Volumen 6 Nº32 1996 |
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Revista de Divulgación Científica y
Tecnológica de la |
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ARTICULO El Prión : Un Agente Infeccioso No Convencional |
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Pablo
E. A. Rodríguez y Federico A. Cumar Las
encefalopatías espongiformes transmisibles, enfermedades degenerativas
del sistema nervioso central, afectan a animales y humanos y son
causadas por partículas llamadas priones, diferentes de otros agentes
infecciosos como bacterias y virus porque carecen de ácidos nucleicos y
están constituidas por una proteína de las membranas de las células. El
nombre encefalopotía espongiforme transmisible (EET) se aplica a un
conjunto de enfermedades del sistema nervioso por las que el cerebro
adquiere un aspecto parecido a una esponja (de allí su denominacion).
Las que padecen los humanos son el kuru, la enférmedod de
CreutzfeldtJokob (ECJ) el síndrome de Gerstman SträusslerScheinker
(GSS) y el insomnio fatal familiar (IFF); las de los animales incluyen
el scrapie de ovejas y cabras, las encefalopatías transmisibles de
visones, bovinos, felinos y antilopes y la enfermedad del agotamiento crónico
de mulas y ciervos en cautiverio. El
scrapie del inglés to scrape, raspar por la tendencia de los
animales infectados a frotarse contra postes, troncos o cercas para
combatir la picazón fue reconocido en el Reino Unido, en manadas de
ovejas, hace más de doscientos años. En cambio, la encefalitis
espongiforme bovino (EEB), o locura bovina, apareció allí
recientemente y se convirtió en epidémica; dio lugar a un serio
problema de salud pública, ante la posibilidad (aún no demostrada) de
su transmisión a humanos por la alimentación o por productos farmacéuticos
confeccionados con material de animales infectados. *El
doctor Cumar murió el 16 de marzo de 1994 Las
EET se caracterizan por su prolongado período de incubación y por su
evolución, inevitablemente fatal. El examen microscópico de las zonas
afectadas del sistema nervioso central revela pérdida de neuronas,
cambios en otras células del tejido nervioso y aparición de unas
estructuras anormales denominadas placas amiloideas, observadas en otras
enfermedades, por primera vez en 1853, por el patólogo alemán Rudolf
Virchow, quien les dio el poco afortunado nombre de amiloideas porque
supuso que estaban compuestas por una substancia similar al almidón;
posteriormente se demostró que están constituidas, sobre todo, por
proteínas poco solubles en agua, cuya composición depende de la
enfermedad. En los últimos años se dio un fuerte impulso al estudio de
las EET al demostrarse su naturaleza infecciosa,
comprobarse su transmisión accidental entre seres humanos y
constatarse el contagio de bovinos por ovinos, llamado salto entre
especies. En 1954, Sigurdsson llamó enfermedades provocados por virus
lentos a un grupo de dolencias de origen viral caracterizadas por un período
de incubación prolongado (de meses a años); ejemplos de ellas son
ciertas encefalitis y el síndrome de inmunodeficiencia adquirida, sida.
Durante algún tiempo se consideró que las EET eran provocadas por
virus lentos no convencionales: lo primero, por su largo período de
incubación, y lo segundo, por los reiterados fracasos de los intentos
de aislar partículas virales en los tejidos de animales o humanos
enfermos. La persistencia de estos fracasos determinó que algunos
estudiosos abandonaran la idea del origen viral de las EET. Como
consecuencia, hace trece años se postuló que serían producidas por
agentes carentes de ácidos nucleicos, formados por proteínas, que
recibieron el nombre de priones, por proteinaceous infectious particles.
La reacción inicial de los científicos fue de escepticismo, pues
resultaba difícil aceptar la existencia de agentes infecciosos tan
diferentes de los que provocan el resto de las enfermedades
transmisibles. Sin embargo, la idea de la naturaleza proteica de los
priores ha ido ganando adeptos con el tiempo. Debido, sobre todo, a los
estudios de Stanley B. Prusiner, de la universidad de California, en San
Francisco, hoy la mayor parte de los investigadores considera que el
componente infeccioso principal de un prion es una forma anómala de la
proteína llamada proteino priónico, PrP (de prion protein), componente
normal de las membranas celulares. La forma anormal de la PrP se designa
PrPSc, para diferenciarla de la normal llamada PrPC.
Recordemos que una proteína está formada por el encadenamiento de
moléculas más pequeñas los
aminoácidos, que se unen unas con otras mediante la llamada unión peptídico;
resulta así una cadena no ramificada de aminoácidos, ordenados en una
secuencia fija determinada genéticamente, que se llama estructura
primaria de la proteína (véase "Proteínas
a pedido", CIENCIA HOY, 29:3142). El gen
correspondiente (o que codifica) a la PrP ha sido identifcado y
caracterizado, por lo que se han podido utilizar sondas de ácidos
nucleicos (véase CIENCIA HOY, 20:4651)
para demostrar la ausencia de tales ácidos derivados de dicho gen en
los materiales infectados; ello constituye una evidencia adicional
contra la naturaleza viral de los priores, ya que los virus siempre
contienen ácidos nucleicos. La prueba inicial del papel desempeñado
por la PrPSc se obtuvo de experimentos que demostraron que,
en los cerebros de animales y humanos enfermos, existe un componente con
gran capacidad de infección constituido, principalmente, por una proteína
llamada PrP 2730, que está ausente en individuos sanos. Su origen es la
pérdida por proteólisis (es decir por ruptura de la unión peptídica)
de 67 aminoácidos de la PrPSc, durante la manipulaciones que
se realizaron para purificarla. La PrP2730 es resistente a la degradación
por las proteasas, que son enzimas que catalizan la ruptura de la unión
peptídica. La PrPC, por el contrario, es rápidamente
degradada por esas enzimas. Todas las evidencias experimentales indican
que la PrPSc deriva de la PrPC. No se han
advertido diferencias en la estructura primaria de ambas formas, tanto
medida directamente como a partir del gen que la codifica. Sir embargo,
antes de aceptar que las diferencias entre las formas normales y
anormales de PrP no se deben a la alteración de dicha secuencia, se
debe descartar la posibilidad de que una fracción tan pequeña que no
pueda medirse de PrPSc tenga alterada su estructura primaria.
Si menos del 1% de las moléculas de PrPSc se caracterizaran
por aquella alteración, no serian detectables por ninguno de los métodos
analíticos conocidos hasta el presente. La
descripción de las diferencias entre la PrPC y la PrPSc
es uno de los campos más importantes de la investigación de los
priones. Entre los posibles candidatos a explicarlas están
modificaciones químicas posteriores a la síntesis de la PrP, cambios
permanentes en la forma de la proteína o la unión de esta con otros
componentes de las células. Las preparaciones purificadas de priones
generalmente contienen otras substancias, que resultan purificadas
paralelamente a la PrPSc, de las que aún se desconoce si
desempeñar algún papel en la estructura y función de los priones.
También las mencionadas placas amiloideas contienen otras substancias,
además de la PrPSc. Se ha señalado que la PrPSc resiste
a las proteasas en condiciones en que estas degradan completamente la
PrPC a sus aminoácidos constituyentes. No se conoce la causa
de ello, aunque tal vez consista en que la primera de ellas se una a
otra molécula. Por ejemplo, la unión de proteínas con ciertos
compuestos denominados proteoglicanos incrementa la resistencia de
aquellas al ataque de las proteasas. Se han encontrado dos proteínas
que se unen con avidez a la PrP una, sin nombre, y la otra, llamada
proteína fibrilar ácido glial, un componente normal de la astroglia,
variedad especial de células de sostén típicas del sistema
nervioso , pero se ignora el significado de esa unión. Otra posibilidad
es que tengan lugar modificaciones químicas o cambios de forma de la
PrPque limiten el acceso de la proteasa a los sitios donde actúa. El
cometido biológico de la PrPC es desconocido. Se ha
especulado que podría desempe ñar algún papel en la regulación del número
y distribución de las moléculas que reconocen la acetilcolina, una de
las sustancias que transmiten información entre neuronas. Esta hipótesis,
sin embargo, no es compatible con la observación de que ratones a los
que se ha impedido la síntesis de PrPC conservan un aspecto
y comportamiento normales, imposibles con un mal funcionamiento de los
receptores de la acetilcolina. El mecanismo por el cual la PrPC
se convertiría en PrPSc es también desconocido. La visión
más aceptada, propuesta por S. B. Prusiner en 1982, llamada teoría del
dúo mortal o de la proteína sola, parte del supuesto mencionado de que
las diferencias entre PrPSc y PrPC no se deben a
diferencias en la estructura primaria entre ambas proteínas, y contiene
dos elementos adicionales: (i) que la PrPSc cataliza la conversión de la PrPC en PrPSc y (ii) que las dos formas de PrP existen como monómeros (moléculas aisladas) y dímeros (dos moléculas asociadas) en mutuo equilibrio (Fig. I) Figura 1.- Teoría del dúo mortal o de la proteína sola. Tanto la PRPC como la PRPSC existen como moléculas aisladas (monómeros) o como asociaciones de dos moléculas (dímeros) en estado de equilibrio. Cuando el dímero está constituido por una molécula de PRPC y otra de PRPSC, la segunda acelera
En los dímeros formados por una PrPC y una PrPSc, esta catalizaría la conversión de la PrPC en PrPSc. A medida que ello se repite, aumentaría exponencialmerte la proporción de PrPSc, de modo análogo a cómo crece, por división, un agente infeccioso convencional. La PrPSc se formaría en vesículas intracelulares llamadas lisosomas, a las que se incorpora el material fagocitado por la célula (Fig. 2). Figura
2 Papel desempeñado por los lisosomas en la formación de
PRPSC. El medio ácido caracteristico de estas vesículas intracelulares
favorece la conversión del PRPC en PRPSC. Cuando se alcanzan
suficientes concentraciones de PRPSC en el interior de la vesícula,
esta se rompe y libera al medio PRPSC y enzimas hidrolíticas. Como
consecuencia la neurona degenera y muere y la PRPSC puede ser captada
por otra neurona, en la que se reanuda el ciclo.
En caso de infección, dichas vesículas pueden encerrar tanto la PrPC como la PrPSc. En un medio ácido, característico de los lisosomas, las proteínas pierden su estructura terciaria, lo cual podría facilitar la transformación de la PrPC en PrPSc. Cuando la PrPSc alcanza una concentración crítica, el lisosoma se rompe y libera la PrPSc, junto con las enzimas digestivas que contiene; ello causaría la degeneración espongiforme de las células. Producida la muerte de la neurona, la PrPSc pasaría al medio, del que sería captada por otra neurona y se reanudaría el proceso de infección y destrucción celular La teoría es compatible con resultados de estudios realizados con el microscopio electrónico, que revelan acumulación de PrPSc en la vecindad de las áreas donde se observan las lesiones espongiformes, en vesículas y otros cuerpos que contienen hidrolasas (enzimas que catalizan la hidrólisis, esto es, la escisión de sustancias en sus componentes por incorporación de agua). Además de la teoría de Prusiner existen otras que intentan explicar la propagación de los priones (incluyendo la viral desechada más atrás). Una hipótesis alternativa para comprender la propagación de la PrP se basa en que su forma anormal constituye estructuras cristalinas. Después de sintetizada la PrP se glicosila (esto es, se asocia con azúcares) y, posteriormente, se une con la membrana celular mediante la substancia llamada GPI (glicosidil fosfatidil inositol). La PrP es muy poco soluble en agua y, en cualquiera de las etapas posteriores a su síntesis, la forma anormal podría formar un cristal PrP infectivo, por el ordenamiento de las moléculas de PrPSc de la forma que muestra la Fig. 3. Figura
3 Teoría Cristalina
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