Príons em ratos
Árvore genealógica dos Príons
Esquema de um príon
é uma
proteína com capacidade de modificar outras proteínas tornando-as cópias de si própria. Um príon não possui acido nucléico (
DNA ou
RNA). São conhecidas treze espécies de príons, das quais três atacam
fungos e dez afetam
mamíferos; dentre estes, sete têm por alvo nossa espécie.
A palavra "príon" vem do inglês prion, que significa Proteinaceous Infectious Only Particle (Partícula Infecciosa Puramente Protéica).
Surgimento das doenças priônicas
Há um gene, chamado prnp, que sintetiza a "proteína príon celular" (também chamada "PrPc"), presente em todas as células do corpo. A PrPc, em condições normais, é capaz de proteger os neurônios da morte. Além disso, estudos recentes mostram que a PrPc está envolvida também no mecanismo de diferenciação neuronal. Entretanto, ocorre uma mutação no gene, que faz com que seja formado um PrPc defeituoso (príon), e que leva às chamadas doenças priônicas. O príon atua ainda como um “molde” que, ao entrar em contato com o PrPc presente nas células, faz com que a proteína normal se altere, tornando-a também um príon. Ainda não se sabe o mecanismo que articula esse tipo de ação. Nenhuma defesa imunológica consegue eliminar o príon do organismo. Ele causa aglomerados no cérebro, em estruturas denominadas “placas amilóides”. Esse acúmulo é tóxico e provoca a morte de muitos neurônios (quadro semelhante ao do “Mal de Alzheimer”).
Mais:
Prion, do inglês proteinaceus infectious particle (partícula proteinácea infecciosa) é uma proteína celular(PrPc) que pode desenvolver papel de agente infeccioso(PrPsc). Sua proliferação é extremamente rápida e causa as denominadas encefalopatias espongiformes, doenças cujo sintoma mais comum é a demência. Os prions são os menores agentes patogênicos conhecidos e podem ser observados apenas com a ajuda dos mais potentes microscópios eletrônicos.
Os prions patogênicos são formas alteradas de proteínas normais as quais estão presentes no cérebro de mamíferos. Conforme propôs o neurologista americano Stanley Prusiner, eles são capazes de infectar seres vivos e se auto-replicar em seu interior (protein-only hypothesis). Prusiner concluiu que este agente etiológico era diferente dos demais agentes infecciosos (fungos, bactérias e vírus) ao perceber que a propagação das doenças em cirurgias ocorria mesmo com a utilização de métodos comuns de assepsia sobre os instrumentos, embora fosse interrompida quando se utilizavam métodos de desnaturação ou degradação protéica, sugerindo que o agente transmissor seria constituído basicamente por proteína. Outra importante observação que também ajudou a fundamentar a protein-only hypotesis foi a de que, quando expostos à radiação ultravioleta (que normalmente destrói ácidos nucléicos), os extratos com poder infeccioso estudados não perdiam esta capacidade.
Os prions foram identificados como causadores de várias doenças neurológicas letais, geralmente com períodos de incubação prolongados, que antes eram atribuídas a vírus de lenta proliferaçã
Prováveis Funções do PrPc
- peça fundamental na emissão de neuritos (neuritogênese), desempenhando, portanto, importante papel na comunicação entre células nervosas;
- manutenção da concentração intracelular adequada de íons Cu2+ através de região ligante pertencente à extremidade amino-terminal;
- participação no transporte ou metabolismo de zinco;
- proteção ao estresse oxidativo;
- participação na excitabilidade celular e transmissão sináptica;
- apoptose celular.
Codificação da proteína
O gene PrPn codifica a proteína celular prion e é altamente conservado evolutivamente no genoma de mamíferos, indicando a importância da proteína não patogênica para o organismo. A constituição básica da proteína é de uma região amino-terminal desordenada e uma região globular carboxi-terminal.
Em condições normais, o gene codifica a proteína do príon celular (PrPc), não patogênica. Contudo, em condições próprias (também abordadas neste estudo), o PrPc adquire nova conformação espacial, denominada PrPsc, que é a forma patogênica.
Como as proteínas priônicas de mamíferos guardam grandes semelhanças quanto à sua conformação, a infecção interespecífica é possível.
A PrPc pode ser encontrada não apenas no tecido nervoso, mas em diversos outros tecidos, como o muscular. Existem também células em que elas não estão presentes, como as células de Purkinje (tecido nervoso).
Diferenças entre PrPc e PrPsc
As diferenças entre a forma celular e scrapie da proteína príon são resultantes apenas das diferentes configurações moleculares. Essa alteração na conformação tem como conseqüência a não-funcionalidade da PrPsc, mas a ativação de seu poder infeccioso. Deve-se frisar, contudo, o fato de que a toxicidade da PrPsc é restrita ao sistema nervoso. Sua proliferação em outros tecidos é possível, mas não considerada patogênica.
Principais diferenças geradas pela alteração conformacional:
-na proteína PrPc há predomínio da estrutura secundária alpha-hélice (42%) em relação às folhas-beta (3%). Já na PrPsc predomina a folha-beta, seguindo a proporção de 43-54% e 17-30%, respectivamente;
-apenas proteína PrPsc é amilóide, ou seja, tem a capacidade de formar naturalmente grandes agregados insolúveis de proteína. Em oposição, a PrPc é considerada globular e altamente solúvel;
-a proteína PrPc é caracterizada como sensível à digestão por proteinase K, enquanto a PrPsc não o é.
Infecção
A infecção pelas proteínas patogênicas pode se dar, mais comumente, por três formas: - hereditariedade; - uso de material cirúrgico contaminado; consumo de carne de animais infectados.
Deve-se destacar o perigo que infecções por prion representam no âmbito sócio-global, já que os prions são mais resistentes à destruição que qualquer outro agente patogêncio conhecido. Eles são mais duradouros e estáveis que os esporos de anthrax e não podem ser neutralizados por radiação. Além disso, não existem procedimentos de rotina que visem detectá-los. Assim, a contaminação por prion pode ser mais poderosa, ainda que manifestada com menor intensidade a curto intervalo de tempo, que infestações por anthrax e smallpox. Contra estas últimas existe ainda a possibilidade de se produzirem vacinas, e a taxa de mortalidade não chega aos 30%. Dessa forma, prions podem ser armas biológicas extremamente potentes e, no entanto, não recebem a devida atenção dos governos.
Drogas de combate à infecção
A identificação de características estruturais das isoformas patológicas é fundamental para o entendimento dos mecanismos de agregação do PrPsc e, portanto, é um passo de compromisso no desenvolvimento de drogas potencialmente terapêuticas para combate às encefalopatias espongiformes.
A descoberta de funções importantes desempenhadas pela proteína PrPc mostram que as drogas que visam o combate à infecção patogênica não devem atingir a proteína normal, mas sim exclusivamente a forma patogênica, denominada PrPsc.
Uma outra possível estratégia para a confecção de fármacos é a identificação de pequenos ligantes da superfície mais externa da molécula que auxiliam na conversão de PrPc em PrPsc. Os fármacos agiriam mimetizando a interação com os ligantes naturais, inibindo a alteração conformacional.
Doenças priônicas
Os prions patogênicos são responsáveis pelas doenças classificadas como encefalopatias espongiformes, que recebem este nome devido ao aspecto de esponja adquirido pelo tecido nervoso cerebral acometido pelas doenças. As variações características de cada enfermidade se devem apenas a variações no tempo de incubação, distribuição geográfica das lesões e potencial infeccioso. Estudos mais aprofundados acerca destas doenças podem, inclusive, auxiliar no entendimento de outras patologias que acometem o cérebro e que ainda não estão completamente desvendadas, como o mal de Parkinson e o mal de Alzheimer.
Como se dá a morte celular desencadeada pela infecção priônica? As moléculas de príon patogênicas, diferentemente da forma celular (globular), são amilóides. Em outras palavras, elas formam naturalmente grandes agregados insolúveis e fibrosos de proteína. Não se sabe ao certo exatamente como essas proteínas causam doenças, mas acredita-se que elas se acumulem nos lisossomos, posto que também seriam mais resistentes à ação de proteinases K (em relação à PrPc). Assim, o acúmulo protéico nos lisossomos causaria o rompimento destas organelas e a conseqüente digestão citoplasmática, levando à morte das células afetadas. Formar-se-iam, dessa forma, os grandes espaços no tecido nervoso doente, característicos das encefalopatias espongiformes.
Kuru: é uma doença cerebelar subaguda com ataxia (perda da coordenação muscular) e de rápida evolução (1 ano até o óbito), com apresentação de tremor. Acomete crianças e mulheres adultas, e se acredita ser disseminada pelos rituais de canibalismo da tribo Fore, que habita uma região da Papua-Nova Guiné. As maiores quantidades de tecido cerebral são dadas às criança e às mulheres, justificando a epidemiologia da doença. Atualmente, a cessação da prática de canibalismo fez com que o Kuru quase desaparecesse;
Doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD): têm sido encontrada em diversas partes do mundo, com uma incidência anual de 0,5 caso por milhão de pessoas. Acredita-se que 10 a 15% dos casos da doença sejam hereditários. Na maioria dos pacientes ocorre, de forma progressiva, um prejuízo mental, embora cerca de 20% dos pacientes tenham uma fase inicial extremamente rápida (alguns dias). A tríade clínica é de demência progressiva, mioclonias (contrações rápidas das extremidades e do tronco causando movimento involuntário dos membros e do corpo) e eletroencefalografia típica. Embora o quadro da CJD seja muito característico, outras doenças podem produzir quadros semelhantes. A doença que mais comumente se confunde com CJD é a doença de Alzheimer (DA), especialmente a DA familiar, com presença de mioclonias. A CJD é considerada a vertente humana da famigerada doença da vaca louca.
Insônia familiar fatal é uma doença hereditária causada pela alteração dos PrPc. (príons celulares considerados comuns a todas as células que não manifestam nenhum mal ao organismo)
Doença esta que costuma manifestar-se a partir da meia idade. Inicialmente ocorre uma dificuldade em dormir, evoluindo para uma insônia intensa. Isso ocorre porque o tálamo (responsável pelo controle do sono-vigília e auxiliar na resposta dos sentidos) é comprometido. Doença de evolução rápida.
Doença de Gerstmann, Sträussler e Scheinker (GSS): ocorre ataxia cerebelar progressiva, tremores, disartria (distúrbio da articulação da fala) e diminuição de reflexos profundos. A evolução clínica é mais lenta se comparada com a CJD, atingindo pacientes de 30 a 60 anos, com sobrevida média de 5 anos após o início dos sintomas. O EEG pode ser normal ou discretamente lentificado e os exames de neuroimagem (CT e RNM) mostram atrofia cerebral e cerebelar. Estima-se que a incidência da GSS seja de 2 casos em cada 100 milhões de habitantes.
Scrapie: É uma doença neurodegenerativa fatal que afecta o sistema nervoso do gado ovino e gado caprino. A doença é causada por um prion- (Prião em portugal) e está relacionada com a BSE, mas até agora não foram identificados casos em que tenha sido transmitida ao homem.
Encefalopatia espongiforme bovina, vulgarmente conhecida como
doença da vaca louca ou
BSE (do acrônimo inglês bovine spongiform encephalopathy), é uma doença neurodegenerativa que afecta o
gado doméstico bovino. A doença surgiu em meados dos
anos 80 na
Inglaterra e tem como característica o facto de ter como
agente patogénico uma forma especial de
proteína, chamada
prião (Portugal) ou
príon. É transmissível ao homem, causando uma doença semelhante, a nova variante da
Doença de Creutzfeldt-Jakob, abreviadamente vCJD.
Chaperonas químicas
A conversão de PrPc a PrPsc pode ser inibida por chaperonas químicas, tais como trimetilamina N-oxido (TMAO), glicerol, dimetil sulfóxido (DMSO) e outros.
Acredita-se que a porção N-terminal da PrPc seja desordenada e que esta região, incluindo a região ordenada em H1, seja desdobrada e dobrada em folhas beta na conversão. O papel inibitório do TMAO se dá a partir do dobramento alternativo da extremidade N-terminal desordenada, sem que haja prejuízo à estrutura de alpha-hélice 1.
Conformação
A conformação da proteína da isoforma celular normal (PrPc) é diferente da conformação da proteína da isoforma implicada na doença (PrPsc), quer na sua conformação simples quer no seu estado de oligomerização ou agregação. A isoforma normal prefere um estado monomérico, enquanto a proteína alterada se multimeriza.
Um aspecto especial no que se refere às doenças priônicas consiste no fato de a isoforma PrPsc parecer ter capacidade para atuar como um molde que diminui a barreira cinética entre as isoformas PrPc e PrPsc. Quanto maior for a homologia entre as duas isoformas, maior será a eficiência da conversão. No entanto, quando as seqüências de aminoácidos forem diferentes, sobretudo em certas regiões da estrutura protéica, esta conversão será menos viável.
Síntese e Replicação
Um ciclo de replicação simples para o PrPsc pode ser visualizado se admitirmos que o PrPc se encontra em equilíbrio com um segundo estado PrP*, que é um estado intermediário que intervém na formação do PrPsc. Em circunstâncias normais, o PrPc domina o equilíbrio conformacional. Porém, se há um PrPsc exógeno, este pode ligar-se ao PrP* para originar um heteromultímero que depois pode ser convertido em um homomultímero de PrPsc.
Acredita-se que há um fator auxiliar que intervém nessa conversão, a chamada proteína X. Esta proteína X se liga ao PrPc e, após a conversão do PrP* em PrPsc, ela é liberada, podendo juntar-se a um novo complexo heteromultimérico. O complexo homomultímero formado pode se dissociar, formando dois moldes capazes de novas replicações, o que explica o crescimento exponencial da forma PrPsc.
Além da forma infecciosa, também é possível que haja formação de PrPsc pelas formas hereditária ou espontânea, ou seja, na ausência de um PrPsc exógeno que funcione como molde. Nesses casos, uma proteína PrPc mutante liga-se à proteína X e dá origem a um complexo PrP*/Proteína X/PrP*/Proteína X, a partir do qual se forma PrPsc endógeno.
Plasticidade Conformacional e Estrutura
Para que o PrPsc possa ser um bom molde para converter o PrPc em PrPsc, as diferenças entre as suas seqüências de aminoácidos devem ser mínimas, de modo a facilitar esta conversão. Por outro lado, é necessário que algumas regiões da proteína apresentem uma plasticidade conformacional grande.
O aparecimento de formas hereditárias da doença pode aumentar se a proteína PrP possuir substituições em alguns de seus aminoácidos que desestabilizem a isoforma PrPc ou que estabilizem a isoforma intermediária PrP*.
A isoforma PrPc poderá ser estabilizada por pequenas moléculas que diminuam a concentração de PrP*, por moléculas que anulem as interações entre a proteína PrP e a proteína X ou por moléculas que evitem o reaproveitamento da proteína X.
Nas características estruturais das proteínas priônicas surgem alguns aspectos incomuns, tais como uma seqüência repetida de oito resíduos de aminoácidos (P-H-G-G-G-W-G-Q) e uma região rica em alanina (A-G-A-A-A-A-G-A) nos resíduos 113 a 120.
Agregação e Polimerização
As proteínas priônicas agregam-se na forma de fibrilas amilóides. Essa fibrilas compreendem uma série de diferentes proteínas que caracterizam diversas doenças degenerativas, tais como a doenças de Alzheimer, Scrapie e Diabetes do tipo II.
A polimerização das proteínas priônicas é dependente de nucleação. Esse mecanismo indica que a agregação depende da concentração de proteínas e do intervalo de tempo que se oferece para que elas interajam.
Pode-se fazer esboçar um modelo que apresente uma série de equilíbrios desfavoráveis de associações de proteína-proteína que levam a um núcleo instável. Então, segue-se uma série de equilíbrios favoráveis que culminam na formação de fibrilas. O fenômeno da concentração crítica resulta do deslocamento do equilíbrio do estado desfavorável para o estado favorável.
Isso pode acontecer nas encefalopatias espongiformes na medida em que um PrPsc infeccioso, proveniente do exterior ou resultante de uma mutação, pode substituir-se ao núcleo instável e contribuir, assim, para a formação de fibrilas.
A proteína precursora do prion surge num estado desordenado (U) e depois processa-se o seu enovelamento através de um ou mais estados intermediários. Há um intermediário crítico desse enovelamento (I) que é suscetível de formar mais de um tipo de agregado.
Uma vez no estado enrolado, o módulo na forma N não é passível de formar agregados dadas as superfícies expostas da molécula e a conformação do módulo N.
No entanto, elevadas concentrações da proteína precursora do prion favorecem a agregação, desde que se formem elevadas concentrações do módulo intermediário I.
Assim, existem mutações que favorecem a formação de P por retardamento da velocidade de formação do módulo N (efeito mutacional sobre a cinética de enovelamento) e mutações que o fazem por desestabilização de N e sua conversão em I (efeito mutacional sobre a termoestabilidade). Em contrapartida, as chaperonas suprimem a formação de P, suprimindo a agregação do intermediário I ou facilitando a desagregação de P em N.
A capacidade de transferência ou agregação é modulada como um fenômeno de capacidade de multiplicação (ou “sementeira”). Algumas formas agregadas de I (P1 e P2) podem multiplicar-se, enquanto outras formas de agregados de I, como A, não podem promover a formação de agregados priônicos.
As formas P2 derivadas de P1 têm propriedades que lhes permitem ser transportadas intactas para o cérebro a partir do intestino e da corrente sangüínea.
O Prion na Célula
Em condições normais, os PrP são sintetizados no retículo endoplasmático e ocorre cisão das seqüências hidrofóbicas que são formadas primeiro (resíduos 1 a 22). Ainda no retículo, carboidratos ligados a Asn são acoplados aos resíduos 181 e 197, sendo que, à medida que atravessarem o aparelho de Golgi, estes carboidratos serão remodelados.
A parte glicofosfoinositol (GPI) é ligada ao resíduo 231 e os vinte e três resíduos carbono-terminais são removidos. Há ainda um sinal para parada de transferência da proteína nos resíduos 95 a 110.
Como a maioria dos prions possui uma forma com âncora GPI, o canal para exportação do PrP se desorganiza durante a biogênese do PrP, originando uma forma membranária da proteína priônica.
Compartimentalização
A PrPc é sintetizada nos ribossomos acoplados ao retículo endoplasmático rugoso e conduzida ao complexo de Golgi, onde sofre modificações pós-translacionais. Ocorre, ainda no retículo endoplasmático, a ligação de PrPc ao colesterol, sinalizando a futura localização da proteína em rafts ou então funcionando como uma lipochaperona. Experimentalmente, comprovou-se que na ausência de colesterol a conversão de PrPc em PrPsc é inibida.
A existência de poucos anticorpos que se liguem a PrPsc torna difícil o seu acompanhamento durante a biossíntese, bem como um possível remanejamento protéico. Contudo, o que se tem percebido é que existe uma tendência, sob certas condições e in vitro, das PrPsc se acumularem no citossol das células infectadas.
Existem duas hipóteses quanto à provável localização da conversão de PrPc a PrPsc. A primeira afirma que a conversão ocorreria por contato direto com a proteína infecciosa na membrana plasmática ou em vesículas de endocitose, nas quais proteínas patogênicas levariam à alteração de proteínas normais presentes na membrana da vesícula. A segunda afirma que o retículo endoplasmático seria o local fundamental no processo de conversão, pois, teoricamente, seria mais fácil alterar a proteína nascente do que a proteína já madura. Além disso, o retículo seria um amplificador da infecção.
O Prion em Números
- Variação de energia livre entre o estado da proteína enovelada e o estado intermediário = 1,9 ± 0,4 kcal/mol.
- Variação de energia livre entre o estado intermediário e o estado desenovelado = 6,5 ± 1,2 kcal/mol.
- Constante de associação do equilíbrio monômero/dímero = 5,4 · 10-5 M-1.
Bibliografia
http://www.unifesp.br/dneuro/neurociencias/vol12_1/encefalopatia.htm
CORREIA, José Henrique R. D., CORREIA, António A. D. Initiation and replication of prion pathogenic synthesis in transmissible spongiform encephalopathy. Revista Portuguesa de Ciências Veterinárias
DAVID R. TAYLOR & NIGEL M. HOOPER. The prion protein and lipid rafts (Review)
ERIC M. NORSTROM and JAMES A. MASTRIANNI. The Charge Structure of Helix 1 in the Prion Protein Regulates Conversion to Pathogenic PrPSc
BRIAN J. BENNION, MARI L. DEMARCO, and VALERIE DAGGETT. Preventing Misfolding of the Prion Protein by Trimethylamine
VINCENZA CAMPANA, DANIELA SARNATARO and CHIARA ZURZOLO. N-OxideThe highways and byways of prion protein trafficking
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Pr%C3%ADon
