daniela guerra losada
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EL MISTERIO DE LOS PRIONES
DANIELA GUERRA LOSADA
Trabajo de grado para optar al título de:
Microbióloga
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES
PROGRAMA DE MICROBIOLOGÍA
Bogotá, D.C. 2014
CONTENIDO
1. Un breve recuento histórico
2. La historia de Stanley B. Prusiner
3. La biología de los priones
4. Los priones en la actualidad
EL MISTERIO DE LOS PRIONES
Daniela Guerra Losada
Director: Miguel Hernando Parra
1. Un breve recuento histórico
Las enfermedades causadas por priones son encefalopatías espongiformes degenerativas fatales.
El término prion fue descrito por primera vez en 1987 por Prusiner y viene del inglés
“proteinaceous infectious particle”. Los priones son partículas infecciosas proteicas que producen
una variedad de enfermedades neurodegenerativa.
El descubrimiento de estas partículas de proteína infecciosas tomó casi 2 siglos ya que desafía
todo el conocimiento que se tiene de las infecciones, la primera encefalopatía espongiforme
causada por priones fue observada por primera vez en 1738 en ovejas (Brown & Bradley, 1998).
Para entender por qué tomó tanto tiempo el descubrimiento de estos agentes infecciosos se debe
viajar hacia el pasado y seguir la historia de estas enfermedades.
La historia comienza cuando en el siglo 18 las revoluciones francesa y americana favorecieron que
la productividad agrícola aumentara y por lo tanto se le empezó a prestar mucha más atención a
las afecciones de los animales domésticos para producción. Cerca de 1738 se empezaron a
observar los primeros casos de una enfermedad neurodegenerativa misteriosa en ovejas que más
adelante fue denominada scrapie (Brown & Bradley, 1998). Se describieron 3 etapas en la
evolución de ésta enfermedad:
Exaltación, las ovejas parecen más salvajes y rebeldes, empiezan a correr de repente
como si fueran perseguidas por perros (Bertrand et al., 1937).
La oveja se frota violentamente contra los troncos de los árboles como si tuviera una
rasquiña incontrolable pero no se observan lesiones ni erupciones en la piel (Bertrand et
al., 1937).
El animal parece estúpido, se separa del redil, camina de manera irregular, no se levanta y
come poco (Bertrand et al., 1937).
Finalmente, el animal muere irremediablemente en un lapso que puede durar entre 6 semanas y
6 meses con un promedio de 3 meses desde el inicio de los síntomas. También se observa que no
hay una reacción térmica, es decir no hay respuesta inmune (Bertrand et al., 1937).
Para el siglo 19 los casos reportados de la enfermedad habían surgido y desaparecido varias veces
bajo diferentes nombres, pero finalmente en Inglaterra se acuñó scrapie, mientras que en Francia
se llamó tremblante (temblor en francés) (Mathieu, 1876). El hecho de que la enfermedad no
hubiera sido reportada de forma constante obedece a que en parte a que tener un solo animal
enfermo en el rebaño provocaba sospecha inmediata de que la enfermedad podía afectar más
animales por lo tanto estos disminuían su valor, como consecuencia los pastores ocultaban esta
condición (Schwartz, 2001).
A esta enfermedad se le dieron distintos nombres debido a la presentación de diversos síntomas,
sin embargo, la mayoría de estos describían afecciones neurológicas comunes, por esta razón se
comprendió después de mucho tiempo que todas estas presentaciones clínicas correspondían a
una misma enfermedad (Schwartz, 2001). Cuando se logró identificar que era una misma
enfermedad se empezó a investigar cuál era su posible origen, pero dado que antes del siglo 18 no
se prestaba mucha atención a estos animales no se pudo identificar certeramente ni el origen, ni
el momento en que esta enfermedad llegó a Europa occidental. Se especula que llegó con una
importación de ovejas proveniente de España ya que esta importación coincidió con las fechas de
los primeros reportes de Scrapie en Inglaterra y Francia, pero no fue posible comprobarlo
(Schwartz, 2001).
En todo caso, el problema clave era encontrar una forma de combatir la enfermedad, ya que era
fatal el 100 por ciento de los casos y ningún tratamiento era efectivo, por lo tanto era necesario
entender la causa de la enfermedad y precisamente esta pregunta fue la causa de un gran debate.
Diferentes teorías fueron propuestas para describir el origen de la enfermedad, algunas
aseguraban que la enfermedad era infecciosa mientras que otras decían que era hereditaria,
incluso se pensó que estaba relacionada a factores ambientales, dieta, o las mismas condiciones
en las que los animales eran mantenidos y criados (Roche-Lubin, 1848). Se sospechó de una
enfermedad neurológica al ver que las ovejas sufrían de picazón incontrolable y los animales se
rascaban contra los troncos de los árboles, sin embargo la piel se veía intacta (Schwartz, 2001).
Este comportamiento era preocupante porque se dañaba la lana ocasionando pérdidas
económicas importantes. Al principio se pensó que era una enfermedad genética porque no se
veía una respuesta inmune como si se tratara de una enfermedad infecciosa (Schmalz, 1827).
En 1898, el Profesor Charles Besnoit del École Vétérinaire d’Alfort estudió la enfermedad, y dados
los síntomas de esta analizó distintas zonas del sistema (Besnoit & Morel, 1898). Mediante el uso
de técnicas de microscopia Besnoit observó que en la espina dorsal y en los nervios periféricos
podían encontrarse lesiones que describió como vacuolas en las células nerviosas. Estas lesiones
(vacuolas) se convirtieron en la marca de la enfermedad, ya que en la autopsia permitió
diferenciar entre animales con scrapie y animales con otras afecciones neurológicas (Besnoit,
1899).
En 1913 Hans Gerhard Creutzfeldt, un neuropatólogo alemán recibió a una paciente que decía
estar poseída por el demonio, presentaba dificultad al caminar y cambios severos de
comportamiento, la paciente rehusaba bañarse o comer y alegaba haber matado a una monja del
convento en donde vivía (Creutzfeldt, 1920). Poco tiempo después de estar hospitalizada le fue
imposible caminar sin ayuda, también experimentaba temblores de los músculos faciales y
movimientos incontrolables de los brazos, hablaba incoherentemente y manifestaba
desorientación en el espacio y el tiempo. Mes y medio más tarde su condición se deterioró
rápidamente, la parálisis avanzó y ya no reconocía a nadie, 2 meses después de su hospitalización
empezó a presentar convulsiones epilépticas y poco después murió. Creutzfeldt publicó un artículo
con este caso en 1920 (Creutzfeldt, 1920), pero poco tiempo después quedo en el olvidó.
Entre los años 1921 y 1923 otro médico, neuropsiquiatra, llamado Alfons Maria Jakob publicó 3
artículos en los que describía los casos de 2 hombres y 3 mujeres con problemas de función
motora, habla, y emocionales, asociados a cambios en el comportamiento y pérdida de memoria.
Todos los pacientes presentaron disminución de las habilidades intelectuales, demencia, y
murieron después de quedar confinados en cama (Jakob, 1921).
Después de la publicación de estos casos se le dio el nombre de Creutzfeldt-Jakob a la enfermedad
(CJD). En 1936 Josef Gerstmann, Ernst Sträussler, y Mark Scheinker describieron otra enfermedad
similar a Creutzfeldt –Jakob, sin saber de la existencia de esta última y sin saber que más adelante
todas estas enfermedades serían agrupadas bajo el mismo título (Gerstmann et al., 1936).
En diciembre de 1936 2 veterinarios franceses, Jean Cuillé y Paul-Louis Chelle presentaron un
estudio en el cual probaban que scrapie era contagioso: inocularon 9 ovejas de ambos sexos con
materia cerebral o medular de animales en los últimos estadíos de la enfermedad, de estas 9
ovejas 7 murieron o fueron sacrificadas y no mostraron señas de scrapie, pero las últimas 2
presentaron la enfermedad después de 14 y 22 meses; a partir de este estudio los investigadores
concluyeron que scrapie es infeccioso e inoculable, que el (supuesto hasta el momento) virus se
encuentra en el sistema nervioso y que el periodo de incubación es largo (Cuillé & Chelle, 1936). A
pesar de los resultados mostrados por Cuillé y Chelle, todavía existía un poco de escepticismo y
era difícil aceptar la idea de que scrapie fuera contagioso (Bertrand et al., 1937). Otros
Investigadores habían realizado experimentos similares sin resultados positivos, pero cuando se
observaron estos estudios mostraron que los animales fueron observados solamente por 3 meses,
y de acuerdo con el estudio de Cuillé y Chelle el periodo de incubación de scrapie es más largo,
por lo que 3 meses no eran suficientes para tener resultados positivos. (Schwartz, 2001). Aun así
no siempre se logró transmitir la enfermedad de manera exitosa en todos los casos, por lo cual no
se sabía si la infección no ocurría sistemáticamente, si requería de un mayor tiempo de incubación
o si había otras variables que no se habían reconocido todavía (Schwartz, 2001).
Debido a que scrapie podía ser infeccioso se debía encontrar el microorganismo relacionado con la
afección. El microscopio electrónico surgió como una herramienta útil en la detección de
infecciones virales ref. Los virus son pequeñas partículas infecciosas que no pueden ser cultivadas
como las bacterias, que no se evidencian por medio del microscopio de luz y que son tan pequeñas
que no son eliminadas por procesos de filtración (Schwartz, 2001). La comunidad científica, y
Cuillé y Chelle entre ellos, pensaron que el origen de scrapie podía ser la consecuencia de una
infección causada por un virus (Cuillé & Chelle, 1936).
Posteriormente, Scrapie fue transmitida a cabras exitosamente por Cuillé y Chelle, pero no fue
posible transmitir la enfermedad a otros animales como conejos, conejillos de indias o ratones de
laboratorio. La falta de un modelo animal adecuado para la investigación conllevo a que los costos
aumentaran y las investigaciones se retrasaron significativamente (Schwartz, 2001). Sin embargo,
La sospecha de que el Scrapie era una enfermedad infecciosa fue nuevamente confirmada cuando
se presentó una epidemia de la enfermedad en varios rebaños de ovejas (Gordon, 1946). Los
análisis de las muestras de los animales afectados mostraron que habían sido vacunadas contra el
virus de “louping-ill” (Gordon, 1946). Esta vacuna era producida a partir de tejido linfático de oveja
tratado con formalina para inactivar los virus; como los priones no son virus no pueden ser
inactivados con formalina y este tejido linfático, que estaba contaminado con priones, provocó la
muerte de más de 1500 ovejas por scrapie en un periodo de 2 años (Gordon, 1946). Por esta
misma razón se pudo afirmar que el agente causante de scrapie no se trataba de un virus.
Después de la confirmación del carácter infeccioso del agente relacionado con Scrapie, más
estudios fueron realizados (Pattison & Millson, 1961a; Pattison &Millson, 161b; Pattison & Millson,
1961c; Pattison & Millson, 1962) y gracias a ellos se pudo conocer que el agente infecciosos podía
hallarse en el cerebro y la glándula pituitaria, en menor cantidad en el fluido cerebroespinal, el
nervio ciático y las glándulas salivares y adrenales (Pattinon & Millson, 1962). También se pudo
detectar en tejido muscular en cantidades muy pequeñas y no se logró detectar en sangre ni en
orina; todo esto indicando que el agente infeccioso no estaba solamente confinado al sistema
nervioso (Pattison & Millson, 1962). Con los resultados observados en los estudios se pudo
observar que había 2 presentaciones diferentes de la enfermedades denominadas “drowsy” y
“scratching” (Pattison & Millson 1961a; Pattison &Millson, 1961c). Las dos variantes se
diferenciaban por los síntomas: “drowsy” manifestaba síntomas neurológicos desde el principio
mientras que “scratching” empieza con la picazón incontenible descrita anteriormente (Pattison &
Millson, 1961a; Pattison & Millson, 1961b; Pattison & Millson, 1961c).
En 1963 Richard Chandler logró por primera vez transmitir la enfermedad a ratones de laboratorio.
El investigador tenía 3 líneas de variedades diferentes y logró transmitir la enfermedad a las 3
líneas, sin embargo en 2 de las tres líneas observó un aumento significativo en el periodo de
incubación (de 13 a 15 meses contra 7 a 9 meses). Aun así el tiempo de incubación en ratones es
mucho menor que en cabras u ovejas. Después de esto Chandler logró transmitir la infección de
ratón a ratón, con resultados positivos. Los resultados mostraron que el agente infeccioso sufrió
un proceso de adaptación, reduciendo el periodo de incubación (4 a 5 meses); y además, se
desarrollaron con igual efectividad en las 3 variedades de ratón de manera igual de rápida y eficaz.
A partir de estos experimentos se pudo concluir que scrapie puede ser transmitido entre especies
tan lejanas como la cabra y el ratón, que la transmisión puede ser más o menos difícil
dependiendo de los rasgos genéticos de los animales y que una vez ocurre la transmisión, el
agente se adapta al nuevo huésped y adquiere nuevas propiedades (Chandler, 1961).
El modelo en ratones facilitó el estudio de scrapie disminuyendo significativamente los costos, por
lo que Chandler determinó los periodos de incubación y también logró establecer cuál es la
concentración mínima necesaria para generar una infección, incluso evaluó los efectos de los
diferentes métodos de inoculación. Los resultados mostraron que sólo se necesitaba una
concentración de 1 en 100 millones para contraer la enfermedad y que la vía oral es la ruta de
inoculación menos eficiente para transmitir la enfermedad (solo la mitad de los animales se
enfermaron en un periodo de 9 meses) (Chandler, 1961).
A pesar de que el conocimiento sobre Scrapie avanzó de forma importante, aún no se conocía la
ruta de infección de scrapie en las ovejas. Por medio de experimentos se observó que Scrapie no
se contagiaba por simple contacto con organismos infectados y que ni siquiera la leche materna
era un medio de infección (Pattison, 1964), incluso se llegó a pensar que scrapie se podía
transmitir por vía oral, se pensó que la placenta podía ser un medio de contagio ya que las ovejas
se comen la placenta después del parto y los individuos en los rediles se mantienen unidos en
espacios muy reducidos. También se pensó que la fuente podía provenir del “Meat and Bone
Meal” (MBM) (Schwartz, 2001). El MBM es el alimento que se le da a los animales domésticos y es
producido con las sobras de la producción de la industria alimenticia, es decir está hecho con los
huesos y órganos de los animales que fueron consumidos (Schwartz, 2001). Este alimento es rico
en proteínas y grasas y de esta manera se aprovecha el animal en su totalidad (Schwartz, 2001).
El conocimiento generado en estos estudios solamente era conocido únicamente por la
comunidad agrícola (Schwartz, 2001), mientras que en la comunidad científica solo los veterinarios
que eran quienes leían estas publicaciones (Schwartz, 2001), por lo cual tomó tiempo hacer la
asociación entre scrapie y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
En 1950 el joven médico alemán Vincent Zigas viajó a Papua Nueva Guinea para ayudar a combatir
las muchas enfermedades que asediaban la región. Allí se encontró con la tribu Fore, esta tribu
estaba formada por aborígenes caníbales primitivos aislados de la civilización. Zigas observó un par
de casos curiosos de una enfermedad con características clínicas que no había visto antes, una
mujer y una niña presentaban un temblor incontrolable, además también presentaban espasmos
en la cabeza y tenían la mirada perdida (Zigas & Gajdusek, 1957). Esta enfermedad era llamada
kuru que significa temblar de frío o de miedo. Los síntomas de esta enfermedad fueron descritos
de la siguiente manera:
Se presentan primero problemas al caminar y de equilibrio
Después se presentan problemas de brazos y torso que llevan gradualmente a inhabilidad
total.
Las extremidades, cuerpo y cuello presentan temblores similares a un shock psíquico.
Otros síntomas incluyen estrabismo e inestabilidad emocional.
El paciente queda en cama, luego entra en coma profundo y finalmente muere.
Las capacidades intelectuales no se ven muy afectadas pero el paciente pierde la
capacidad del habla (Gajdusek & Zigas, 1957).
Por sus costumbre culturales, los miembros de la tribu Fore creían que esta no era una
enfermedad sino una maldición, en esta tribu especialmente se pensaba que ninguna muerte era
natural y cuando alguien era afectado por kuru debía buscar al responsable de “la maldición” y
matarlo (Zigas, 1990); esta muerte por venganza tenía el nombre de tukabu, por estas razones
culturales, el estudio de esta enfermedad fue complicado ref. Aun así los médicos investigadores,
y en especial uno de ellos (D. Carleton Gajdusek, quien más adelante ganaría un premio nobel por
su trabajo), suponían que esta enfermedad era infecciosa y decidieron llevar a cabo estudios para
determinar el origen infeccioso de la enfermedaddel Kuru (Gajdusek & Zigas, 1957). Estos
experimentos fueron realizados con modelos de chimpancés, finalmente se logró determinar que
la enfermedad del kuru tenía un origen infeccioso por que se logró infectar a los a los chimpancés,
Incluso con los análisis se supo que la enfermedad era transmitida en los rituales caníbales de la
tribu y que los individuos se contaminaban cuando ingerían los restos de los mismos integrantes
de la tribu (Gajdusek et al., 1966).
Los datos estadísticos mostraron que había una mayor incidencia de la enfermedad en mujeres y
niños y además notaron que los hombres ingerían lo que ellos consideraban la mejor parte, es
decir los músculos, mientras que las mujeres y niños se alimentaban de los órganos internos,
incluso observaron también que las mujeres eran las que separaban las partes de los cuerpos para
el consumo y los niños eran quienes solían acompañarlas en esta labor, incrementando aún más el
riesgo de contagio.
En 1959 un veterinario llamado William Hadlow sugirió que scrapie y kuru mostraban
características muy parecidas (Hadlow, 1959), y que podría ser de ayuda realizar experimentos de
transmisión a otras especies como se había hecho con scrapie, además sugirió también que se
usaran primates de laboratorio para estos experimentos (Hadlow, 1959). Esta era la primera vez
que se hacía un paralelo entre la forma de la enfermedad en animales y en humanos. La
publicación de Hadlow fue una revelación para Gajdusek quien nunca había escuchado sobre el
scrapie, así que se dispuso a realizar los experimentos con chimpancés, recreando los
experimentos realizados por Cuillé y Chelle en cabras. En 1966 Gajdusek y sus compañeros
presentaron sus resultados: después de un periodo de entre 18 y 21 meses, 3 chimpancés que
fueron inoculados con suspensiones obtenidas de cerebros de víctimas del kuru empezaron a
presentar síntomas muy similares al kuru (Gajdusek et al., 1966). Después de esto no solo lograron
transmitir kuru de humano a chimpancé, sino que también lograron hacer la transmisión de
chimpancé a chimpancé, en este segundo caso el periodo de incubación se redujo a un año
(Gajdusek et al., 1966).
Gajdusek entonces se preguntó si era posible transmitir otras enfermedades crónicas del sistema
nervioso y lo intentó con enfermedades como esclerosis múltiple y enfermedad de Parkinson sin
éxito alguno. En un segundo intento, en 1968, tuvo éxito transmitiendo la enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob a un chimpancé (Gibbs et al., 1968). Los síntomas que presentó este animal
fueron muy similares a los que presentaron los chimpancés que habían sido infectados con kuru,
por lo cual se estableció la relación entre CJD, kuru y scrapie (Gibbs et al., 1968).
Para estas 3 enfermedades se hicieron pruebas de infección en otros animales y presentaron
resultados muy similares (Court & Dodet, 1998), entonces se agruparon bajo un mismo nombre:
Encefalopatías espongiformes subagudas: encefalopatía porque afectan el cerebro, espongiforme
porque hacen que algunas partes afectadas del cerebro parezcan esponjas por las lesiones que se
generan, y subaguda por su desarrollo lento. Tiempo después se les agregó el calificativo de
transmisibles (Court & Dodet, 1998).
Las encefalopatías espongiformes subagudas fueron clasificadas dentro de una misma familia, y
además se especulaba que eran causadas por un agente infeccioso, pero aún no se sabía cuál era
este agente infeccioso (Schwartz, 2001). Inicialmente se sospechó que un virus era el responsable
de estas afecciones por que la fase infecciosa correspondía a los filtrados, pero la partícula
infecciosa era resistente a la formalina, la forma clásica de inactivar virus, por lo que la teoría de
que fuera un virus fue descartada, por lo tanto el agente infeccioso de las encefalopatías seguía
siendo un enigma. Esta partícula inusual era resistente a una gran variedad de agentes físicos y
químicos, no se lograba aislar por ninguna de las técnicas de purificación conocidas, y además la
característica que más confundía a los investigadores era que no producía ninguna reacción del
sistema inmune (Schwartz, 2001), el huésped no activaba ninguno de los mecanismos de defensa
que se activan cuando ocurre una infección para eliminar partículas antigénicas externas. La
respuesta inflamatoria era nula y tampoco se encontraron anticuerpos específicos para ninguna de
las enfermedades (Schwartz, 2001). Se pensó que podía ser un virus que atacaba directamente el
sistema inmune pero cuando el sistema inmune es atacado no responde a ningún estímulo; sin
embargo el sistema inmune de los individuos con encefalopatías espongiformes seguía
funcionando normalmente, simplemente no era capaz de reconocer al agente infeccioso de este
grupo de enfermedades (Schwartz, 2001).
En 1966 Tikvah Alper publicó un artículo que revolucionaría todas las ideas anteriores que se
tenían de ese agente infeccioso (Alper et al., 1966). Alper y sus colegas usaron para sus estudios
una “pistola antimolécula”: un acelerador de electrones debes definir el nombre de esta técnica.
Cuando se dispara con suficiente energía hacia materia biológica los electrones destruyen todos
los enlaces químicos. Entre más grande sea el blanco se necesita una menor cantidad de
electrones. De esta manera teniendo en cuenta la cantidad de energía que se requiere para
destruir todos los enlaces químicos de una molécula se puede calcular su tamaño y se usa como
referencia moléculas u organismos sobre los cuales ya se tenga información. Cuando se usó este
método con el agente de scrapie se llegó a la conclusión de que tenía el tamaño aproximado de
una proteína, es decir, era mucho más pequeño que un virus (Alper et al., 1966).
Después de este experimento Alper y colegas hicieron otro estudio cuyos resultados fueron aún
más sorpresivos e inquietantes (Alper et al., 1967). En vez de disparar electrones dispararon
fotones, sometieron las muestras a radiación ultravioleta usando una frecuencia que es absorbida
específicamente por ácidos nucleicos. Esta técnica es usada para esterilización ya que daña el ADN
y la radiación que usaron fue cuarenta veces mayor a dosis que son capaces de inactivar con una
efectividad de un 99% hasta los virus más pequeños. Pero con el agente de scrapie no funcionó,
por lo cual los investigadores concluyeron que este agente es capaz de multiplicarse sin contener
ADN (Alper et al., 1967).
Estos resultados hicieron que se cuestionaran las doctrinas de la biología molecular, todo lo que se
sabía hasta el momento era que los ácidos nucleicos eran las única moléculas capaces de
transmitir la información de generación en generación, los únicos capaces de transmitir la
información de generación en generación. Muchos científicos no quisieron creer en este estudio,
ya que iba en contra de todo lo que se creía y se sabía de biología molecular, pero algunos
científicos comenzaron a preguntarse si realmente podía haber moléculas o partículas capaces de
replicarse y de ser infecciosos sin tener ácidos nucleicos.
A partir de estas ideas John Griffith en 1967 postuló 2 maneras en las cuales una proteína podía
ser infecciosa sin necesidad contradecir el dogma de la biología molecular: podía tener una
función tóxica responsable de la enfermedad y podía ser responsable de su propia síntesis
(Griffith, 1967). Lo que propone Griffith es que esta proteína se encarga de regular la expresión del
gen que la produce, es decir, que el huésped tiene el gen en su organismo que codifica para esta
proteína pero por algún mecanismo celular se encuentra apagado, cuando la proteína infecciosa
entra en el organismo, hace que este gen se exprese y de esta manera se pueden producir grandes
cantidades de la proteína (Griffith, 1967).
El otro mecanismo que planteó Griffith se basa en la idea de que las proteínas se pueden asociar
entre ellas para formar dímeros, trímeros, tetrámeros y así sucesivamente. Con esta idea Griffith
planteó que la proteína existe en el huésped de una forma no tóxica, en forma de monómero, y
que cuando entra en contacto con la forma tóxica se asocia y forma un dímero, que a su vez se
puede polimerizar hasta formar trímeros y tetrámeros, y que este tetrámero puede luego dividirse
y dar como resultado dos dímeros que pueden repetir el ciclo. De esta manera una forma no
tóxica de la proteína puede convertirse en una forma tóxica (Griffith, 1967). Esta idea sería
profética.
En 1979 se hizo el primer estudio epidemiológico de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob por
Gajdusek y otros investigadores, de este estudio concluyeron lo siguiente:
La enfermedad de Creutzfeldt-Jakob ha existido en cada país del cual se tienen datos.
En cada uno de estos países la mortalidad anual por CJD se encuentra entre 0.5 y 1
individuo por cada millón de habitantes.
La distribución geográfica de los casos es azarosa, con algunas excepciones en las que
algunos casos se encuentran concentrados en un área en particular, como es el caso de los
judíos de origen Libio que viven en Israel.
El 15% de los casos se encuentran en familias en las que al menos 2 miembros fueron o
han sido afectados, estos casos son descritos como familiares (Masters et al., 1979).
En este estudio los investigadores también intentaron definir el origen de la enfermedad, pero no
lograron llegar a ninguna conclusión. Los investigadores consideraron el contagio de humano a
humano y contaminación por medio del tracto digestivo. Los casos de CJD conocidos tienen
diversos orígenes, algunos provienen de un tratamiento de crecimiento por medio de hormonas
(Raben, 1957): en los años sesenta médicos e investigadores desarrollaron un tratamiento de
crecimiento hormonal, para esto usaron glándulas pituitarias de gente fallecida para purificar la
hormona del crecimiento, este tratamiento se volvió muy popular tanto en Estados Unidos como
en Europa, varios años después se empezaron a observar casos de CJD en niños que fueron
tratados con esta hormona (Milner et al., 1979). También se observaron casos de pacientes que
recibieron un trasplante de córnea y posteriormente murieron por CJD y pacientes infectados por
el uso de electrodos infectados durante electroencefalogramas (Masters et al., 1979).
La hipótesis de que scrapie podía ser transmitida a humanos no tuvo mucha acogida entre los
investigadores, en principio la distribución geográfica de scrapie y la de CJD no coincidían y era
poco probable que hubiese sido transmitida por consumir ojos o cerebros de animales infectados,
por lo cual finalmente concluyeron que el mecanismo de dispersión del “virus” era desconocido
hasta el momento (Masters et al., 1979).
Desde 1978 pero sobre todo en los primeros años de la década de los ochenta un bioquímico y
neurólogo llamado Stanley Prusiner publicó varios artículos sobre scrapie, él quiso purificar el
agente causante de esta enfermedad y, con ayuda de nueva tecnología, logró modificar los
procedimientos hechos anteriormente para optimizar el tiempo y obtener mejores resultados
(Prusiner, 1996a). Para esto usó hamsters en vez de ratones ya que estos tienen un periodo de
incubación mucho menor y el experimentó que diseñó requirió de una menor cantidad de
individuos, por lo cual fue más fácil de llevar a cabo (Prusiner, 1996a).
Los resultados de sus estudios indicaron que el agente causal de la enfermedad era una proteína
de aproximadamente 300 aminoácidos y le puso el nombre de prion. También destacó 2
características especiales de esta molécula: su resistencia a proteasas y su fuerte tendencia a
formar agregados. Prusiner logró purificar esta proteína para después entender su estructura, con
estos estudios se dio cuenta que la proteína se presenta mayormente en un estado agregado, es
decir que no se encuentra como monómero. Las porciones más infecciosas podían tener un
tamaño de hasta mil veces mayor que la proteína de 300 aminoácidos. Por medio de microscopía
electrónica se demostró que estos agregados contenían unas estructuras fibrilares de varios
tamaños unidos entre ellos (Prusiner, 1996a)..
Cuando Gajdusek y colegas examinaron tejido de cerebro de pacientes con kuru encontraron lo
que ellos mismos llamaron placas amiloides por las pruebas que les hicieron (Gajdusek, 1996).
Estas placas son similares a las encontradas en otras enfermedades neurodegenerativas como el
Alzheimer, pero tienen propiedades diferentes. Estas mismas estructuras fibrilares fueron
encontradas también en pacientes con la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob y en animales con
scrapie (Gajdusek, 1996). Prusiner y colegas notaron que las fibras de los agregados de proteínas
tenían propiedades amiloides y se preguntaron si se podían encontrar de esta misma manera en
los cerebros de los animales infectados (Prusiner, 1996b). Esto fue confirmado más adelante con el
uso de anticuerpos dirigidos contra el prion. Estos anticuerpos no fueron obtenidos de los
animales infectados sino de conejos a los que se les inocularon grandes cantidades de la proteína
prion purificada (Prusiner, 1996b).
En abril de 1985 Prusiner y colegas, con ayuda del experto en ingeniería genética Charles
Weissmann se logró identificar la secuencia de aminoácidos de la proteína y el gen que codifica
para ella (Oesch et al., 1985). Este gen fue encontrado en hamsters con o sin infección y también
se encontró en otros mamíferos incluyendo ratones y humanos (Basler et al., 1986). Acá
regresamos entonces a los 2 mecanismos propuestos por Griffith. La actividad de la proteína como
reguladora de la expresión del gen pudo ser descartada. Para medir la actividad de un gen se mide
su producto primario: el ARN mensajero o mARN, y los niveles de mARN eran los mismos en
animales infectados y no infectados (Prusiner, 1996b). En cuanto a la producción de proteína
notaron que la proteína se encontraba en los cerebros de los animales sanos pero en menor
cantidad y con propiedades diferentes al prion, esta proteína si era vulnerable a la proteinasa K,
mientras que el prion era resistente (Prusiner, 1996b).
Estudios sobre la estructura de la proteína “normal” y la proteína “infecciosa” mostraron que la
primera tiene un alto contenido de hélices alfa, mientras que la segunda tiene un alto contenido
de hojas beta (Billeter et al., 1997). También se encontró que la proteína tiene al final de su
estructura un lípido que le permite anclarse a la membrana, la forma infecciosa también tiene este
lípido pero no se encuentra anclada a la membrana y no se degrada al mismo ritmo que la
proteína normal; debido probablemente a su carácter resistente a proteasas, además esta
característica permite que se acumule en las células induciendo a la muerte de la célula y
generando las lesiones características que se observan en el cerebro de los animales infectados
(Billeter et al., 1997).
La función de la proteína normal en los mamíferos no se conoce hasta el momento, para probar su
función se creó una línea de hamsters en la cual se eliminaron ambas copias del gen de la proteína
PrP (Büeler et al., 1992). A pesar de la deleción, los hamsters no mostraron deficiencias fisiológicas
ni comportamentales, por lo cual la función de la proteína sigue siendo un misterio (Büeler et al.,
1992). Estos hamsters fueron importantes para la continuación del estudio de scrapie, porque los
animales cuyos genes fueron delecionados se volvieron inmunes a la infección; los animales que
no tenían la proteína normal no contraían scrapie cuando eran inoculados (Büeler et al., 1993).
Prusiner y colegas crearon otras líneas de hamsters, unas en las que solo se inactivaba una copia
del gen y otras en las que se agregaban más copias del gen, los resultados mostraron que entre
más copias del gen tuviese el animal, menor era el tiempo de incubación, lo cual indica que la
proteína infecciosa se forma a un ritmo relacionado con la concentración de la proteína normal
(Prusiner, 1996a; Büeler et al., 1993).
Todo esto ayudó a entender otro aspecto misterioso de la enfermedad por prion: la falta de
reacción del sistema inmune. El sistema inmune se encarga de reconocer lo propio de lo extraño
para no atacar lo propio (cuando esto pasa se llama enfermedad autoinmune). Como la proteína
se encuentra normalmente en el organismo de los mamíferos el sistema inmune la reconoce como
propia y esto explica porqué no se genera respuesta inmune. En los ratones a los que se les
inactivaron ambas copias del gen, la inoculación del prion desencadenó una respuesta inmune,
debido probablemente a que, en estos ratones, la proteína es un antígeno extraño y por lo tanto
desencadena la producción de anticuerpos (Schwartz, 2001).
En los años noventa se acuñó una hipótesis sobre cómo se reproduce la proteína que se parece
mucho a la segunda hipótesis de Griffith en los sesenta. A esta nueva se le llamó el beso de la
muerte y plantea que cuando una proteína infecciosa entra en contacto con una proteína normal
hace que cambie su conformación y se convierte así en una proteína infecciosa, esta proteína
infecciosa nueva puede a su vez entrar en contacto con otra proteína normal y a su vez convertirla
en una proteína infecciosa (Monod et al., 1965).
La barrera de especies es algo que no se le escapó a ninguno de los investigadores, ellos notaron
que el tiempo de incubación era mayor cuando el prion se pasaba de una especie a otra, y muchas
veces la infección era difícil de lograr. Los grupos de Weissmann y Prusiner realizaron
experimentos en ratones modificados genéticamente, en una línea pusieron genes de hámster en
ratones y viceversa, y mezclaron los genes para que las líneas resultantes fuesen híbridos con
genes de ambas especies (Weissman, 1999; Prusiner, 1998). Los resultados mostraron que el
periodo de incubación disminuye cuando el prion y la proteína normal provienen de la misma
especie; es decir, un ratón con genes de hámster va a tener un tiempo de incubación menor si es
inoculado con prion de hámster.
Los resultados apoyan la hipótesis del beso de la muerte, ya que para que la infección ocurra el
prion debe unirse a la proteína normal, y este proceso será más fácil si las proteínas tienen la
misma secuencia y estructura, si provienen de especies diferentes tendrán algunas modificaciones
en la secuencia harán que esta unión sea menos específica. De ahí que el paso de la infección
entre especies sea más complicada que dentro de la misma especie (Weissman, 1999; Prusiner,
1998).
Hasta este punto ya se había confirmado completamente que la enfermedad por prion era
contagiosa, pero había una enfermedad a la cual no se le había prestado mucha atención desde su
descripción en 1936; esta era el síndrome de Gerstmann-Sträussler (GSS). La conexión entre esta
enfermedad y CJD se hizo en los primeros años de la década de los ochenta, aunque ambas
enfermedades presentaban ciertas diferencias (Schwartz, 2001). Por un lado GSS afecta a
pacientes más jóvenes que CJD, y la enfermedad dura un promedio de 5 años mientras que CJD 6
meses aproximadamente de CJD. Las lesiones producidas por GSS también difieren un poco de las
de CJD, los pacientes de GSS presentan placas amiloides en el tejido del cerebro similares a
pacientes con Alzheimer y kuru, pero estas placas rara vez se encuentran en pacientes con CJD
(Schwartz, 2001). A pesar de esto se concluyó que GSS era una forma rara de CJD ya que las placas
amiloides contenían proteína prion y podía ser transmitida a primates tal como CJD.
Debido ó que esta enfermedad se presentabó en aproximadamente la mitad de los individuos de
una misma generación de una familia se hipotetizó que esta afección podía ser el resultado de una
mutación en el gen que codifica para la proteína. Esta hipótesis fue confirmada por Prusiner y
colegas en 1989 cuando encontraron la misma mutación en la posición 102 de la proteína en dos
familias afectadas por GSS, una familia estadounidense y otra familia británica (Hsiao et al., 1989).
Esta mutación es específica para GSS ya que no se encontró en individuos que presentaban
diferentes formas de CJD.
Estudios genéticos mostraron otras mutaciones asociadas a la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
Una de ellas es la mutación asociada a una enfermedad que se llamó enfermedad fatal del sueño o
FFI por sus siglas en inglés (Fatal Familial Insomnia) y otra que explicaba la alta incidencia de CJD
en judíos de origen Líbano viviendo en Israel (Medori et al., 1992). El comportamiento de estas
mutaciones no es el convencional, por un lado la mutación es dominante, es decir que solo se
necesita una copia para presentar la enfermedad, pero esta mutación no siempre es suficiente
para que el individuo presente la enfermedad: algunos individuos con una mutación en la posición
200 de la proteína podían llegar a una edad avanzada sin desarrollar la enfermedad. También se
encontró otra forma de la enfermedad en la que la proteína cambia espontáneamente de un
estado “normal” no infeccioso a un estado prion infeccioso por razones aún desconocidas. Esta
forma de la enfermedad se llamó enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica o sCJD (Will et al.,
1996).
En 1985 que se empezaron a reportar los casos de pacientes con CJD que fueron tratados con la
hormona de crecimiento obtenida de la pituitaria de cadáveres (Powell-Jackson et al., 1985) y en
este mismo año se reportó por primera vez la enfermedad de las vacas locas o BSE por sus siglas
en inglés (Bovine Spongiform Encephalopathy). Esta enfermedad tuvo más interés que scrapie ya
que las vacas son para consumo humano, y existía una gran preocupación de que el agente BSE
pudiese ser transmitido a los consumidores. Por esta razón se prohibió el consumo de partes del
sistema nervioso, intestinos y sistema linfático del ganado, ya que estas partes eran las que habían
demostrado contener el agente en los estudios de infección que se hicieron de scrapie en ovejas;
el tejido muscular no se contó entre las partes riesgosas para el consumo. Sin embargo no se podía
asegurar del todo que no hubiera contaminación del tejido muscular por contacto con tejido
nervioso, aunque las probabilidades eran mínima, teniendo en cuenta que el contagio por vía oral
había sido probado bastante ineficiente (Taylor, 1989).
Sin embargo en 1990 se diagnosticó una encefalopatía espongiforme a 3 gatos y se concluyó que
la habían adquirido por medio de la comida, que estaba contaminada con el agente de BSE
(Schwartz, 2001).
En 1996 se presentaron 10 casos en el Reino Unido de una nueva variante de CJD que afectaba a
individuo jóvenes a diferencia del CJD clásico, los síntomas también diferían e incluso las
características típicas de CJD en un examen de electroencefalograma estaban ausentes. Por estas
razones se pensó que estos casos podían provenir de contagio por BSE (Will et al., 1996).
Estos pacientes también presentaron otra característica que llamó la atención de los
investigadores. A diferencia de los casos de CJD clásico y muy similar a los casos de scrapie, estos
pacientes presentaron unas estructuras a las que llamaron placas floridas, las cuales son las
mismas placas amiloides pero estas están rodeadas de vacuolas lo cual les da un aspecto de flor,
de ahí su nombre (Will et al., 1996).
Ninguno de estos 10 individuos había sido sometido a la terapia hormonal de crecimiento ni
habían tenido cirugías o intervenciones en el cerebro que los pusieran en riesgo de contraer la
enfermedad, tampoco tenían ninguna de las mutaciones conocidas de las formas hereditarias de
la enfermedad. Por esto y por las diferencias presentadas de esta enfermedad en relación con las
formas conocidas de CJD, se le llamó nueva variante de CJD o nvCJD (Will et al., 1996).
La hipótesis de que nvCJD proviniera de BSE debía ser probada aún. 2 años antes de la
presentación del primer caso de esta nueva enfermedad, investigadores franceses inocularon el
agente de BSE a monos Rhesus y después de que estos empezaran a mostrar síntomas fueron
sacrificados y sus cerebros fueron examinados (Schwartz, 2001). Los resultados mostraron las
mismas placas floridas que los pacientes de nvCJD; estas placas no habían sido observadas
anteriormente en estos monos cuando habían sido inoculados con scrapie. Este y otros estudios
mostraron que aparentemente el agente de nvCJD era el mismo de BSE lo cual quería decir que los
10 pacientes con nvCJD la habían contraído por consumo de productos provenientes de ganado
contaminado (Will et al., 1996).
No es claro cómo hace este agente infeccioso para producir tantas formas de la enfermedad sin
tener material genético que pueda mutar. Por esta razón se planteó la teoría del prion, la cual
plantea que la variabilidad en las encefalopatías espongiformes transmisibles puede tener 2
orígenes: uno genético y otro no genético. El origen genético se refiere a las diferentes mutaciones
en el gen de la proteína prion que pueden hacer que la proteína presente diversas secuencias de
aminoácidos y que favorezca la aparición de enfermedades con diferentes síntomas. Estas
mutaciones también pueden afectar el periodo de incubación, el sitio donde se encuentran las
lesiones y la susceptibilidad a la infección (Schwartz, 2001).
Explicar la variabilidad de los síntomas a partir de la enfermedad de origen no genético de no es
tan sencillo como explicarla a partir de la enfermedad de origen genético. Desde el inicio de la
biología molecular estaba establecido que una secuencia de aminoácidos podía tener una única
conformación y que podía tener cambios estructurales pequeños dependientes de un agente
externo. Este nuevo planteamiento de la teoría prion sugiere que la proteína prion puede tener
diferentes conformaciones a partir de la misma secuencia de aminoácidos, y cada una de estas
formas puede imponerse sobre la forma normal de la proteína por el mencionado anteriormente
“beso de la muerte” (Schwartz, 2001).
A pesar de todos los avances que se han hecho relacionados con el prion, su estructura, su forma
de actuar y las enfermedades que causa todavía falta mucho camino por recorrer para encontrar
una forma satisfactoria de diagnóstico, de prevención y de tratamiento.
Las proteínas tipo prion desafían todo el conocimiento que se tiene de biología, de enfermedades
infecciosas y de las proteínas. Este tipo de proteínas se caracterizan por tener la habilidad de
cruzar la barrera intestinal, ascender luego por el sistema nervioso, llegar al cerebro e infectar las
neuronas provocando la muerte de éstas; la proteína tomar diferentes conformaciones, todas
estables y todas con la capacidad de afectar el periodo de incubación y la naturaleza de las
lesiones, y además esa una proteína capaz de replicarse sin tener material genético.
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2. La historia de Stanley B. Prusiner
Para 1930 ya se había reportado una alta incidencia de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob
familiar (fCJD) en algunas familias, pero no se conocía su etiología. Después de que se logró
transmitir CJD a chimpancés por medio de la inoculación de extractos de cerebro de pacientes que
habían muerto de CJD y se probó que era una enfermedad infecciosa se dejó de prestarle mucha
atención a la forma familiar de la enfermedad (Prusiner, 1998).
Prusiner empezó a tener un interés especial en la enfermedad cuando estuvo de residente en
neurología y se encontró con una enfermedad que podía matar a su paciente en 2 meses
destruyendo su tejido cerebral mientras el resto de su organismo quedaba completamente intacto
y no se observaba ninguna reacción del sistema inmune. En sus estudios descubrió 3 cosas
importantes: 1) Que el agente infeccioso era una proteína 2) que la proteína era resistente a
proteasas y 3) que podía replicarse en ausencia de material genético. Para entonces se creía que
esta enfermedad era causada por un “virus lento”, término acuñado por Bjorn Sigurdsson en 1954
mientras trabajaba en Islandia con ovejas con scrapie (Prusiner, 1998).
Los priones son patógenos infecciosos sin precedentes que producen un grupo de enfermedades
fatales neurodegenerativas por medio de un mecanismo novedoso los priones no tienen ácidos
nucleicos, por lo cual la patogenicidad específica de esté agente infeccioso se encuentra codificada
en la estructura terciaria de PrPSc. Estas enfermedades pueden ser genéticas, infecciosas, o
esporádicas, pero todas se producen por una modificación de la proteína prion (PrP) la cual se
encuentra en células de mamíferos normalmente (Prusiner, 1991). La proteína normal se llamó
PrPC y la proteína modificada PrPSc; la proteína normal se convierte a PrPSc por un proceso por el
cual la proteína adquiere un plegamiento diferente en el que el número de hélices alfa disminuye
de forma importante y la proteína adquiere una conformación rica en láminas beta. Este proceso
produce un cambio en las propiedades fisicoquímicas de la proteína (Pan et al., 1993).
La variedad de cepas en los organismos (incluidos los organismos patógenos) se encuentra
codificada en los genomas, los priones no tienen material genético, por lo cual estas propiedades
específicas de cepa se encuentran codificadas en la estructura terciaria de PrPSc (Bessen & Marsh,
1994; Telling et al., 1996; Prusiner, 1997).
El interés de Prusiner pasó de CJD a scrapie cuando se encontró con el trabajo de Tikvah Alper y
colegas en el cual mostraban la resistencia del agente infeccioso de scrapie a radiación ultravioleta
y radiación ionizante (Alper et al., 1966; Alper et al., 1967; Latarjet et al., 1970; Gibbs et al., 1978).
A partir de estos estudios surgió la necesidad de conocer la naturaleza química de este agente y
las sugerencias oscilaban entre pequeños virus de ADN a fragmentos de membrana, pasando por
polisacáridos y proteínas (Pattison, 1965; Griffith, 1967; Pattison & Jones, 1967; Gibbons & Hunter,
1967; Hunter et al., 1968; Field et al., 1969; Hunter, 1972).
El estudio de la naturaleza química de este agente era muy complicado por la cantidad de ratones
que se debían usar y por la cantidad de tiempo que tomaba obtener resultados (entre año y medio
y dos años en promedio), pero Prusiner, diseñó un experimento en el que se hacían
centrifugaciones a diferentes velocidades y por tiempos diferentes, y se midió la capacidad de
infección de las fracciones de sobrenadante (Prusiner, 1978). Para reducir el tiempo de recolección
de datos se usó una cepa de hamsters cuyo periodo de incubación de la enfermedad era de 70
días aproximadamente en comparación con los 360 días que se necesitaban previamente (Prusiner
et al., 1977).
Prusiner empezó sus experimentos en 1972 y a partir de ahí se empezaron a acumular datos
reproducibles que parecían indicar que la infectividad de scrapie podía reducirse por procesos que
hidrolizan o modifican proteínas pero era resistente a procesos que inactivaban ácidos nucleicos.
Por esta razón se empezó a pensar que el agente infeccioso de scrapie y todas estas encefalopatías
era una proteína (Prusiner, 1982). Fue en este momento que Prusiner propuso el término prion.
Esta idea no fue muy bien acogida entre la comunidad científica. Recientemente se había
descubierto que los genes estaban compuestos de ADN y que aquí estaba codificada toda la
información genética y la variabilidad biológica de todos los organismos en el planeta (Diener,
1979).
El descubrimiento de la proteína prion permitió establecer un marcador molecular específico para
estas enfermedades. La primera proteína prion que se descubrió fue PrP 27-30 la cual es el núcleo
resistente a proteasas de PrPSc y tiene una masa molecular entre 27 y 30 kDa (de ahí su nombre).
Esto se estableció deduciendo la secuencia de aminoácidos por medio de cADN de PrP (Prusiner et
al., 1984; Basler et al., 1986; Oesch et al., 1985; Meyer et al., 1986; Locht et al., 1986). Se evaluó la
presencia de esta proteína en otras enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer, Parkinson
y esclerosis y no se encontró en ninguna, lo cual quiere decir que ésta proteína es específica para
enfermedad de tipo prion. No se ha encontrado ninguna otra proteína o macromolécula que sea
específica para estas enfermedades (Bockman et al., 1985; Brown et al., 1986; Bockman et al.,
1987; Manuelidis et al., 1985).
Dado lo extraña que sonaba ésta idea, teniendo en cuenta el contexto histórico, muchos
investigadores intentaron sin éxito probar que el “prion” era un virus rodeado por esta proteína o
que era ADN protegido por esta proteína. La hipótesis de que las enfermedades por prion eran
causadas por un virus no pudo ser probada. A partir de todos estos estudios surgieron los
siguientes 12 argumentos que prueban que los priones están conformados por PrPSc y que no
tienen ácidos nucleicos:
1. PrPSc y la infectividad por scrapie copurifican cuando se usan procedimientos bioquímicos
e inmunológicos.
2. Las propiedades inusuales de PrPSc imitan las propiedades de los priones. Muchos
procedimientos que modifican o hidrolizan PrPSc inactivan priones.
3. Los niveles de PrPSc son directamente proporcionales a las titulaciones del prion. PrPSc sin
denaturar no ha podido ser separada de la infectividad de scrapie.
4. No hay evidencia de que exista una partícula similar a un virus ni un genoma de ácido
nucleico.
5. La acumulación de PrPSc está asociada invariablemente a la patología de las enfermedades
prion, incluyendo las placas amiloides.
6. Las mutaciones en el gen PrP están genéticamente ligadas a las formas de enfermedad
prion heredables y producen la formación de PrPSc.
7. La sobreexpresión de PrPC incrementa la tasa de formación de PrPSc, lo cual acorta el
tiempo de incubación. La eliminación del gen PrP elimina el sustrato necesario para la
formación de PrPSc y previene la enfermedad y la replicación del prion.
8. La variación en la secuencia de PrP entre especies es responsable, al menos en parte, de la
barrera de especies que se enfrenta cuando los priones pasan de un huésped a otro.
9. PrPSc se une preferencialmente a PrPC homólogo, resultando en la formación de PrPSc
nuevo y consecuentemente la infectividad por prion.
10. Genes quiméricos y parcialmente eliminados de PrP producen cambios en la
susceptibilidad al prion en diferentes especies y lleva a la formación de priones artificiales
con propiedades nuevas que no se encuentran en la naturaleza.
11. La diversidad de los priones se encuentra descifrada en la conformación de PrPSc. Se
pueden generar cepas nuevas pasando el prion a huéspedes con diferentes genes PrP. Las
cepas se mantienen por medio de interacciones entre PrPC y PrPSc.
12. Los priones de la forma familiar de CJD (fCJD E200K) y de FFI le proporcionan diferentes
propiedades a PrP quimérica de ratones transgénicos lo cual provee un mecanismo de
propagación de cepa (Prusiner, 1998).
A medida que avanzaba el estudio de los priones se encontró que el gen PrP se encontraba
igualmente expresado en las células del cerebro infectadas y no infectadas (Chesebro et al., 1985;
Oesch et al., 1985), por lo cual se descartó la idea de que PrPSc iniciaba la transcripción del gen PrP
y así producía más de sí misma (Griffith, 1967). Como también se encontró que la región
codificante de la proteína se encontraba en un solo exón se descartó la posibilidad de que las dos
isoformas de PrP fueran producto de splicing alternativo (Basler et al., 1986). Descartadas estas
ideas se postuló una hipótesis de modificación post-traducción, pero no se encontró ninguna
prueba que apoyara esta hipótesis (Stahl et al., 1993).
Todo indicaba que PrPSc y PrPC solo diferían en su conformación, pero esta idea era difícil de
entender, ya que hacía más de 25 años se había establecido que una secuencia de aminoácidos
dada tiene una conformación activa de la proteína específica (Anfinsen, 1973). Estudiando la
conformación de ambas encontraron que PrPSc contiene 30% de hélices alfa y 45% de láminas
beta, mientras que PrPC contiene aproximadamente 40% de hélices alfa y pocas láminas beta;
ambas proteínas tienen una conformación diferente, pero tienen la misma secuencia de
aminoácidos (Pergami et al., 1996; Pan et al., 1993).
Durante los estudios de la naturaleza química del agente se encontró también que ambas
isoformas de la proteína contienen un ancla GPI y PrPC fue encontrada en la superficie de las
células done podía ser liberada por medio de la separación del ancla. La formación de PrPSc ocurre
después de que PrPC llega a la superficie de la célula (Caughey & Raymond, 1991; Borchelt, et al.,
1992).
Estudios que permiten modelar la estructura molecular de las macromoléculas revelaron que PrPC
contiene 4 regiones de estructura secundaria llamadas H1, H2, H3 y H4. H1 contiene los residuos
del 113 al 128 los cuales son los más conservados en todas las especies estudiadas y corresponde a
una región de PrP transmembranal (Gasset et al., 1992; Huang et al., 1994). Modelos de PrPSc
sugieren que la formación de la isoforma que produce la enfermedad incluye el plegamiento a
láminas beta de residuos en la región entre los residuos 90 y 140 (Huang et al., 1996). El mayor
cambio conformacional durante la formación de PrPSc se ha localizado en una región unida
compuesta por los residuos del 90 al 112, aun así las mutaciones responsables por las formas
genéticas e la enfermedad se han encontrado a lo largo de toda la proteína (Peretz et al., 1997).
Estudios realizados con transgenes quiméricos identificaron un dominio compuesto por los
residuos del 95 al 170 donde PrPC se une con PrPSc (Scott et al., 1993; Telling et al., 1994). También
se encontró otra región entre los residuos 180 y 205 que parece modular la interacción entre PrPC
y PrPSc (Scott et al., 1997).
Los estudios de Prusiner también demostraron que la proteína PrP puede unirse al cobre en el
terminal NH2 y se encontró que la PrP recombinante podría estar mejor estructurada en la
presencia de cobre (Prusiner, 1998). Se encontró que cada molécula puede unir dos átomos de
Cu2+ y que además de esto no se unían a ningún otro catión divalente; esa unión del cobre induce
una formación de hélice alfa en estos péptidos (Stöckel et al., 1998).
También encontraron que los ratones a los cuales se les había eliminado el gen PrP (Prnp0/0)
tenían niveles bajos de la actividad de la enzima superóxido dismutasa comparado con ratones
control (Brown et al., 1997a); esta enzima muestra el estado del cobre en el metabolismo (Harris,
1992). Extractos de cerebro de estos ratones revelaron niveles bajos de Cobre, mientras que el
hierro y el zinc no presentaron cambios sugiriendo que PrPC puede ser una proteína que se une al
cobre (Brown et al., 1997b).
PrP es expresado en los cerebros de animales adultos (Chesebro et al., 1985; Oesch et al. 1985),
aunque está altamente regulado durante el desarrollo, en algunas regiones la expresión aumenta
durante el desarrollo (Mobley et al., 1988) y en otras regiones se observa su expresión a una edad
temprana. Los niveles más altos de mARN de PrP se encuentran en las neuronas (Kretzschmar et
al., 1986). Se encontró también que en aquellas regiones donde había una mayor concentración
de PrPSc había una baja concentración de PrPC y viceversa (Prusiner, 1998), y teniendo en cuenta el
patrón de PrPSc que encontraron en el cerebro sugirieron que las proteínas priónicas son
transportados a lo largo de los axones, hallazgos que también concuerdan con estudios anteriores
en los cuales se encontró que scrapie migraba en un patrón consistente con transporte retrógrado
(Kimberlin et al., 1983; Fraser & Dickinson, 1985; Jendroska et al., 1991).
El gen de PrP está ligado genéticamente a un locus que controla el tiempo de incubación (Carlson
et al., 1986). Otros estudios también indicaron que los ratones deficientes de PrP eran inmunes a
la enfermedad y no podían replicar priones, como era esperado. Por estas razones se concluyó que
PrP debe jugar un rol central en la transmisión y en la patogénesis, pero es igual de importante
tener en cuenta que la isoforma anormal de la proteína es un componente esencial de la partícula
prion (Büeler et al., 1993; Prusiner et al., 1993).
Se encontraron otros genes asociados al gen de la proteína prion que pueden ser los responsables
de determinar el tiempo de incubación, y fueron llamados Sinc y Prn-i, se encontró que el alelo
que determina un tiempo de incubación corto es dominante sobre el alelo que determina un
tiempo de incubación largo, y también se determinó que estos genes son congruentes con PrP
(Dickinson et al., 1968; Westaway et al., 1987).
El paso de priones de una especie a otra es un proceso caracterizado por tiempos de incubación
prolongados durante el primer paso a un nuevo huésped; a esta prolongación se le da el nombre
de barrera de especies (Pattison, 1965). Los priones formados en este nuevo huésped reflejan la
secuencia de la PrP del huésped y no de las moléculas de PrPSc del inóculo inicial. Cuando se pasan
estos priones a un nuevo huésped homólogo el tiempo de incubación se reduce (Bockman et al.,
1987).
Por medio de estudios con ratones transgénicos se han identificado 3 factores que influyen en la
determinación del periodo de incubación:
La diferencia en las secuencias de PrP entre el que dona y el que recibe.
La “cepa” del prion.
La especificidad de especie de la proteína X, un factor definido por estudios de genética
molecular que se une a PrPC y facilita la formación de PrPSc (Prusiner, 1998).
La secuencia del prion donante está determinada por el gen del último organismo donde estuvo y
esta secuencia corresponde a la “especie”. La cepa del prion parece estar encriptada en la
conformación de PrPSc. La secuencia de de aminoácidos de la proteína, que está especificada por el
gen del animal que recibe la proteína prion, ayuda a determinar la estructura terciaria de las
nuevas moléculas de PrPSc (Prusiner, 1998).
Aun cuando el concepto de prion fue descrito en principio en un contexto de patógeno infeccioso
(Prusiner, 1982), ahora es ampliamente aceptado que los priones son elementos que imparten y
presentan variabilidad por medio de diferentes conformaciones de una misma proteína (Prusiner,
1998). Se han descrito 2 determinantes similares a los priones en levaduras: URE3 y PSI (Chernoff
et al., 1995; Glover et al., 1997; King et al., 1997; Paushkin et al., 1997; Coustou et al., 1997). En
levadura, para que la proteína se convierta a su forma prion requiere de la ayuda de la proteína
chaperona Hsp104, pero no se ha encontrado un homólogo de esta chaperona en mamíferos
(Chernoff et al., 1997; Patino et al., 1996). Cuando los dominios de prion de estas levaduras fueron
expresados por E. coli, las proteínas se polimerizaron en fibras y adquirieron propiedades similares
a las de PrP y otros amiloides (Glover et al., 1997; King et al., 1997; Paushkin et al., 1997).
La marca de todas las enfermedades por prion, ya sea esporádica, hereditaria, o infecciosa, es que
incluye el metabolismo aberrante y acumulación resultante de la proteína prion (Prusiner, 1991).
Entender el mecanismo por el cual PrPC se denatura y se vuelve a plegar como PrPSc es de gran
importancia para no sólo avanzar en el conocimiento de las enfermedades por prion sino también
en otras enfermedades degenerativas.
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3. La biología de los priones
Como modelo animal para el estudio de este agente infeccioso se han usado ratones y hamsters
durante varios años, pero esto puede ser un problema ya que no se conocen muy bien los factores
moleculares que determinan la barrera de especies y puede haber factores específicos de especie.
También cabe la posibilidad de que la patofisiología de las enfermedades difiera
considerablemente entre ratones y humanos. Aun así este es el mejor modelo hasta el momento
para estudiar estas enfermedades (Aguzzi, 2005).
Los genes de PrP en SHa (Hamster de Siria) y de ratón (Mo) tienen copias de repeticiones ricas en
G-C y no tienen cajas TATA. Estos nonámeros GC pueden funcionar como sitio de unión para el
factor de transcripción Sp1. También se ha observado que Prnp se expresa en los cerebros de
animales adultos pero se regula mucho durante el desarrollo (Aguzzi, 2005).
En los cerebros infectados con prion se han encontrado estructuras fibrilares que en un principio
podrían ser confundidas con virus, pero no tienen la estructura regular y distinguible que
caracteriza a los virus, además tienen características de compuestos amiloides (Williams, 1954).
Estas estructuras están compuestas por polímeros largos de PrPSc pero la formación de estos no es
necesaria para que se produzca infección (Jarett & Landsbury, 1993; Landsbury, 1994); estas
estructuras no se encuentran en todas las formas de la enfermedad por prion (Ghetti et al., 1989;
Hsiao et al., 1991). Solamente la porción de PrPSc llamada PrP27-30 forma estos agregados
detectables por microscopía electrónica.
Aun no se sabe muy bien cómo PrPC se convierte a PrPSc, pero se ha observado que PrPC recircula
en compartimentos con membranas ricas en colesterol, no acídicas, insolubles en detergentes
llamados balsas; en estas estructuras PrPC se degrada parcialmente o se convierte a PrPSc (Keller et
al., 1992; Anderson, 1993; Shyng et al., 1994; Gorodinsy & Harris, 1995; Taraboulos et al., 1995).
Además de esto se ha observado que la formación de dímeros de PrPC inhibe la replicación del
prion (Meier et al., 2003). PrPSc se acumula dentro de la célula en vesículas citoplasmáticas que
pueden ser endosomas tardíos o lisosomas (Laszlo et al., 1992; Arnold et al., 1995).
Para explicar las diferencias en las propiedades de ambas isoformas de PrP se buscó un proceso
por el cual la proteína sufriera una modificación post-translacional (Stahl et al., 1993), se buscó si
había una diferencia en la composición de aminoácidos de ambas isoformas y no se encontró
ninguna diferencia por lo cual se planteó que la conformación era lo único que diferenciaba ambas
proteínas y que de ahí provenían las diferencias de las propiedades de las isoformas (Stahl et al.,
1993).
Teniendo en cuenta que la conversión de PrPSc se da cuando ambas isoformas se unen, es de
esperar que diferencias en la secuencia de aminoácidos demoren la formación de prion y alarguen
el periodo de incubación, es por esto que el paso del prion de una especie a otra es más demorado
(Scott et al., 1989).
La función del gen Prnp y de la proteína PrPC aún no se conocen; la eliminación del gen Prnp
(Prnp0/0) en ratones transgénicos no afectó ni el desarrollo ni el comportamiento de los ratones, y
los volvió inmunes a la enfermedad (Büeler et al., 1992; Manson et al., 1994a). Estos ratones no
replican PrPSc y tampoco propagan la enfermedad (Büeler et al., 1993; Prusiner et al., 1993; Sailer
et al., 1994). Cuando estos ratones se cruzan con ratones transgénicos con el gen de PrP del
hámster de Siria (Tg(SHaPrP)) se vuelven susceptibles al prion del hámster pero siguen siendo
inmunes al prion de ratón y el tiempo de incubación es largo (Büeler et al., 1993). Los ratones
heterocigotos (Prnp0/+) tienen tiempo de incubación mayor a los ratones con ambas copias del
gen, lo cual indica que no solo la presencia sino también la cantidad de PrPC son determinantes
para la producción de la enfermedad (Büeler et al., 1994; Manson et al., 1994b). Como estos
ratones no producen PrPC pueden producir anticuerpos contra PrP, pero estos anticuerpos no son
específicos de PrPSc sino que también se pueden unir a PrPC por lo cual no pueden usarse para
terapia (Prusiner et al., 1993; Brandner et al., 1996b).
Se ha planteado que PrPC podría jugar un rol en la sinapsis (Collinge et al., 1994) o una posible
regulación del ciclo circadiano (Tobler et al., 1996), pero el único fenotipo definitivo observado en
los ratones Prnp0/0 es su resistencia a los priones (Büeler et al., 1993). Aun así es muy poco
probable que una proteína tan conservada en especies que incluyen desde peces hasta mamíferos
exista con el único propósito de hacer vulnerable de enfermedad por prion al portador del gen. Es
posible que la proteína tenga una función en transducción de señales (como es usual en muchas
proteínas unidas a un ancla GPI) o que tenga un papel enzimático; en estos contextos la formación
de PrPSc puede producir una interferencia en la señal o una modificación en la especificidad del
sustrato haciéndola tóxica (Aguzzi, 2005).
Gracias a los proyectos de secuenciación de genomas, se encontró un gen adyacente a Prnp que
codifica para una proteína muy parecida a PrP (Moore et al., 1999); al gen lo llamaron Prnd y a la
proteína Dpl por sus siglas en inglés (downstream of the Prnp locus) o Doppel que significa doble
en alemán (Moore et al., 1999; Weissmann & Aguzzi, 1999; Behrens & Aguzzi, 2002). Se encontró
mARN del gen altamente expresado en testículos de ratones, un poco menos en órganos
periféricos y en niveles muy bajos en cerebros de ratones adultos, sin embargo se encontró una
cantidad significativa de transcritos durante la embriogénesis lo cual puede significar que la
proteína tiene un papel en el desarrollo del cerebro (Li et al., 2000).
Para probar esta hipótesis se inactivó este gen en células madre embrionarias, los ratones
sobrevivieron hasta la adultez sin ninguna deficiencia aparente (Behrens et al., 2001). Las
similitudes entre PrPC y Dpl podrían sugerir una función biológica similar, por lo cual debe
evaluarse el desarrollo de los ratones en ausencia de ambos genes (Behrens et al., 2002). En
ratones inoculados por medio de injertos neuroectodérmicos se observó que la ausencia de Prnd
no impide el desarrollo de la enfermedad, sin embargo es posible que Dpl cumpla una función de
transporte de PrPSc ya que además se expresa en el bazo, el cual es un reservorio periférico de
priones importante (Li et al., 2000).
Algunos estudios mostraron que en ciertas líneas de ratones se producía enfermedad aun cuando
se les había hecho deleción del gen Prnp, los investigadores observaron que el promotor de Prnp
estaba controlando el locus de Dpl en ausencia de Prnp (Moore et al., 1999) y por lo tanto había
una sobreproducción de Dpl en el cerebro (porque en el cerebro hay más promotor de Prnp que
de Prnd) (Moore et al., 1999; Rossi et al., 2001) y aparentemente esta sobreproducción de Dpl, y
no la ausencia de PrPC, produce neurodegeneración en ratones deficientes de Prnp (Rossi et al.,
2001).
Behrens y colegas inactivaron el gen Prnd en ratones. Las hembras Prnd-/- pueden reproducirse con
machos Prnd+/- o Prnd+/+ y tener una camada de tamaños similares a las camadas entre ratones
wild type. Sin embargo los machos Prnd-/- son estériles, su actividad sexual no se ve afectada pero
el número de espermatozoides es reducido y también lo es su movilidad. Estos ratones mutantes
producen espermatozoides malformados y no tienen un acrosoma discernible; teniendo en cuenta
que el acrosoma es el encargado de la interacción entre el espermatozoide y el óvulo, esta
malformación puede explicar la esterilidad en los machos (Behrens et al., 2002).
PrPC también se expresa en espermatozoides maduros y es posible que tenga un rol de protección
contra toxicidad por cobre. Los ratones cuyos genes Prnp fueron apagados son más sensibles a
concentraciones altas de cobre, pero no son estériles. Todo esto demuestra que PrPC no puede
suplir el rol de Dpl, pero falta demostrar si la ausencia de ambos genes produce defectos más
severos que la ausencia de Dpl solo. También se debe evaluar la posibilidad de que la expresión de
PrPC amino truncada terminalmente restaura la fertilidad de los ratones deficientes de Dpl (ya que
esta versión de PrPC se parece mucho a Dpl) (Shaked et al., 1999).
ENFERMEDADES DE PRION
Scrapie:
Después de que se descubrió que era una enfermedad transmisible, se encontraron 2 mutaciones
en el gen PrP que están correlacionadas con la ocurrencia de scrapie en ovejas. Se han estudiado
polimorfismos en los codones 136 y 171 del gen PrP en ovejas que producen sustituciones de
aminoácidos con respecto a la ocurrencia de scrapie (Clouscard et al., 1995). En 2 razas de ovejas,
Romanov e Ile-de-France, se encontró e polimorfismo 136(AV) (Laplanche et al., 1993b); las
ovejas homocigóticas o heterocigóticas para Valina son susceptibles a scrapie mientras que las
homocigóticas para Alanina son resistentes (Laplanche et al., 1993a). También se encontró otro
polimorfismo 171(QR) que hace que las ovejas sean susceptibles a scrapie (Goldmann et al.,
1990a; 1990b).
Encefalopatía Espongiforme Bovina (BSE):
La epidemia de las vacas locas comenzó en 1986 y se cree que surgió a partir de un cambio en el
procesamiento del MBM (Meat and Bone Meal) (Weissmann & Aguzzi, 1997). En los últimos años
de la década de los setenta se dejó de usar hidrocarburos para el procesamiento de las grasas, por
esta razón hubo un aumento de éstas en el MBM, y es posible que estas grasas en exceso hayan
protegido a los priones de inactivación por vapor. Por esta razón desde 1988 se prohibió el uso de
suplementos derivados de oveja o de res en el Reino Unido (Aguzzi, 2005).
Caquexia crónica del venado (CWD: Chronic Wasting Disease):
Esta es la única enfermedad por prion en animales salvajes, se ha observado en venados y alces
cautivos pero su origen sigue siendo un misterio para los investigadores (Williams & Young, 1980).
Es posible que los animales se contagien por medio de las heces o saliva que puedan contener
priones y contaminan las áreas donde pastan estos animales (Aguzzi, 2005).
Los síntomas de esta enfermedad son sutiles y poco específicos, caracterizados por letargia,
pérdida de peso, músculos faciales hipotónicos flácidos, salivación excesiva y cambios
comportamentales como pérdida del miedo a humanos (Williams & Young, 1993; Spraker et al.,
1997).
Enfermedades Humanas:
Como ya se había mencionado anteriormente, las enfermedades por prion en humanos se llaman
kuru, CJD esporádico (sCJD), CJD familiar (fCJD), nueva variante de CJD (nvCJD), síndrome de
Gerstmann-Sträussler (GSS), e insomnia fatal familiar (FFI) dependiendo de las características
clínicas, genéticas y neuropatológicas.
Para ninguna de estas enfermedades hay un diagnóstico definitivo, cuando se presentan síntomas
neurodegenerativos se hace un estudio del gen PrP para ver si el paciente presenta algunas de las
mutaciones conocidas, pero el diagnóstico final se hace con tejido cerebral después de la muerte
del paciente. Sin embargo si se puede hacer un diagnóstico de la enfermedad hereditaria con
tejidos periféricos (Aguzzi, 2005).
El diagnóstico se puede hacer en base a lo siguiente:
La presencia de PrPSc.
Genotipo de PrP mutante.
Inmunohistología apropiada (Aguzzi, 2005).
Este último punto se realiza porque en ocasiones se pueden encontrar las placas amiloides
mencionadas anteriormente, y por medio de la tinción apropiada, se pueden descartar otras
enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer (Aguzzi, 2005).
Aproximadamente el 10% de los casos de CJD son familiares (Kirschbaum, 1924; Meggendorfer,
1930; Stender, 1930; Davison & Rabiner, 1940; Jacob et al., 1950; Friede & DeJong, 1964;
Rosenthal et al., 1976; Masters & Gajdusek, 1979; Masters et al., 1981a, b), se han encontrado un
gran número de mutaciones relacionadas con los diferentes tipos de enfermedad por prion, sobre
todo para GSS (Gerstmann et al., 1935). Unas mutaciones son sustituciones de aminoácidos, otras
mutaciones son sustituciones de un aminoácido por una señal de stop que hace que la proteína
resultante sea más pequeña y que forma fibras. Otro tipo de mutación es un aumento en las
octorepeticiones del gen: Prnp tiene 5 octarepeticiones, se han encontrado casos de individuos
que tienen entre 2 y 9 octorepeticiones (Owen et al., 1989, 1990, 1992; Goldfarb et al., 1991;
Brown, 1993).
Todavía no se conoce muy bien el mecanismo por el cual ocurren los cambios neuropatológicos. La
disminución de los niveles de PrPC no parece una causa probable ya que se ha probado que la
ausencia de PrP no produce cambios neuropatológicos (Büeler et al., 1992). Parece entonces que
la toxicidad de PrPSc proviene de un proceso dependiente de PrPC (Brandner et al., 1996a, 1998).
Datos recientes indican que es la expresón de PrPC por una célula infectada, más que los depósitos
extracelulares de PrPSc, lo que puede estar relacionado con el desarrollo de la patología (Ma &
Lindquist, 2002; Ma et al., 2002). Hallazgos recientes parecen indicar que hay un transporte
retrógrado excesivo de la proteína desde el retículo endoplasmático hacia el citosol y que esto
puede estar causando una forma celular citotóxica que puede ser la responsable del daño
neuronal. Sin embargo estos datos no han sido comprobados y continúan siendo una hipótesis
(Roucou et al., 2003; Drisaldi et al., 2003). Se ha planteado la posibilidad de que exista otra forma
infecciosa de la proteína, llamada PrP*(Weissmann, 1991), y que es la responsable de la
espongiosis, gliosis y muerte neuronal. Esto parece respaldar el hecho de que en varios casos se
observa una patología espongiforme pero no se encuentra mucho PrPSc (Weissmann & Aguzzi,
1997).
La enfermedad por prion puede ser causada por vía oral a través de la ingestión de alimentos
contaminados (Wells et al., 1987; Kimberlin & Wilesmith, 1994; Anderson et al., 1996), inoculación
intravenosa o intraperitoneal (Kimberlin & Walker, 1978), por ionoculación inraocular (Scott et al.,
1993) y, la más eficiente, inoculación intracerebral (Duffy et al., 1974; Fraser, 1982). En la
naturaleza, sin embargo, la manera más común de contagio es por vía oral (Aguzzi, 2003).
Cuando se da una infección por vía oral, en principio se puede observar una acumulación de la
isoforma de la proteína asociada a la enfermedad en las placas de Peyer que se encuentran en el
íleo terminal. Las placas de Peyer son cúmulos de tejido linfático que recubren las mucosas del
intestino, y se encargan de la respuesta inmune a agentes externos; la acumulación de la proteína
prion en estas estructuras puede significar que las placas de Peyer son el portal de entrada de los
priones en su camino desde el lumen del tubo gástrico hasta el sistema nervioso (Aguzzi, 2005).
Estudios hechos en diversos laboratorios han demostrado que para el transporte del prion es
necesaria la diferenciación de las células M, estás células reconocen antígenos y son las
encargadas de transferir los agentes externos a otras células del sistema inmune como células
dendríticas, macrófagos o linfocitos para que éstos se encarguen de eliminarlo (Neutra et al.,
1996). Es posible que los priones se aprovechen de este mecanismo para acceder al sistema
inmune (Aguzzi & Heppner, 2000).
Otra forma que se ha probado eficiente de transmitir la enfermedad es por medio de heridas en la
piel (Carp, 1982; Taylor et al., 1996). Es posible que los priones usen a las células dendríticas en la
piel para transportarse (Huang et al., 2002; Aucouturier et al., 2001), aunque también es posible
que los priones entren a las terminaciones nerviosas de la piel directamente (Race et al., 1995).
Esta última hipótesis no ha sido estudiada a profundidad pero podría explicar la rapidez con la que
se presenta la patogénesis en el sistema nervioso central después de la inoculación por esta vía
(Aguzzi, 2005).
Los linfocitos B son cruciales para la invasión neural de los priones, pero el volumen de la infección
no se encuentra en estas células. Los linfocitos B participan en el tráfico de priones a los órganos
linfáticos, pero no es el sitio donde se esconden los priones, no hay acumulación. Todos los datos
indican que los priones residen en las células dendríticas (Blättler et al., 1997). Varios estudios en
los que se generaron ratones deficientes en células dendríticas mostraron que los ratones sin
células dendríticas no presentaron acumulación del prion, en contraste con los ratones contro
(Klein et al., 1998). Esta ausencia de células dendríticas también aumentó el periodo de incubación
de la enfermedad (Aguzzi et al., 2001a).
Se ha observado que los reservorios más importantes del prion son los nódulos linfáticos y no el
bazo como se pensaba y la replicación se da en éstos nódulos incluso en ausencia de células
dendríticas maduras. También es posible que los macrófagos degraden los priones en lugar de
transportarlos como también se pensaba anteriormente. Esto puede ser de gran importancia a la
hora de desarrollar estrategias de profilaxis posterior a la exposición a la enfermedad (Beringue et
al., 2000).
La neuroinvasión de la proteína prion está conformada por 2 pasos (Aguzzi et al., 2001b). El
primero, mencionado anteriormente, es la colonización de órganos linfáticos por medio de
mecanismos dependientes de linfocitos B, células dendríticas foliculares y factores complemento
(Klein et al., 1997, 1998). El segundo paso parece involucrar nervios periféricos, posiblemente el
sistema nervioso autónomo y la expresión de PrPC en este tejido (Glatzel & Aguzzi, 2000).
Estudios realizados para comprobar la existencia de estos procesos mostraron que el transporte
axonal parece no estar involucrado en la invasión neuronal por parte de los priones, ya que
ratones con este mecanismo de transporte severamente afectado presentan patogénesis con una
cinética similar a la de los ratones control (Künzi et al., 2002). Los resultados muestran que el prion
pasa del sistema linfático al sistema nervioso central a través de nervios periféricos por medio de
un mecanismo dependiente de PrPC (Blättler et al., 1997; Glatzel & Aguzzi, 2000; Race et al., 2000).
Los órganos linfáticos tienen inervaciones que llegan a la médula espinal (Felten & Felten, 1988),
cuando se altera el crecimiento de estas inervaciones y no se permite que lleguen a la médula
espinal, se retrasa significativamente el desarrollo de la enfermedad (Glatzel et al., 2001).
A pesar de todos estos estudios, todavía no se saben muchos detalles de estos mecanismos, no se
sabe, por ejemplo, si los priones pueden ser transferidos directamente desde las células
dendríticas a las terminaciones nerviosas o si hay participación de otros tipos celulares (Aguzzi,
2005). Tampoco se sabe cómo se transportan los priones dentro de los nervios periféricos; es
posible que sea por medio de un transporte no-axónico y células no-neuronales pueden jugar un
rol importante. Este transporte podría llevarse a cabo por medio de un mecanismo tipo dominó en
donde PrPSc que llega convierte a las proteínas PrPC residentes de la célula propagando así la
enfermedad (Kimberlin et al., 1983).
En ratones a los que se les había aumentado la inervación del bazo, se observó un aumento en la
acumulación de PrPSc y una disminución en el tiempo de incubación, lo cual puede significar que
estos nervios, además de estar involucrados en el transporte de los priones, también pueden estar
involucrados en la acumulación y la replicación de los priones (Clarke & Kimberlin, 1984).
Para la mayoría de agentes virales convencionales la vacunación es el método más efectivo para
controlar y prevenir la infección, pero con los priones el asunto es más complicado. Se han hecho
varios estudios in vitro con anticuerpos de ratones cuyo gen Prnp fue eliminado (Aguzzi, 2005).
Teniendo en cuenta que PrPC es una proteína que se encuentra normalmente en varios tejidos una
reacción inmune anti-PrP podría provocar una enfermedad autoinmune. Sin embargo, parece que
la inmunización contra priones no produce este efecto. Anticuerpos con una cadena pesada
constante y se acoplaron con cadenas livianas de diferente afinidad a los priones (Aguzzi, 2005).
Sorpresivamente, la sola cadena pesada es suficiente para bloquear la patogénesis periférica. Esto
prueba que puede haber eventualmente una respuesta del sistema inmune contra los priones.
Varios estudios recientes indican que la inducción de anticuerpos anti-PrP en ratones de tipo
silvestre es probable (Heppner et al., 2001).
Otro tema de gran importancia para combatir estas enfermedades es el diagnóstico. Hasta el
momento la única forma de diagnosticar esta enfermedad es con biopsia del cerebro después de
que el paciente ha muerto o con la aparición de los primeros síntomas, pero para poder
combatirla hay que reconocerla desde antes de que se presenten los síntomas. Se ha observado
acumulación de PrPSc en las amígdalas (Hill et al., 1997; Schreuder et al., 1996) y en el apéndice
(Hilton et al., 1998), por lo que se ha propuesto apendectomía y amigdalectomía para el
diagnóstico temprano de la enfermedad (Glatzel et al., 2003b). También se ha encontrado PrPSc en
músculo esquelético, muestras de bazo (Glatzel t al., 2003a) y en el epitelio olfatorio de pacientes
con sCJD (Zanusso et al., 2003). Estos nuevos descubrimientos permiten plantear la posibilidad de
procedimientos diagnósticos mínimamente invasivos.
Se han desarrollado otras técnicas para detectar con mayor sensibilidad la presencia de PrPSc
concentrándola antes de proceder al análisis por western blot (Aguzzi, 2005). El problema con
todas estas metodologías es que da por sentado que PrPSc es la fuente de la patogénesis, pero esto
no se ha probado del todo ya que incluso algunas manipulaciones in vitro pueden convertir PrPC a
una forma resistente a proteasas pero que no necesariamente produce infección. La única manera
de probar si realmente es enfermedad por prion es inoculando el tejido del paciente afectado en
ratones, pero este método requiere del sacrificio de muchos ratones, las mediciones duran un
tiempo prolongado y el margen de error es alto (Aguzzi, 2005). Por estas razones se ha propuesto
el uso de líneas celulares susceptibles a priones que determinan la capacidad de infección del
tejido y tienen validez biológica, ya que mide directamente la infectividad (Bosque & Prusiner,
2000).
Hasta el momento se han encontrado varias sustancias que interfieren con la infección por prion
(Caughey & Race, 1992; Rocchiari et al., 1987; Tagliavini et al., 1997; Caughey & Raymond, 1993;
Farquhar et al., 1999; Montrasio et al., 2000; Supattapone et al., 2001; Soto et al., 2000), pero
ninguna de esas se ha probado clínicamente aún (Collins et al., 2002).
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4. Los priones en la actualidad
Como ya se ha mencionado anteriormente, los priones son patógenos infecciosos que producen
un grupo de enfermedades neurodegenerativas transmisibles en humanos y animales. Hasta el
momento no se ha encontrado una cura en gran parte porque aún no se entiende a profundidad el
mecanismo por el cual se forman y se propagan los priones (Yuan et al., 2013).
Grandes esfuerzos se han hecho desde el descubrimiento de los priones para determinar el
mecanismo por el cual se propagan. En 1994 Priola y colegas descubrieron que moléculas
heterólogas a PrP que varían en tan poca medida como un aminoácido interfieren con la
formación de PrPSc en células de ratón infectadas. Estos autores propusieron tres mecanismos por
los cuales esto puede ocurrir:
1. La interacción entre PrPSc y PrPC desiguales puede disminuir la agregación y la acumulación
de PrPSc ya que esta interacción interfiere en la formación de interacciones entre moléculas
similares.
2. La incorporación de moléculas PrP no-homólogas a agregados de PrPSc puede desestabilizar
estos agregados.
3. Moléculas de PrP exógenas pueden inhibir la interacción del PrP endógeno con ligandos
celulares (Priola et al., 1994).
Diversos estudios han llevado a creer que para la formación de PrPSc es necesario un cofactor al
que han llamado proteína X la cual es específica de especie, pero aunque se ha probado una gran
cantidad de genes que podrían jugar este rol, no se ha podido comprobar su existencia.
Geoghegan y colegas propusieron que moléculas PrP compiten por el sitio de unión de moléculas
PrPSc nuevas y que de esta manera se inhibe la formación de nuevas moléculas PrPSc (Geoghegan
et al., 2009). A partir de esta idea, Yuan y colegas descubrieron que moléculas PrP recombinantes
sin el ancla GPI y sin glucosilar pueden inhibir la amplificación de PrPSc. Este efecto de inhibición es
dependiente de la dosis que se administre y es específica de especie; si se usan moléculas PrP
recombinantes de diferentes especies el efecto se ve reducido, aunque no desaparece del todo
(Yuan et al., 2013).
La mayoría de las moléculas PrPC se encuentran en la superficie celular donde se adhieren a la
bicapa lipídica por medio de un ancla GPI. Estas proteínas también tienen dos cadenas de
oligosacáridos.
Estas moléculas recombinantes son idénticas a PrPC en su secuencia pero no tienen ni el ancla GPI
ni las dos cadenas de oligosacáridos. Estudios recientes indican que no sólo la secuencia de
aminoácidos sino también el ancla GPI y estas cadenas de aminoácidos son esenciales para la
conversión a PrPSc. Aparentemente, estas moléculas recombinantes actúan como inhibidor de esta
conversión adhiriéndose a PrPSc preferentemente, pero no son un buen sustrato para la
conversión, por lo cual la inhiben (Yuan et al., 2013).
Los resultados de estos estudios recientes indican que para que la inhibición ocurra se necesita de
los extremos amino y carbono de la proteína, ya que cuando se estudió el efecto de los
fragmentos de esta proteína recombinante se encontró que, aunque si se adherían a PrPSc, lo
hacían en menor medida y el efecto se veía atenuado (Yuan et al., 2013).
La administración de esta molécula no debería producir una respuesta del sistema inmune dado
que su secuencia de aminoácidos es idéntica a la de la proteína PrPC que se encuentra en el
cerebro (Yuan et al., 2013).
Otros estudios se han encargado de intentar dilucidar la función de la proteína en el organismo;
aunque los esfuerzos han sido extensos hasta el momento no se tiene un resultado certero, pero
se han postulado varias hipótesis.
La primera hipótesis sugiere que PrP tiene una función antiapoptótica en la célula, los resultados
de varios estudios muestran que PrP podría proteger a la célula contra estrés ambiental o interno
que induce a una activación del sistema de apoptosis (Roucou & LeBlanc, 2004; Roucou et al.,
2005).
Uno de los ejemplos más claros que se han estudiado es la capacidad de PrP de proteger células
neuronales fetales de apoptosis inducida por Bax. Bax es un miembro pro-apoptótico de la familia
Bcl-2 que juega un papel importante en las neuronas post-mitóticas del sistema nervioso central
(van Delft & Huang, 2006; Yuan & Yanker, 2000). También se ha encontrado que PrP puede
proteger contra apoptosis inducida por Dpl (Drisaldi et al., 2004; Qin et al., 2006).
Aunque estos estudios muestran que el mecanismo de protección contra ambos factores puede
ser el mismo no se conoce exactamente las vías celulares y moleculares. Es posible que PrP actúe
inhibiendo Bax por medio de interacciones con receptores transmembranales y produciendo una
cascada de señalización que culmine en una alteración de la actividad de Bax (van Delft & Huang,
2006; Danial & Korsmeyer, 2004).
Otro rol que posiblemente juega la proteína en el organismo es el de protección contra estrés
oxidativo (Milhavet & Lehmann, 2002). Tejido cerebral de ratones al que se le ha eliminado el gen
Prnp muestra cambios bioquímicos indicativos de estrés oxidativo tales como incremento en los
niveles de carbonilos de proteína y productos de peroxidación de lípidos (Wong et al., 2001).
Adicional a esto, lesiones cerebrales producidas por hipoxia e isquemia en ratones sin el gen Prnp
fueron mayores en comparación con ratones con el gen (Mc Lennan et al., 2004; Sakurai-
Yamashita et al., 2005; Spudich et al., 2005).
Hay un gran número de estudios que sugieren que PrP puede activar señales transmembranales
que se ocupan de diversas actividades tales como supervivencia neuronal, crecimiento de neuritas
y neurotoxicidad (Westergard et al., 2007).
Jeffrey y colegas sugirieron que PrP podría participar en la estructura, función o mantenimiento de
las sinapsis. Esta hipótesis es consistente con el hecho de que durante la enfermedad por prion se
presentan patologías de la sinapsis (Jeffrey et al., 2000). Se han reportado anomalías
neurobiológicas en ratones a los cuales se les ha removido el gen Prnp que podrían estar
relacionadas con la función y formación de sinapsis, estas incluyen alteración de la organización de
las fibras nerviosas (Colling et al., 1997), alteración en el ritmo circadiano (Tobler et al., 1996) y
alteraciones en el aprendizaje espacial (Criado et al., 2005).
También se ha visto que PrP interactúa con varias proteínas involucradas en adhesión celular
como la laminina, la cual juega un rol importante en la proliferación celular, crecimiento de
neuritas y ayuda a la migración celular. Graner y colegas observaron que la unión de PrP a
laminina promueve el crecimiento de las neuritas en neuronas del hipocampo (Graner et al.,
2000a). La ablación por láser de la proteína en la superficie de las células produjo una retracción
en las neuritas (Graner et al., 2000b). También se ha observado que la expresión de PrP aumenta
la formación de agregados de células del neuroblastoma, aunque los mecanismos por medio de
los cuales esto sucede no se conocen (Mange et al., 2002).
Recientemente se han aumentado los esfuerzos por entender la manera en que la proteína prion
produce las neuropatologías, parece que los priones son capaces de matar células nerviosas por
medio de su habilidad de perturbar las actividades fisiológicas normales de las células. La proteína
puede tener este efecto de tres maneras diferentes: por medio de ganancia de función, pérdida de
función y subversión de función (Harris & True, 2006; Hetz et al., 2003).
Agregados de la proteína pueden bloquear transporte axonal, interferir con la función sináptica o
catalizar vías apoptóticas. También es posible que cuando la proteína cambia su conformación
pierda su función lo cual puede llevar a producir una patología. Otra hipótesis que se ha postulado
es que la interacción de la proteína normal con la proteína prion puede causar la conversión de la
proteína de un transductor neuroprotectivo a un transductor neurotóxico.
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