Análisis de las proteína PrPSc en relación con las enfermedades encefálicas espongiformes

¿Qué es un Prion?

Los priones son proteínas producidas de manera natural en el cerebro de animales y humanos. Estas proteínas suelen ser inofensivas y funcionales con diferentes vías de acción.

Sin embargo, después de cierta deformación o interacción con proteínas deformadas, pueden provocar enfermedades devastadoras e incurables, como la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas) o la enfermedad de Jakob-Creutzfeldt en las personas. [1]

Estos agentes se pueden propagar dentro de un mismo huésped, lo que causa lesiones espongióticas y le dan la capacidad de transmitirse de huésped a huésped con elevados tiempos de incubación.

Los priones suelen relacionarse con virus o viroides, pero difieren en varias cosas como que solo son proteínas, lo cual los hace resistentes a tratamientos enfocados en la inactivación de ácidos nucleicos.

También cuentan con cierta variabilidad dentro de sí mismos, presentando diferencias relevantes en el patrón de lesión y el tiempo de incubación.

Otra cosa notable es como su capacidad infectiva se ve limitada por barreras de especie, es decir, que la infección solo se puede transmitir cuando existe una alta homología proteica.

Para ejemplificar este punto, un humano no se contagiaría por consumir tejido contaminado proveniente de cabra u oveja, únicamente ocurriría el contagio si se consumiera tejido contaminado de bovino, debido a la homología que existe entre la proteína de humano y vaca. [2]

La proteína celular del prión

Por mucho tiempo se desconocía exactamente qué eran los priones, y la búsqueda por la entidad molecular constitutiva de este agente reveló como componente único a la proteína PrPSc (proteína de prión scarpie). Esta proteína no es del todo natural, es una mutación de la proteína PrPC.

Aún existe incertidumbre sobre las proteínas PrP y su maleabilidad conformacional, lo que contribuyó ampliamente a su búsqueda e investigación, principalmente sobre los genes vinculados y elementos reguladores que podrían desempeñar un papel activo en su síntesis. Esto llevó a un análisis detallado de las 145 kb de ADN de los genes humanos y ovino de PrP, buscando regiones conservadas, ORFs, exones potenciales, secuencias repetitivas, posibles islas CpG y motivos polimórficos. [2]

Con respecto a su expresión, este gen ocurre constitutivamente en tejidos neuronales, al igual que no neuronales, principalmente en animales o humanos adultos.

Los niveles más altos de esta proteína se suelen detectar en neuronas de todo el cerebro, pero principalmente se han detectado en el hipocampo. Otros lugares con niveles significativos de esta proteína, son en el corazón y el músculo esquelético, pero también hay niveles más bajos en la mayoría de los órganos, exceptuando hígado y páncreas.

El producto traducido del ARNm es una cadena polipeptídica de alrededor de 250 aminoácidos, llega a variar con la especie, pero algunos puntos notables son su secuencia N-terminal de 22 residuos, una serie de repeticiones de un octapéptido (PHGGGWGQ), 4 segmentos altamente conservados y una región hidrofóbica C-terminal. La cadena sufre un proceso de maduración covalente complejo, el cual supone la escisión proteolítica de las péptido señales, la adición C-terminal de glicanfosfatidilnositol (GPI), la formación de un enlace disulfuro intramolecular y finalmente, una doble glicosilación en los residuos de Asn 181 y 197. [2]

La PrPC es una proteína con la capacidad de unir específicamente cobre, lo que le da un papel importante en la homeostasis de este catión implicado en procesos de óxido-reducción.

La estructura secundaria de PrPC, solubilizada en detergentes y en ausencia de cationes, es mayoritariamente helicoidal, mientras que la formación del complejo conlleva un aumento en el contenido de estructuras extendidas.

Algunos estudios espectroscópicos de alta resolución con formas recombinantes en ausencia de ligando han puesto de manifiesto que PrP está constituida por dos dominios, el N-terminal desestructurado y el C-terminal globular. En cuanto a su metabolismo celular, algunos estudios de translocación in vitro han identificado 2 formas topológicas principales de PrP, una forma de secreción y dos formas transmembranales.

La primera es transportada en vesículas hacia la superficie celular donde queda anclada a la membrana. El metabolismo de las formas transmembranales no se conoce con exactitud, pero la acumulación por encima de un umbral de las formas con el C-terminal luminal se correlaciona con la aparición de estados neuropatológicos. [2]

Patología de los priones

En las patologías de los priones, la proteína celular PrPC se transforma, por medio de modificaciones postraduccionales en una isoforma, la denominada proteína scrapie o PrPSc. Esta modificación ocurre en dominios de tipo caveola, y se caracteriza por un drástico cambio de las propiedades tanto químicas como físicas de la proteína.

Estos cambios le aportan varias características a la nueva isoforma, por ejemplo PrPC es soluble en detergentes, mientras que PrPSc forma un tipo de agregados amorfos insolubles.

Junto con esto, la forma celular se libera de la membrana en forma soluble por digestión con PILC, mientras que la forma scrapie no es susceptible a la acción enzimática, requiriendo un tratamiento desnaturalizante previo para la eliminación del GPI, la forma celular es sensible a proteasas y scrapie, por el contrario, sufre una proteólisis limitada generando la forma truncada en el extremo N-terminal que agrega en forma de amiloides y retiene la infectividad. Sin embargo, también existen estados patológicos en los que no se ha podido detectar PrPSc en términos de resistencia a proteasas, pero la descripción reciente de formas transmembranales podría estar implicada en estos casos. [2]

Las modificaciones post-traduccionales de carácter covalente no parecen ser la causa directa del proceso de conversión, pero sí de su modulación. De esta forma, el GPI determina la posibilidad de conversión, ya que ésta ocurre en dominios especializados de membranas donde se confinan las proteínas ancladas por GPI.

Por otra parte, la glicosilación va a determinar el tráfico intracelular de la proteína. Algo que ha permitido establecer la estructura de scrapie son los estudios espectroscópicos, y a diferencia de la forma celular, ésta presenta como elemento mayoritario la cadena β estabilizada en láminas y que el comportamiento amiloide está vinculado a la presencia de láminas β intermoleculares.

Esta dualidad conformacional de α hélice y lámina β parece encontrarse principalmente en la región 106-126, que en forma de péptido sintético es un neurotóxico potente. [2]

La fisiopatología es larga y complicada, tiene múltiples presentaciones, y la sintomatología varía de acuerdo a la etapa presente de la enfermedad, desde el inicio de la enfermedad hasta un poco antes de los 100 días del padecimiento se conoce como la fase prodromica, en la cual se observan síntomas afectivos como insomnio, aislamiento, hiporexia y perdida de peso.

A partir de los 101 días y hasta que se cumplan los 200 días, se conoce como la etapa o fase intermedia, donde aparecen los síntomas psicóticos que se manifiestan como alucinaciones auditivas y visuales, además de ideas delirantes, como sentimientos de persecución, paranoia y celotipias.

Y finalmente, a partir de los 200 días de padecimiento, es la fase tardía en donde surgen alteraciones en la conducta como agitación psicomotriz, irritabilidad extrema y agresividad física.

Las presentaciones de las enfermedades causadas por priones tienen 3 presentaciones principales, que se dividen en hereditarias provocadas por alteraciones genéticas heredables que facilitan el plegamiento erróneo de la PrPC, las formas infecciosas que se explican por la interacción de la PrPSc sobre la PrPC lo que provoca su transformación a PrPSc y finalmente la forma esporádica de la enfermedad que son las que aparecen sin causa aparente y para las que no hay explicaciones en la actualidad. [3]

Métodos de diagnóstico

Por último, el diagnóstico de las enfermedades causadas por priones en humanos se basa más que nada en la historia clínica y los hallazgos de electroencefalografía típicos, como complejos de alto voltaje y ondas lentas, sobre un fondo de ondas lentas pobremente organizadas. Los descubrimientos de atrofia cerebral mediante estudios de imagenología son otra de las principales formas para realizar un diagnóstico, pero de baja precisión.

Algunas otras técnicas que han surgido aumentando la precisión y sensibilidad de los diagnósticos son principalmente el inmunoanálisis de líquido cefalorraquídeo, en búsqueda de PrPSc.

También existe la búsqueda de características patológicas típicas, pero estas requieren de una biopsia cerebral, por otro lado, la inoculación de muestras del sistema nervioso central en monos es un método muy eficaz, pero lleva demasiado tiempo y es extremadamente laborioso. [4]

Recientemente, se ha demostrado que en pacientes con demencia y sin padecimientos agudos del SNC, la detección, por radioinmunoanálisis de la proteína 14-3-3 en el líquido cefalorraquídeo apoya fuertemente el diagnóstico de las enfermedades causadas por priones.

De la misma manera, la detección por electroforesis bidimensional en gel de dos proteínas, la p130/131 permite favorecer el diagnóstico cuando se suma su detección a los criterios clínicos aceptados. [4]

Pero la búsqueda de PrPSc no es la única manera de encontrar a la patología, en ciertas ocasiones, la detección de indicios o etapas tempranas se puede realizar mediante el descubrimiento de la proteína PrPC mal plegada, cosa que se puede lograr mediante electroforesis o western blot.

Estos descubrimientos se basan más que nada en observar las diferencias en peso molecular, comparando las muestras con el peso conocido de PrPC que es de entre 26 y 37 kDa, por lo que resultados que excedan este rango son buenos indicios de la aparición de las enfermedades causadas por priones. [5]

Referencias

1. Mayo Clinic, Como se pliegan los priones, [Internet], Mayo Clinic, 2020, [recuperado el 24 de noviembre 2022], disponible en: https://www.mayoclinic.org/es-es/diseases-conditions/creutzfeldt-jakob-disease/multimedia/normal-and-diseased-prions/img-20007478#:~:text=Los%20priones%20son%20prote%C3%ADnas%20que,animales%20y%20de%20las%20personas.
2. Gasset M. & Westaway D., Los priones y su biología, [Internet], Primer Congreso Virtual Iberoamericano de Neurología, 1999, [recuperado el 24 de noviembre 2022], disponible en: https://www.svneurologia.org/congreso/priones-1.html
3. Paniz Mondolfi A., Aspectos inmunopatológicos de la infección por priones., Gac Méd Caracas, [Internet], 2005, [recuperado el 24 de noviembre 2022], 113(3), disponible en: http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0367-47622005000300004
4. Pena I, Priones y Encefalopatías Espongiformes Transmisibles: un recorrido por su historia, Revista UNLP, [Internet], 2011, [recuperado el 24 de noviembre 2022], 31(1), disponible en: https://revistas.unlp.edu.ar/analecta/article/download/12208/11166/41560
5. González Miranda E., Adaptación de un sistema de propagación de priones in vitro para el cribado masivo de compuestos específicos frente a las Encefalopatías Espongiformes Transmisibles humanas, [Internet], Universidad del país basco, 2020, [recuperado el 24 de noviembre 2022], disponible en: https://addi.ehu.es/bitstream/handle/10810/50401/Tesis_Ezequiel_Gonzalez_Miranda.pdf?sequence=1