LOS PRIONES Y LA TRANSMISIÓN DE LA VIDA POR ARN O ADN

¿TODAS LAS FORMAS DE VIDA SE TRANSMITEN A TRAVÉS DEL ADN O ARN?


En al década de 1950, el pediatra norteamericano Carleton Gajdusek estudió en Nueva Guinea una enfermedad fatal del sistema nervioso que hoy se conoce con el nombre de kuru o “escalofrío”, que afecta de modo epidémico a la tribu de los Fore. Gajdusek observó que el kuru no se correspondía con ningún modelo genético conocido y pensó en el canibalismo, practicado por los Fore, como posible causa de transmisión de la enfermedad.

En 1959 el veterinario W.J. Hadlow reportó las similitudes clínicas y neuro patológicas existentes entre el kuru y el scrapie o “tembladera” que padecen los carneros. A su vez, Gajdusek observó que el kuru comparte ciertas características con la demencia presenil descrita a principios de 1920 por Creutzfeldt y Jakob. Estos investigadores describieron los primeros casos de una encefalopatía subaguda espongiforme humana que posteriormente llevaría su nombre, Creutzfeldt-Jakob (CJ), en honor a sus descubridores. Desde los finales de los años 60 diversas enfermedades han sido agrupadas bajo la denominación de Encefalopatias Subagudas Espongiformes
Transmisibles (ESET). El estudio necrópsico revela degeneración espongiforme y gliosis astrocitica del sistema nervioso.

Transcurridos más de 40 años, la enfermedad de CJ ha sido considerada como una enfermedad neurodegenerativa rara en su etiopatogenia. Sólo a través de la
transmisión de la enfermedad mediante la inoculación de extractos de cerebro de
pacientes que murieron de CJ, la historia ha revelado sus secretos.

El hecho de cómo esta enfermedad puede llevar a la muerte del paciente en dos meses
por la destrucción del cerebro, mientras que su cuerpo no es afectado, sin presentar
respuesta febril, leucocitosis, pleocitosis ni respuesta inmune, llevó al doctor Prusiner, en 1972, a postular que dicha infección era provocada por un “virus lento”. Cinco años más tarde, William Hadlow sugirió que el kuru era similar al scrapie, que a su vez era producido por un virus lento. Esto hizo suponer un nuevo mecanismo de patogenesis y de un nuevo agente infeccioso, con propiedades físico-químicas y un comportamiento biológico muy diferente de los microorganismos tradicionales, como bacterias y virus!

En 1977, Gajdusek describió algunas de las propiedades no convencionales obtenidas a partir de estudios del posible virus scrapie transferido a ratón y hámsters. La característica más desconcertante para los investigadores fue que el agente infeccioso no era reconocible como partícula vírica en cortes de cerebro analizados en el microscopio electrónico.

Algunas propiedades físico-químicas. Propiedades biológicas
de los agentes infecciosos no convencionales

Resistencia a: formaldehído Largo período de incubación (meses,
EDTA años, décadas) Proteasas (tripsina, pepsina) No producen respuesta inflamatoria
Nucleasas (ribonucleasas A y III, Patología crónica progresiva Desoxiribonucleasa I Fatal en todos los casos Calor (80ºC)
Carecen de estructura visible al ME
Radiación ultravioleta (2540Å) No antigénicos
Carecen de estructura visible al ME Carecen de cuerpos de inclusión
Presencia de ácido nucleico no Demostrada.

Descubriendo el prion

En 1975, se propusieron más de una docena de hipótesis acerca de la naturaleza del
agente infeccioso responsable del kuru, scrapie, CJ y el síndrome de Gerstmann-
Straussler (GSS “Syndrome”). Para aislar dicho agente fue necesario abordar el
problema de forma empírica. Se comenzó por homogenizar una muestra de cerebro de
animal infectado, luego se dividió en fracciones, que fueron sometidas a diferentes
procesos físicos y químicos y luego se escogió la fracción más activa para dedicarle
mayor atención. En el caso del kuru, la única forma de conocer la concentración del agente infeccioso en la muestra fue midiendo la capacidad de inducir la enfermedad en
animales inoculados. Durante años se efectuó usando el método de la máxima
dilución.

En 1975 Richard Marsh y Richard H. Kimberlin describieron una forma de
prurito inducido en hámsters Sirio (Mesocricetus auratus), que se presenta dos
veces más rápido que en el ratón (aprox. 70 días) (5-6). Esto permitió establecer una
correlación positiva entre la concentración del agente del prurito y la rapidez con que se establece la enfermedad y el tiempo que tarda en sobrevenir la muerte. Más tarde, se determinó que el cerebro de hámsters, además contaba con un título de agente inductor del prurito 100 veces mayor a la encontrada en el bazo de ratón. Estudios posteriores, mediante el uso de centrifugación diferencial, detergentes,
proteasas y endonucleasas, permitieron desarrollar un protocolo para separar el
agente scrapie de muchas otras proteínas y ácidos nucleicos presentes en la muestra.
Los resultados sugirieron que la infectividad de scrapie sería producida por agentes degradables por proteasas y resistentes a condiciones que degradan o alteran los
ácidos nucleicos (ARN y ADN).

En 1982, Prusiner denominó prion (proteína e infección) al agente infeccioso responsable de las ESET y lo definió como partícula infecciosa de característica proteica. Prusiner, además sugirió que podría existir un pequeño ligando a la partícula del prion responsable del grado de infección. La estructura proteica y presencia de dicho ligando hace que los priones sean elementos que imparten y propagan variabilidad conformacional (cambio en el empaquetamiento de la molécula).

A Los datos espectroscópicos y las simulaciones con programa de modelamiento
molecular indican un empaquetamiento compacto de 4 hélices (H1-H4) y
oligosacáridos complejos unidos a la proteína. (42% de alfa hélices, 3% cadenas
beta).
B Representación del PrP presente en fracciones del agente infeccioso de scrapie.
Nótese el cambio de empaquetamiento molecular con respecto a la figura A.
(43% de cadenas beta, 30% de alfa hélices)

El estudio comparativo de extractos de animales infectados y no infectados
sometidos a digestión con proteasas y luego análisis en geles de poliacrilamida permitió determinar que la partícula proteica tiene una masa molecular aparente de 27-30 kDa.

Priones y enfermedad ESET humana.

Aunque los cerebros de pacientes parecen normales al examen visual post morten,
éstos usualmente presentan degeneración espongiforme y gliosis astrocítica. La
enfermedad por priones puede presentarse en forma esporádica, genética, o por
desórdenes infecciosos.

La enfermedad de CJ esporádico constituye la mayoría de los casos. Se desconoce cómo
los pacientes con la forma esporádica pueden desarrollar la enfermedad. Se han
planteado tres hipótesis principales: 1) transmisión horizontal de priones desde
animales o humanos (11); 2) mutación somática del gen PRP y 3) conversión espontánea de PrP celular (PrPC) a PrP scrapie (PrPSc)

A pesar que la enfermedad declinó en la tribu de los Fore en Nueva Guinea, después que éstos cesaron el canibalismo, se considera poco probable que la patogénesis de la enfermedad esporádica por priones esté dada sólo por un mecanismo de transmisión. Hasta ahora ha sido infructuoso establecer la relación entre la enfermedad de CJ esporádica y la transmitida por priones en humanos o animales. Sin embargo, la enfermedad de CJ no esporádica puede explicarse por la infección a través de la aplicación de electrodos profundos no estériles, el trasplante de córneas, administración de hormona del crecimiento y gonadotrofina derivada de hipófisis de cadáveres de sujetos infectados con priones. El período de incubación va entre los 3 a 20 años. El injerto de dura madre implantado en un acto neuroquirúrgico ha causado más de 60 casos de CJ siendo el período de incubación en estos casos de 1-14 años.

A pesar del acumulo de información obtenida acerca de la naturaleza de los priones,
continúa el debate en cuanto al origen de la forma patogénica y cómo está determinada
su capacidad para acumularse y/o replicarse en el organismo. Gracias a la secuenciación de 15 aminoácidos del extremo NH2 terminal del PrP, permitió a los investigadores la construcción de sondas para identificar la localización exacta del gen que codifica el PrP (gen PRP). Sorpresivamente, se descubrió que dicho gen se encuentra de forma natural en todas las especies y miembros de éstos, incluido al ser humano. En este último, el gen se localiza en el brazo corto del cromosoma 20.

¿Cómo se explica entonces la posible relación entre las ESET y PrP?. Se descubrió que la proteína PrP presente en los organismos sanos era proteasa sensible mientras que la PrP encontrada en los organismos enfermos era parcialmente proteasa resistente. Estas se denominaron proteína celular o PrPc y proteína scrapie o PrPsc, respectivamente. La PrPc posee una estructura en alfa hélice mientras que la PrPsc presenta mayor proporción de cadenas beta plegadas. Esta estructura les confiere diferencias de solubilidad frente a agentes no denaturantes y de sensibilidad a proteasas. Así, PrPc es soluble en agentes no denaturantes y es rápidamente digerida por proteasas, mientras que la PrPsc es insoluble en agentes no denaturantes y es parcialmente resistente a proteasas.

¿Cómo se produce la PrPsc?

Con respecto a esta pregunta existen varias hipótesis. Según estudios realizados por
Stahl y cols, 1993, la PrPsc sería el producto de un cambio postraduccional de
PrPc durante el cual esta proteína adquiriría un alto contenido de cadenas beta. Sin
embargo, a pesar de que ambas formas, PrPc y PrPsc, son codificadas por el mismo
gen, no puede ser el resultado de un procesamiento alternativo del mRNA, ya que
en todas las especies estudiadas, la secuencia codificadora para PrP se encuentra en un sólo exon. Otros investigadores han postulado que PrPsc actuaría como un marco de copia en donde ejercería su acción una proteína X tipo chaperona que produciría la replicación de la PrPsc. Otra posibilidad de adquirir PrPsc a partir de PrPc es a través de mutaciones. En el hombre se han encontrado 20 mutaciones en la región codificadora del gen PRP, en todas las formas familiares de ESET. En cambio, no se han encontrado dichas mutaciones en las formas esporádicas de las ESET.


La Pro102 - Leu (P102L) fue la primera mutación descrita de PrP ligada a una
disfunción del sistema nervioso central (SNC) en el (GSS), presente en muchas
familias alrededor del mundo. La importancia de dicha mutación ha sido confirmada en
estudios con animales transgénicos, en donde se ha observado que la mutación del
gen PRP induce la aparición espontánea de la enfermedad, donde se observa abundante
neurodegeneración.

La inyección de extractos de cerebro del ratón transgénico (P101L equivalente a la
mutación P102L humana), induce neurodegeneración, pero los ratones no desarrollan la enfermedad en forma espontánea y expresan pequeñas cantidades de la proteína mutada. Por otro lado, el extracto de cerebro de humano que producía GSS es transmitida a primates y a ratones transgénicos que contienen el gen PRP humano (Mhu2M-P101L, quimera humano-raton). Estos resultados sugieren que los priones podrían ser
generados de novo a partir de mutaciones en el gen PRP. A la luz de estos hallazgos es posible que las ESET puedan tener un sustrato genético y hereditario. Lo cierto es
que aún no se han reportado evidencias que demuestren cual es el mecanismo que
genera el PrPsc.

¿Cómo se explica el daño a nivel del SNC?

El curso temporal de PrPsc en cerebro de ratones que poseen bajos niveles de PrPc,
no se correlaciona con el curso temporal de neurodegeneración, sugiriendo que
PrPsc no esta directamente ligada al evento tóxico en el cerebro. Aunque la conversión de PrPc a PrPsc parece ser crucial en el desarrollo de la
enfermedad, otros aspectos sobre la expresión de PrP, como el plegamiento y
trafico de la proteína, también pueden ser importantes en el mecanismo fisiopatológico.

Estudios de translocación en reticulo endoplasmico (RE) derivado de membranas
microsomales, han revelado aspectos inusuales en la biogénesis de PrP. Mientras
que la mayoría de las glicoproteínas son sintetizadas con una simple orientación con
respecto a la membrana del RE, la proteína PrP es sintetizada adoptando más de una
forma de orientación. Hasta ahora se han reportado tres formas de PrP (PrPCtm,
PrPSec, PrPNtm). Se ha determinado que la proteína PrP de transmembrana, ( PrPCtm ),
puede provocar neurodegeneración severa en ratón, similar a lo que ocurre con priones.

Por otro lado, el análisis de la enfermedad neurodegenerativa humana causada por la
mutación A117V, (sustitución de alanina (A) a valina (V) en posición 117) mostró
incremento en la producción de PrPCtm en la membrana del RE. Esto sugiere que la
PrPCtm es un componente crucial en el mecanismo de neurodegeneración en el GSS
y podría tener implicancias importantes en la extensión de la enfermedad
neurodegenerativa. Además, estudios realizados por G. Forlioni sugieren que la muerte celular se produce por apoptosis. Así, se ha visto que la secuencia peptídica 106-126 de PrP posee una gran habilidad intrínseca para polimerizar in vitro en placas de fibrillas tipo amiloide.

A pesar de la basta información existente acerca de los priones, todavía quedan
muchas interrogantes por contestar, por ejemplo, cuáles son los factores que
promueven la conversión de PrPc a PrPsc; cuál es el mecanismo utilizado por PrPsc
para producir la muerte neuronal; qué rol cumple PrPc en la fisiología neuronal; qué
factores promueven la mutación del gen PRP; cómo se replica PrPsc. A pesar que
existen varias hipótesis de trabajo, no ha sido posible establecer con certeza cuál es el mecanismo íntimo que entrañan las enfermedades producidas por priones.
Actualmente, existe suficiente información que apoya que las ESET son producidas por
priones. Dada las características de estas enfermedades, es imperativo contar con
mecanismos de prevención o de tratamiento.

En este sentido se han propuesto múltiples alternativas, por ejemplo: a) interferir con el mecanismo de conversión de PrPc a PrPsc; b) estabilizar a PrPc mediante su unión a alguna droga; c) modificar la proteína X o chaperona; d) contar con drogas que desestabilicen a PrPsc y e) producir animales que no sean capaces de replicar
priones. Se ha visto que ovejas codificadas con polimorfismo Arg/Arg en posición 171
son resistente a scrapie.

¡Lo cierto es que gracias a la investigación realizada hasta hoy, es posible continuar afirmando que todas las formas de vida conocidas provienen y se heredan a través del ARN o ADN!

Patricio Jara M. Juan Carlos Sáez C.