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LOS
PRIONES Y SU BIOLOGÍA
Los
priones son los agentes causantes de un grupo de patologías neurodegenerativas
letales características de mamíferos, también conocidas como encefalopatías
espongiformes transmisibles. Estos agentes son capaces de propagarse dentro
de un mismo huesped causando una lesión espongiótica y de transmitirse de huesped
a huesped con elevados tiempos de incubación. A diferencia de virus y viroides,
son resistentes a tratamientos inactivantes de ácidos nucléicos, pero comparten
con éstos la existencia de una variabilidad de inóculos dentro de la misma especie
(diferenciables por el patrón de la lesión y la magnitud del tiempo de incubación)
y de una infectividad sujeta a barrera de especie (Chandler, 1961; Alper y cols.,
1967; Hunter, 1972; Prusiner, 1982; Bruce y Fraser, 1991; Bessen y Marsh, 1992).
La búsqueda de la entidad molecular
constitutiva de este agente reveló como componente mayoritario, si no único,
una proteína: PrPSc, proteína del prion de scrapie),y la ausencia
de un ácido nucleico específico (Prusiner 1982, 1991). Con estas premisas estructurales
unidas a la capacidad de infección, Prusiner acuña el término prion (particula
infecciosa de naturaleza proteica) para diferenciarlo de virus y viroides. Dadas
las características poco convencionales de los priones se han elaborado numerosas
hipótesis sobre su estructura (Dickinson y Outram, 1988; Prusiner, 1991; Weissmann,
1991). En la actualidad la hipótesis con mayor grado de aceptación es la conocida
como "sólo proteína", delineada inicialmente por Griffith (1967) y,
formalmente enunciada y actualizada por Prusiner (1991, 1997). Tras la descripción
de proteínas de diferente secuencia pero similar comportamiento en levadura
así como los avances interdisciplinares realizados en el conocimento de estos
agentes en la última década, el concepto de prion ha sido acotado adquiriendo
una defición más precisa y generalizable (Wicker y Masison, 1996; Lindquist
S., 1997; Prusiner, 1997). Así, se denomina prion a la forma alterada
de una proteína celular funcional (PrP en mamíferos) que ha podido perder su
función normal pero que ha adquirido la capacidad de transformar la forma normal
en patológica.
La estructura y la expresión del gen de PrP.
La proteína del prion, identificada
originalmente en roedores infectados con scrapie, está codificada por un gen
cromosómico de copia única (Chesebro y cols., 1985; Oesch y cols., 1985). Este
gen se encuentra áltamente conservado y se ha identificado en más de 13 especies
de mamíferos. Generalmente está compuesto por dos exones no traducidos en 5´
separados por un intron de ~2 kb, que tras splicing quedan unidos al exon 3
que contiene la region codificante (750 bp). El codon de iniciación se localiza
a 10 nucleotidos 3´ del sitio aceptor de splicing lo que imposibilita la interrupción
del mensaje y la existencia de formas alternativas. Experimentos de clonaje
han permitido obtener todo un conjunto de mutaciones ligadas a patologías hereditarias,
perfilar posiciones polimórficas y describir una rica variedad de mutaciones
sin sentido en distintas especies (Prusiner, 1997; Lee y cols., 1998).
La incertidumbre reinante sobre PrP
y su maleabilidad conformacional dictó la búsqueda de genes vinculados y elementos
reguladores que pudieran desempeñar un papel activo. Así, las 145 kb del DNA
de los genes humano y ovino de PrP y dos alelos de Prn-p se analizaron en detalle
en búsqueda de regiones conservadas, ORFs, exones potenciales, sequencias repetitrvas,
posibles islas CpG y motivos polimórficos. Hasta la fecha no ha sido posible
identificar ningún gen relacionado (por ejemplo de carabinas moleculares, etc)
en la proximidad pero si se han observado algunas características no esperadas
dentro de los genes salvajes de PrP. En este sentido, el alelo predominante
del gen de ratón, Prn-pa, encontrado en 44 cepas de laboratorio contiene 6878
nucleotidos de un genoma retroviral insertado en la cadena complementaria del
intron 2. Este elemento IAP está flanqueado por duplicaciones del motivo AAGCTT
encontrado en el gen Prn-pb y áltamente relacionado con el transposón prototipo
IAP prototipo y diferenciándose principalmente en una pequeña deleción del gen
de la polimerasa. Estos datos indican un origen transposicional reciente. En
el caso del gen de oveja, la región no traducida 3´(UTR), particularmente larga,
refleja mayoritariamente la presencia de un trasposón fosil de tipo "mariner"
de 1.2 kb, ausente en los genes de ratón y humano. La inestabilidad cromosómica
asociada a la presencia de elementos de tipo "mariner" en el cromosoma
17 humano sugiere que las posiciones adyacentes al gen ovino de PrP y, por similitud,
en el bovino son competentes para reorganizaciones de DNA. Por último el intron
grande del gen humano contiene una sequencia análoga al exon 2 de los genes
de raton y de oveja, flanqueados por sitios consenso aceptores y donantes de
splicing, si bien queda por establecer hasta que punto las secuencias tipo exon
2 están incluidas en algun subconjunto de los mRNAs de la PrP humana. Estos
datos indican que la organización base del gen ancestral de PrP, previo a la
especiación de mamíferos, fuese de 3 exones.
Con respecto a la expresión del gen
de PrP ésta ocurre constitutivamente en tejidos neuronales y no neuronales de
animales adultos, detectándose los niveles más altos en neuronas (Kretzschmar
y cols., 1986). En cerebros animales, la síntesis de mRNA de PrP ocurre constitutivamente
en estados adultos, pero durante el desarrollo se encuentra bajo un control
riguroso (Chesebro y cols., 1985; Oesch y cols., 1985). En el septum, los niveles
de los mRNA de PrP y de acetilcolinesterasa aumentan paralelamente durante el
desarrollo (Mobley y cols., 1988). Los niveles más altos de PrPC
se encuentran en cerebro, particularmente en el hipocampo, existiendo niveles
significativos en corazón y músculo esquelético y, más bajos en la mayoría de
los órganos restantes excepto en hígado y en páncreas (Prusiner ,1997).
La proteína celular del prion
El producto traducido a partir del
mRNA es una cadena polipeptídica de alrededor de 250 aminoácidos, dependiendo
de la especie, en la que se distinguen una secuencia señal N-terminal de 22
residuos, una serie de repeticiones de un octapéptido PHGGGWGQ, cuatro segmentos
áltamente conservados en las posiciones 109-122, 129-140, 178-191 y 202-218,
una región hidrofóbica C-terminal (Schätzl y cols., 1994; Prusiner, 1997). Esta
cadena sufre un proceso de maduración covalente complejo que supone: la escisíón
proteolítica de los péptidos señal, la adición C-terminal de un glicanfosfatidilinositol
(GPI), la formación de un enlace disulfuro intramolecular y, por último, una
doble glicosilación en los residuos de Asn 181 y 197 (Prusiner, 1991).
PrPC es una proteína capaz
de unir específicamente Cu2+, para la cual se postula un papel activo
en la homeostasis de este catión implicado en procesos de oxido-reducción (Brown
y cols., 1997; Stöckel y cols, 1998). 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 del contenido en
estructuras extendidas (Pan y cols., 1993; Stöckel y cols., 1998). Estudios
espectroscópicos de alta resolución con formas recombinantes en ausencia de
ligando han puesto de manifiesto que PrP está constituída por dos dominios,
el N-terminal áltamente desestructurado y el C-terminal globular (Donne y cols.,
1997; Riek y cols., 1997).
Con respecto al metabolismo celular de PrPC, estudios de translocación in vitro han identificado tres formas topológicas de PrP: una forma de secreción (coincidente con la anclada por GPI) y dos formas transmembranas que difieren en su orientación (el N-terminal luminal y el C-terminal luminal) (Hedge y cols., 1998). La forma de secreción es transportada en vesículas de secreción a la superficie exterior celular donde queda anclada a través del GPI en dominios particulares (Stahl y cols., 1987; Taraboulos y cols., 1992). Una vez allí, algunas moléculas son liberadas al espacio extracelular por escisión del GPI mientras que la mayoría es internalizada en el compartimento endocítico (Shying y cols., 1993). Estas últimas bien son recicladas hacia la superficie celular o bien sufren una ruptura proteolítica en la mitad del N-terminal cuyos productos son expulsados al exterior celular (Shying y cols., 1993). El metabolismo de las formas trasmembrana 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 estados neuropatológicos (Hedge y cols., 1998).
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