Download - 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.