morfologia e fisiologia dos príons

Príons

Universidade Federal do Oeste do ParáInstituto de Biodiversidade e FlorestaDisciplina de Biologia Celular

1. Introdução

Proteinaceous infection particles ou príons são partículas de PROTEÍNAS que podem tornar-se infecciosas e causadoras de um grupo de doenças denominadas encefalopatias espongiformes transmissíveis

Antigos dogmas

• Os mecanismos de infecção implicam replicação do agente infeccioso; isto supõe que este deve conter ácidos nucléicos.

• A estrutura primária de uma proteína lhe confere um arranjo em ordens superiores:

“uma sequência, uma configuração”

A proteína ‘natural’, encontrada nos neurônios de mamíferos, é denominada PrPc (ou proteína priônica) e a versão patológica, que sofre mudanças estruturais, é chamada PrPsc

Chain-reaction Conversion of PrPc to PrPsc

PrPc PrPsc Chain-reaction Conversion

2. HISTÓRICO

Os registros mais antigos de doenças priônicas são observações efetuadas a meados do século XVIII sobre uma enfermidade que afetava ovelhas em vários países europeus,

levando-as à morte.

- “scrapie” na Inglaterra- “traberkrankheit desSchafes” na Alemanha- “la tremblante du mouton” na França

1936- os trabalhos de Cuillé e Chelle demonstraram o caráter contagioso da doença das ovelhas e seu longo período

de incubação.

1959- Hadlow relaciona o “scrapie” com uma rara enfermidade endêmica dos nativos de Nova Guiné, o kuru. Alguns

anos mais tarde, Gajdusek e seus colaboradores , transmitem

experimentalmente a chimpanzés, comprovando a transmissibilidade da

enfermidade.

Pouco depois, Gibbs e colaboradores transmitem a doença de Creutzfeldt-

Jacob(CJD) a chimpanzés

Nos anos seguintes, diferentes encefalopatias foram transmitidas experimentalmente a animais e foram classificadas como encefalopatias espongiformes transmissíveis.

-A síndrome de Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS) -A encefalopatia transmissível a visão ou encefalopatia de cérvidos silvestres

Curiosamente, durante a última década se descubriram novas formas de TSEs- A encefalopatia espongiforme bovina (BSE)- A encefalopatia espongiforme en el gato- Encefalopatias espongiformes en el nyala , el ciervo eland, el oryx de Arabia y el kudu

Das novas TSEs, a

encefalopatia espongiforme

bovina é a mais

conhecida, ao demonstrar-

se sua transmissão ao homem como vCJD

3. Características da proteína príon

Proteína prion celular

Gene codificadorPRNP

Cromossomo 20 humanoCromossomo 2 camundongo

Deleção de PRNP em camundongos

Animais “knockout” para PrPc

ORF

EXON I INTRON EXON II

ORF

mRNA

5’ An

Prnp

O gene PRNP e a proteína prion celular

Características químicas do agente infeccioso

Resistentes a agentes modificadores de ácidos nucléicos (nucleases e UV)

Sensíveis a agentes modificadores de proteínas (proteases, SDS, fenol)

Agente infeccioso sem material genético (DNA ou RNA)composto apenas de proteína (PrPsc)

Prions = proteinaceus infectious particle

Stanley Prusiner, 1983

Prions“Proteinaceous infection particles”

• Contém uma forma anormal de uma proteína celular, PrPc

• Diferem de PrPc apenas estruturalmente, contendo exatamente os mesmos aminoácidos

• Presença de PrPc é absolutamente necessária para a infecção

Propriedades Físicas e Químicas

Filtravel com poros 25 nm ou 100 nm.  É invisível ao microscópio óptico e

electrõnico.  Resistente a:

Formaldeido EDTA Proteases ( Tripsina, pepsina )Nucleases ( ribonucleases A e III, desoxiribonuclease I ) Radiação ultravioleta ( 2540 Å ) Radiação ionizante

Propiedades Biológicas

Longo período de incubação( meses, anos, décadas). 

Não produzem resposta imunológica Não antigênicos.  Patologias crônicas progressivas.  Fatal em todos os casos.  Presença de ácido nucleico não demonstrada.  O único componente conhecido é a proteína PrP.  Podem existir em múltiplas formas moleculares  Periodo de adaptação a novos hospedeiros

Métodos de inativação: Autoclave >134 °C,  18 minutos Hipoclorito sódico (20ºC, 1hora)  Hidróxido sódico 2N  Fenol 90% Eter  Acetona  Permanganato potássico 0.002 M  Ureia 6 M  2 – Cloroetanol  Cloroformio

La proteína PrP está constituida por cuatro regiones de estructura secundaria llamadas H1, H2, H3 y H4, en estas regiones se identifican tres zonas de hélice-α llamadas A, B y C, y dos de hoja-β, llamadas S1 y S2.

Estudios mediante los métodos FTIR y CD han mostrado que la proteína PrPc contiene un 40% de hélice-a y muy poca proporción de hoja-β, mientras que la PrPSc se compone de un 30% de hélice-α y un 45% de hoja-β. Esta dualidad hélice- a hoja-β parece localizarse principalmente en la región 106-126, que en forma de péptido sintético es un neurotóxico potente.

4. Estrutura e função da PrPc

PrPc Prion

NormalAltamente insolúvel

Deposição em placas

Proteínas com diferenças conformacionais

PM: 30 kDEP: 254 aaES: 40% hélices, poucas hélices

PrPc

PrPsc

PM: 30 kDEP: 254 aaES: 30% hélices, 45% tipos

PrPc

PrPsc

PrPsc

PrPsc, fibrillas amiloides

Suas características estruturais lhe conferem resistência a altas temperaturas e a antissépticos emicrobicidas utilizados regularmente.

5. Mecanismo de ação da proteína príon celular

Como os príons funcionam?

PrPSc

PrPc

The prion protein exists in two forms. The normal, innocuous protein (PrPc) can change its shape to a harmful, disease-causing form (PrPSc). The conversion from PrPc to PrPSc then proceeds via a chain-reaction. When enough PrPSc proteins have been made they form long filamentous aggregates that gradually damage neuronal tissue. The harmful PrPSc form is very resistant to high temperatures, UV-irradiation and strong degradative enzymes.

Mecanismo de conversão PrPc- Prion

PrP gene

PrP mRNA

PrPc

Célula normal

PrP gene

PrPc

PrPsc

PrP mRNA

Célula infectada

Adaptado de Weissmann, 1994

Hipótese de “protein only” só proteína

The harmful PrPSc form is very resistant to high temperatures, UV-irradiation and strong degradative enzymes.

How PrPsc attack the Brain?

Brain consists of a mass of nerve tissue (Hundred billions of neuron) and neuroglia, supporting neural tissue. When enough PrPSc proteins have been made they form long filamentous aggregates that gradually damage neuronal tissue.

When neuron in the brain are all dead, the appearance of the brain will become sponge-like appearance. And this eventually lead to death.

6. Doenças Priônicas: Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis

6. Doenças Priônicas: Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis

Grupo de doenças caracterizadas por:

1)progressiva vacuolização, morte neuronal

associada a hipertrofia e proliferação glial

2) presença nos tecidos (principalmente no sistema

nervoso) de um tipo de proteína estruturalmente

anormal resistente a proteases denominada

prion (pronuncia-se príon)

Grupo de doenças caracterizadas por:

1)progressiva vacuolização, morte neuronal

associada a hipertrofia e proliferação glial

2) presença nos tecidos (principalmente no sistema

nervoso) de um tipo de proteína estruturalmente

anormal resistente a proteases denominada

prion (pronuncia-se príon)

Acometem animais e seres humanos Transmissíveis Material transmissor não é inativado por

processos que inativam ácidos nucleicos Podem ser hereditárias

(e, simultaneamente, transmissíveis)

Acometem animais e seres humanos Transmissíveis Material transmissor não é inativado por

processos que inativam ácidos nucleicos Podem ser hereditárias

(e, simultaneamente, transmissíveis)

Encefalopatia espongiformes

CLASSIFICAÇÃO

Normal Afetado

Encefalopatias espongiformes

BSE (vaca) Kuru (humano)

Scrapie (oveja) CJD (humano)

Encefalopatiasespongiformes

Hereditarias(mutação genética)

InfecciosasEsporádicas

(mutação somática de PRPN)

Podem ser

Enfermedad Huésped Mecanismo

Kuru Humano Canibalismo ritual

iCJD Humano Yatrogénica

vCJD Humano Priones bovinos (?)

fCJD Humano Mutaciones germinales

GSS Humano Mutaciones germinales

FFI Humano Mutaciones somáticas

sCJD Humano Mutaciones somáticas o conversión espontánea (?)

FSI Humano Mutaciones somáticas o conversión espontánea (?)

Scrapie Oveja Infección en ovejas genéticamente susceptibles

BSE Vaca Infección con material contaminado

TME Mink Infección de vacas u ovejas

CWD ciervo, alce ?

FSE Gatos Infección con carne contaminada

Doenças humanas por prions Infecciosas/Iatrogenicas

Transplante de córnea (CJD)Inoculação acidental de tecido cerebral(CJD)Hormônio de Crescimento (cadáver)canibalismo (Kuru)vCJD injestão de carne contaminada com BSE

Genéticas Mutações no gene de Prion celularGSS, FFI, CJD

Esporádicascaso completamente desconhecido 1:2,000,000

Do intestino ao cérebroTranslocação através do epitélio intestinal

Mabbott & MacPherson, Nat. Ver. Microb. 4:201-211, 2006

Neuroinvasão a partir do intestino

Splanchnic nerve

Vagus nerve

Mabbott & MacPherson, Nat. Ver. Microb. 4:201-211, 2006

vacuole

Source: UC Davis School of Veterinary Medicine

Danos cerebrais originados pelas TSEs

Diferentes príons afetam diferentes partes do cérebro

Cerebral cortex When the cerebral cortex is affected, the symptoms include loss of memory and mental acuity, and sometimes also visual imparement (CJD).Thalamus Damage to the thalamus may result in insomnia (FFI). Cerebellum Damage to the cerebellum results in problems to coordinate body movements and difficulties to walk (kuru, GSS). Brain stem In the mad cow disease (BSE), the brain stem is affected.

Transplante de membrana meníngea (dura-máter) infectada por príons, durante neurocirurgias

Injeção de hormônios de crescimento derivados de glândulas pituitárias de cadáveres com Encefalopatias Espongiformes

Ingestão de carne de boi ou ovelha infectados Utilização de materiais cirúrgicos contaminados

durante neurocirurgias Mutação pontual no gene da proteína PrP (adquirida

e herdada)

TRANSMISSÃO EM HUMANOS

7. TRATAMENTO

Ainda não há tratamento recomendado para as doenças priônicas. Para as adquiridas, prevenção é essencial

Tem sido proposto o emprego de quinacrina, clorpromazina e flupirtina para a DCJ mas os efeitos são muito discretos e/ou duvidosos; ensaios clínicos em andamento

Maleato de Flupirtine Analgésico não-opióide Efeito citoprotetor in vitro e in vivo sobre

neurônios que foram induzidos à apoptose.

Quinacrina + Clorpromazina na DCJ

8. Considerações finais

• Los priones son versiones patológicasde proteínas celulares normales.• Se comportan como agentes infecciosos(confieren contagiosidad) a pesar de noposeer ácidos nucléicos.• Su periodo de incubación es largo.• Causan muerte neuronal y disfuncióntisular en SNC, de donde derivan las manifestaciones clínicas.• Invariablemente causan la muerte delhuésped.