Usuari:BQUB13-Bsanchez/proves/Proteïna priònica cel·lular PrPc

La glicoproteïna PrPc, o Proteïna Priònica cel·lular, és coneguda com la isoforma no patològica de la PrPsc, o Proteïna Priònica Scrapie, un prió. La distribució anòmala d'aquesta fa que apareguin mutacions a nivell morfològic i funcional, cosa que propicia el desenvolupament de diverses malalties transmissibles, com ara la malaltia de les vaques boges o la seva homòloga en l’espècie humana, la Malaltia de Creutzfeldt-Jakob. Donat que no es coneix encara la funcionalitat bàsica de la PrPc, hi ha certs àmbits de la proteïna nativa i mutant que es desconeixen, cosa que dificulta el control, cura i prevenció de les patologies associades.

Proteïna priònica cel·lular PrPc

Estructura de la proteïna PrPc nativa

La PrPc (proteïna cel·lular priònica) és una glicoproteïna codificada pel gen autosòmic dominant PRNP del cromosoma 20. És sintetitzada al citosol de la cèl•lula, tot i que després és transportada cap al reticle endoplasmàtic i posteriorment a l’aparell de Golgi, on es modifiquen els seus monosacàrids i s’hi afegeix un àcid siàlic. El seu últim destí és la membrana plasmàtica, on normalment es troba localitzada, bàsicament a la matriu extracel·lular.

Pel que fa referència a la seva estructura, es tracta d’una proteïna constituïda per una sola cadena peptídica d’uns 209 aminoàcids i un pont disulfur en l’espècie humana. A més a més, presenta un empaquetament compacte amb quatre hèlix alfa (42% hèlix alfa i 3% làmines beta) i oligosacàrids força complexos units a la proteïna. La PrPc és hidrofòbica, però soluble quan hi trobem presents quantitats importants de soluts solubles apolars. També és de remarcable importància la seva sensibilitat cap a l’acció de les proteases. És de la magnitud de 33-35kD.

Normalment, la PrPc es presenta ancorada a la superfície de les neurones mitjançant una molècula de GPI (Glicosilfosfatidilinositol), per tant, es troba molt present en el sistema nerviós central i, en concret, se situa en els botons sinàptics de les cèl•lules neuronals. Tanmateix, encara es desconeix la funció que aquesta proteïna hi duu a terme, tot i que la seva localització fa pensar que pugui està relacionada amb algun procés sinàptic. També s’ha trobat presència de la PrPc en alguns epitelis excretors, però amb uns índexs molt inferiors respecte als del cervell.

Estudis recents han tractat d’esbrinar el rol que la proteïna PrPc juga en el nostre organisme. S’ha demostrat que els nivells d’aquesta proteïna realment mantenen una correlació amb la diferenciació de precursors neuronals. En concret, s’ha comprovat que els nivells d’aquesta proteïna estan directament relacionats amb l’augment de la taxa de diferenciació dels precursors multipotents. De la mateixa manera, també s’ha vist que a l’augmentar aquesta taxa de diferenciació de les cèl•lules neuronals multipotents, s’afavoreix la producció de neurones madures.

L’estructura de la proteïna patològica, la PrPsc

Aquesta proteïna es considera una isoforma de la PrPc. Tanmateix, les diferències entre ambdues són considerables. La PrPsc o proteïna priònica cel·lular scrapie és diferencia essencialment de la forma no patològica per la seva estructura consistent principalment en làmines beta (43% làmines beta, 30% hèlix alfa). A més, presenta resistència parcial a les proteases, és a dir, que és resistent contra l’acció d’aquestes, i és insoluble. Aquest fet és el que permet diferenciar les dues proteïnes al laboratori. Un altre factor molt important és la seva facilitat per degradar-se i formar agregats de plaques amiloides extracel•lulars, que seran els majors causants de la seva acció patològica. A més a més, presenta un aspecte de fibril•les o bastons si és purificada per centrifugació. És de la magnitud de 27-30kD.

Conversió de PrPc a PrPsc

El desconeixement d’aquest procés amb suficient seguretat implica que actualment no sigui possible trobar una cura o una solució prou eficient per a les diverses patologies, moltes d’elles greus i letals, causades per la PrPsc. Tanmateix, des de fa dècades, s’estan fent estudis sobre aquestes proteïnes i el gen que codifica la PrPc.

Actualment, diversos estudis han confirmat que ambdues formes, tot i que són codificades pel mateix gen, no poden ser resultat d’un procés alternatiu del mRNA, perquè en la majoria d’espècies estudiades la seqüència que codifica la proteïna es troba en un únic axó. Una explicació al respecte, confirmada també per estudis, proposa que la PrPsc és un derivat post-traduccional de la forma no patològica. A més, aquesta hipòtesis concorda amb les observacions realitzades per B. Oesch i K.Basler, que postulaven que la PrPsc s’acumula lentament als cervells dels animals infectats, encara que els nivells de mRNA romanguin estables durant el desenvolupament de la malaltia.

D’altra banda, un punt clau que encara continua essent un misteri és l’origen de la forma patològica, la PrPsc. Aquest descobriment seria fonamental pel tractament de les malalties que causa aquesta proteïna, ja que els agents infecciosos semblen estar compostos en la seva totalitat o en gran part per aquesta. Alternativament, també podria resultar de gran utilitat conèixer com la forma PrPc adquireix la forma PrPsc patològica, o d’una altra forma, com adquireix la 'resistència a les proteases. Així, es podria intentar desenvolupar fàrmacs que inhibeixin aquesta conversió.

A continuació es detallen les diverses explicacions que tracten d’explicar aquest canvi o conversió de la forma innòcua a la patològica. Tanmateix, tal com s’ha explicat, cap d’aquestes explicacions consta de la suficient corroboració per part del experts.

• La PrPsc podria induir la conversió de la proteïna PrPc a la forma patològica PrPsc. D’aquesta forma tindríem dues còpies de PrPc idèntiques. Així, els heterodímers podrien actuar com a intermediaris per a la síntesis de la PrPsc. D’aquesta forma, es seguiria la llei del prió de Stanley Ben Prusiner. Tanmateix, no s’ha trobat cap agregat de PrPc-PrPsc.
• Un procés de polimerització en cadena, iniciat per la PrPsc inoculada que podria actuar com a cristall iniciador.
• No s’abandona la idea d’una modificació post-traduccional.
• Altres molècules podrien influir o catalitzar d’alguna manera aquesta conversió.
• Finalment, altres investigadors, a partir dels resultats de diferents estudis, postulen que les xaperones podrien intervenir també en aquest procés.

Com ja s’ha esmentat, cap d’aquestes possibles hipòtesis por ser considerada com a veritable amb el que coneixem avui dia sobre aquest procés de conversió estructural i morfològic. Tot i així, trobem evidències que confirmen que d’alguna manera o altra, aquesta conversió de la PrPc a la PrPsc s’ha de dur a terme. A tall d’exemple,B. W. Caughey i P.T. Lansbury van comprovar que, al barrejar ambdues formes en un tub d’assaig, la PrPc es convertia en PrPsc, de forma que finalment, només es trobava present la PrPsc.

Ara bé, si entrem en detall i tractem de saber com es produeix específicament, a nivell molecular aquest canvi, les explicacions són encara més variades i dubtoses. Aquestes possibles hipòtesis intenten explicar com es produeix aquest canvi de forma que variï la estructura de la proteïna, pel que fa el predomini de làmines beta en la forma patològica i la resistència a proteases i la insolubilitat adquirida. Una hipòtesis més acceptades és que el trencament del ponts disulfur seria el responsable de la pèrdua d’aquesta estructura d’hèlix alfa, de forma que restarien radicals –SH, molt presents en la làmina beta. Finalment, una altre possible explicació seria la substitució d’un aminoàcid de prolina per leucina. Aquest fet, causaria la desestabilització de l’estructura terciària de la proteïna PrPc, que més endavant és transformaria en laPrPsc. Aquesta última explicació es veu reforçada en comprar el gen PRNP en persones sanes i malaltes.

Contagi de l'estructura làmina beta i formació de plaques amiloides

Una proteïna globular en forma d'hèlix alfa d'una membrana neuronal entra en contacte amb una proteïna PrPsc, la qual actua d'agents infecciós fent que la PrPc canviï la seva estructura. Aquesta nova estructura estarà constituïda principalment per làmines beta, i, per tant, serà plana. Aquest canvi de conformació provocarà que la proteïna PrPc esdevingui una proteïna patògena, PrPsc. Com a conseqüència d'aquesta nova conformació, la proteïna mutada no pot ser degradada, per la qual cosa actua com a agent infecciós sobre una altra PrPc induint el plegament anòmal de manera exponencial. Aquest procés és el causant de l'acumulació d'agregats de PrPsc en forma de plaques amiloides, és a dir, agregats proteics patògens que s'acumulen en forma de fibres insolubles i que destrueixen les neurones, la qual cosa provoca forats al cervell.

Transport fins al cervell

A partir d'una ingesta contaminada, l'agent patogen és transportat per l'epitel·li intestinal, des d'on entra a les cèl•lules M (amb capacitat transportadora de macromolècules a través de cèl•lules de l'epitel·li intestinal) mitjançant transcitosis. A continuació, l'agent entra dins de les cèl·lules migratòries i dels macròfags. Un cop reconegut l'antigen, es sintetitza un anticòs contra el prió. Aquesta immunoglobulina, però, no té cap eficàcia, per la qual cosa el prió és transportat pel sistema immunitari i s'acumula a la melsa i als ganglis limfàtics, els quals estan en contacte amb nervis. Aquest fet provoca la transmissió dels prions al teixit nerviós, afectant greument el cervell de l'organisme hoste. La mort neuronal que provoca el prió es produeix perquè les PrPsc són insolubles i resistents a les proteases (agents digestius dels lisosomes). Per això, les PrPsc s'acumulen als lisosomes, incapaços de degradar-les, de manera que augmenten de volum fins que es produeix la lisi d'aquets orgànuls. Com a conseqüència, els fluids de caràcter àcid que estaven continguts als lisosomes s'alliberen pel medi intracel·lular, provocant així la mort de la cèl·lula.