragmentos menores de PrP também são conhecidos por dobrar em estruturas PIRIBS [21]. Outra propagativa (mas desta vez patogênica) amiloide PIRIBS compreendendo subunidades PrP23-144 foi descrita por Surewicz e colegas [22]. Deve ser considerado um príon PIRIBS PrP genuíno, mas como compreende uma versão truncada do PrP, deve ser excluído do catálogo de conformadores PrP completos. No entanto, é mencionado aqui por 2 razões: Por um lado, existe uma mutação âmbar de PrP (PrP145Stop) que resulta na expressão de PrP23-144 truncado e leva a uma doença familiar de príon. Por outro lado, o fragmento truncado N- e C-característico, resultante do tratamento PK da amiloide PrP propagativa não patogênica A117, envolve um truncamento C semelhante, por isso é tentador especular que ambos os amilóides compartilham uma arquitetura semelhante (Fig. 2) . Deve-se notar que durante a passagem sucessiva de príons PrP23-144 em camundongos do tipo selvagem, o PrP Sc clássico também emerge, como nos casos descritos por Baskakov e colegas. [18]. Não está claro em que grau cada conformador do PrP contribui para a patogênese. Neste ponto, vale a pena mencionar que alguns autores sugeriram que mesmo em casos mais simples de doença de príon, como os esporádicos, PrP Sc não é o conformador patogênico: em vez disso, existe uma espécie “tóxica” que deriva de PrP Sc [23] . Ainda outro possível conformador, cuja discussão está fora do escopo desta cartilha.


Príons - Biologia

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Descrição

Os príons são mais conhecidos como proteínas infecciosas que causam vacas loucas e doenças relacionadas, e um número crescente de proteínas com propriedades semelhantes está implicado em doenças como Alzheimer & # 146s e Parkinson & # 146s. Mas algumas proteínas príon recentemente descobertas não parecem induzir mudanças patológicas e, de fato, podem funcionar em processos biológicos básicos, como transcrição, regulação imunológica e formação da memória.

Escrito e editado por especialistas na área, esta coleção de Perspectivas de Cold Spring Harbor em Biologia examina os papéis em expansão dos príons na saúde e na doença. Os colaboradores revisam as estruturas das proteínas príon e como elas adotam estruturas alternativas e se agregam em fibrilas amilóides e outros complexos insolúveis. As formas de prião dobradas alternativamente apresentam propriedades biológicas únicas. Embora algumas proteínas príons apresentem disfunção celular, outras têm papéis fisiológicos normais (por exemplo, CPEB no cérebro e MAVS na resposta imune). Este volume é uma referência essencial para bioquímicos, biólogos celulares e moleculares e todos que desejam compreender como os príons são formados a partir de proteínas de auto-propagação dobradas alternativamente.

Conteúdo

Avaliações

& ldquoOs artigos deste volume serão acessíveis e de interesse para aqueles que não trabalham diretamente na pesquisa de príons ou em campos relacionados? Novamente a resposta é sim. O editor fornece um capítulo introdutório muito acessível e, mais importante, um glossário dos termos-chave. Isso garantirá que os leitores em geral possam navegar pelos vários tópicos cobertos neste livro e apreciar totalmente o impacto que a pesquisa de príons continuará a ter em nossa compreensão das principais doenças e da biologia humana e fúngica.
Revisão Trimestral de Biologia


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