PRIONI: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, BOLI - BIOLOGIE

Cele Prionii sunt proteine fără genom de acid nucleic sau care acționează ca agenți infecțioși. Termenul "prion" înseamnă particule infecțioase proteinece (din engleză Proteinaceous Infectious Particles) și a fost inventat de neurologul și câștigătorul premiului Nobel, Stanley B. Prusiner.

În 1982, Prusiner și colegii săi au identificat o particulă de proteine infecțioase în timp ce studiau cauzele bolilor Creutzfeldt-Jakob (la oameni) și encefalopatie spongiformă bovină.

Reziduuri de proteine prionice bovine. Preluat și editat din: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. și RCSB, prin Wikimedia Commons

Acești agenți infecțioși rari se găsesc în membrana celulelor normale, doar ca proteine pliate greșit și / sau cu o structură anormală tridimensională. Aceste proteine sunt responsabile de boli degenerative multiple și de mortalitate foarte mare care afectează țesuturile neuronale și structura creierului.

Se mai numesc și boli prionice. Printre cele mai importante care afectează oamenii avem kuru, boala Gerstmann-Sträussler-Scheinker, sindromul Creutzfeldt-Jakob și insomnie familială fatală.

Caracteristici generale

Prionii sunt structuri proteice prezente în membranele celulare. Aceste proteine au o formă modificată sau conformație.

În ceea ce privește înmulțirea ei, se realizează prin conversia formelor, ca în cazul bolii scrapie. În această boală, prionii recrutează PrP (C) (proteine prionice de conformare nealterată) pentru a stimula conversia la izoforma PrP (Sc).

Aceasta generează o reacție în lanț care răspândește materialul infecțios și, prin urmare, permite irigarea bolii. Modul în care se produce acest proces de conversie este încă necunoscut.

Aceste proteine neobișnuite capabile să se propage nu au acizi nucleici. O dovadă în acest sens este că sunt rezistente la razele X și la radiațiile ultraviolete. Acești agenți descompun ușor acizii nucleici.

Proteinele prionice, din care sunt compuse prionele (PrP), se găsesc în tot corpul, nu numai la om, ci și la alte vertebrate sănătoase. Aceste proteine sunt, în general, rezistente la proteaze (enzime care catalizează proteinele).

Se știe foarte puțin despre utilitatea proteinelor prionice (C), forma normală a proteinei neinfecțioase din corpul uman.

Cu toate acestea, unii cercetători au reușit să arate că, la șoareci, aceste proteine activează repararea mielinei în celulele sistemului nervos periferic. Lipsa acestora s-a dovedit, de asemenea, că determină demielinizarea unor astfel de celule nervoase.

structuri

Cunoașterea despre structura prionilor se află în principal în investigațiile efectuate în bacteria Escherichia coli.

Studiile au arătat că polipeptidele din lanțul PrP (C) (normal) și PrP (Sc) (infecțioase) sunt identice în compoziția aminoacizilor, dar diferă prin conformația lor 3D și plierea lor.

PrP (C)

Acești prioni neinfecțioși au 209 aminoacizi la om. Au o legătură disulfură. Structura sa este alfa-elicoidală, ceea ce înseamnă că are aminoacizi în formă de spirală (alfa-elicele) și puține catene plate de aminoacizi (foi beta).

Această proteină nu poate fi separată prin centrifugare, ceea ce implică faptul că nu este sedimentabilă. Este digerat cu ușurință de serin proteaza cu spectru larg numită proteina K.

PrP (Sc)

Este o proteină infecțioasă care transformă PrP (C) în izoforme PrP (Sc) infecțioase și cu o configurație sau formă anormală.

Se știe foarte puțin despre structura sa 3D, dar se știe că are puține forme elicoidale și mai multe șuvițe plate sau foi beta. Trecerea la izoformă este ceea ce este cunoscut sub numele de evenimentul pivot al bolilor prionice.

Caracteristici

Proteinele prionice celulare sunt localizate pe suprafața celulară a unei mari varietăți de organe și țesuturi. Se știe foarte puțin despre funcțiile fiziologice ale prionilor din organism. Chiar și așa, experimentele efectuate la șoareci indică funcții posibile, precum:

Cu receptorii metabotropi ai glutamatului

S-a demonstrat că PrP (C) acționează cu receptorii de glutamat (ionotropi și metabotropi). PrP (C) participă ca receptor pentru oligomerii sinaptotoxici ai peptidei Ap a suprafeței celulare.

În dezvoltarea embrionară

La șoarecii din familia Murinae, s-a constatat că proteinele prionice PrP (C) sunt exprimate în câteva zile după implantare, în dezvoltarea embrionară.

Acest lucru indică faptul că acestea joacă un rol în timpul dezvoltării acestor mici mamifere. Rolul care, potrivit cercetătorilor, este legat de reglarea neuritogenezei (producția de axoni și dendritele neuronilor).

De asemenea, acționează asupra creșterii axonale. Aceste proteine prionice sunt chiar implicate în dezvoltarea circuitului cerebelos. Din această cauză, se crede că absența acestor prioni PrP (C) duce la întârzierea dezvoltării motorii a rozătoarelor.

neuroprotector

În studiile asupra supraexpresiei PrP (C) prin orientare genică, s-a constatat că absența acestor prioni provoacă probleme cu alimentarea cu sânge în unele locuri ale creierului (ischemie cerebrală acută).

Aceasta înseamnă că proteinele prionice funcționează ca neuroprotectoare. În plus, s-a demonstrat că supraexpresia PrP (C) poate reduce sau îmbunătăți leziunile cauzate de ischemie.

Sistem nervos periferic

Recent a fost descoperit rolul fiziologic al Prp (C) în menținerea mielinei periferice.

În timpul unui studiu de laborator, s-a descoperit că, în absența proteinei prionice, șoarecii de laborator au dezvoltat deficiențe la nivelul nervilor care transportă informații din creier și măduva spinării, în ceea ce se numește neuropatie periferică.

Moartea celulară

Există unele proteine care sunt similare cu prionii, iar acestea sunt localizate în alte părți ale corpului decât creierul.

Funcțiile acestor proteine sunt inițierea, reglarea și / sau controlul morții celulare, atunci când organismul este atacat (de exemplu vironi), prevenind astfel răspândirea agentului patogen.

Această funcție particulară a acestor proteine îi face pe cercetători să se gândească la posibila importanță a prionilor neinfecțioși în lupta împotriva agenților patogeni.

Memorie pe termen lung

Un studiu realizat la Stowers Institute din Missouri, SUA, a arătat că prionii PrP pot juca un rol în menținerea memoriei pe termen lung.

Studiul a relevat că anumite proteine prionice pot fi controlate pentru a lucra în menținerea funcțiilor fiziologice ale memoriei pe termen lung.

Reînnoirea celulelor stem

O investigație asupra proteinelor prionice care sunt exprimate în celulele stem ale țesutului sanguin a relevat că toate aceste celule stem (hematopoietice) exprimă proteine prionice în membrana lor celulară. Deci se crede că aceștia participă la procesul complex și foarte important de reînnoire a celulelor.

Boli cauzate de prioni

Patologiile de origine prionică sunt recunoscute ca tulburări progresive ale creierului degenerative. Aceștia pot ataca vite, căprioare, caribu, oi și chiar oameni.

Aceste boli sunt cauzate de o modificare a structurii proteinelor PrP (C) și ale căror funcții specifice sunt încă incerte astăzi. Patologiile prionice pot apărea fără o cauză cunoscută. Pot avea o origine genetică moștenită și pot fi transmise și într-un mod infecțio-contagios.

Prionii provoacă boli familiale, sporadice și contagioase. Bolile prionice familiale sunt cele ereditare. Patologiile sporadice sunt cele mai frecvente și apar fără cauze cunoscute.

Bolile contagioase sunt considerate rare, sunt transmise de la persoană la persoană, de la animal la animal, de la persoană la animal și invers. Cauzele sunt multiple și variază de la consumul de carne contaminată, canibalism, transfuzii, până la manipularea echipamentului chirurgical contaminat.

Cele mai frecvente boli prionice sunt:

Boala Creutzfeldt-Jakob (CJD)

Considerată cea mai frecventă boală prionică în rândul ființelor umane, este o boală cosmopolită, adică are o distribuție la nivel mondial. Poate fi ereditară (familială), sporadică sau infecțioasă.

Pacienții sunt prezentați cu simptome precum demența, smucituri sau mișcări bruște involuntare și deficite în sistemul nervos central.

În funcție de tratamentul și forma bolii, moartea poate să apară între 4 luni până la 2 ani de la dobândirea bolii. Diagnosticul este dificil de făcut, de obicei se face post-mortem, în timpul autopsiei.

Fotomicrografie ușoară a țesutului creierului care relevă prezența plăcilor amiloide tipice găsite într-un caz variant al bolii Creutzfeldt-Jakob. Preluat și editat din: Furnizori de conținut: CDC / Teresa Hammett Credit foto: Sherif Zaki; MD; PhD; Wun-Ju Shieh; MD; PhD; MPH, prin Wikimedia Commons

Boala Gerstmann-Sträussler-Scheinker

Este o boală cauzată de prioni într-un proces cerebral infecțios dominant sau autosomal dominant. Boala se manifestă la persoanele între 40 și 60 de ani.

Aceste persoane manifestă probleme cu articularea cuvintelor (disartriei), tresăriri sau mișcări bruște involuntare, agresivitatea fiind frecventă.

Se prezintă cu degenerare cerebeloasă însoțită de o mers nesigură. De asemenea, este posibil să se observe hiporeflexie, surditate, paralizie privitoare, demență, printre alte simptome. Speranța de viață este de aproximativ 5 ani sau ceva mai lungă.

Prionopatie cu sensibilitate variabilă la protează

Este o boală foarte rară, în sensul că intervalul ei de apariție este de 2 până la 3 cazuri la 100 de milioane de locuitori. Patologia este similară cu boala Gerstmann-Sträussler-Scheinker.

Manifestările clinice ale proteinei indică o rezistență scăzută la proteaze, unele sunt mai multe și altele mai puțin sensibile la aceste enzime.

Simptomele pe care le prezintă pacienții sunt: probleme cu tulburări de vorbire și cognitive, pierderea neuronilor în zona în care creierul controlează mișcările și efectuează coordonarea musculară.

Boala este frecventă la pacienții vârstnici (70 de ani), iar durata de viață estimată odată infectată este de aproximativ 20 de luni.

Insomnie fatala

Este o boală ereditară sau familială, ea poate apărea sporadic. Boala se știe că se datorează unei mutații dominante ereditare sau autosomale.

Pacienții prezintă simptome, cum ar fi probleme cumulative de somn și menținerea somnului, demență, tulburări cognitive, chiar probleme de hipertensiune, tahicardie, hiperhidroză și altele.

Vârsta pe care o afectează este destul de largă, cuprinsă între 23 și 73 de ani, cu toate că vârsta medie este de 40 de ani. Durata de viață odată infectată este puțin peste 6 ani.

Kuru

Această boală prionică a fost detectată doar la locuitorii din Papua Noua Guinee. Este o boală legată de canibalism și tradiția culturală a ritului de doliu al morților, unde acești oameni mănâncă creier sau carne umană.

Persoanele care poartă boala au de obicei mișcări incontrolabile și involuntare în diferite părți ale corpului.

Prezintă tremor, pierderea controlului mișcărilor și pierderea coordonării musculare. Speranța de viață la persoanele infectate este de doi ani.

Boli la animale

Printre patologiile produse de prioni la animale este encefalopatia spongiformă bovină. Această boală a provocat rău în Europa, în sănătatea publică, în cea a animalelor și în economia țărilor afectate.

Alte boli la animale includ scrapie, encefalopatie de nurcă transmisibilă, boala de risipă cronică (cerbi) și encefalopatie spongiformă felină.

Aceste boli, ca și cele prezentate la oameni, nu au un tratament eficient, astfel încât prevenirea este esențială mai ales după infecțiile la om care au apărut ca urmare a consumului de carne de la vacile infectate.

tratamente

Până în prezent, nu există un remediu cunoscut pentru bolile prionice. Tratamentul este simptomatic. Pacienților li se recomandă să planifice pentru îngrijirea paliativă și se recomandă testarea genetică și consilierea pentru membrii familiei.

O mare varietate de medicamente au fost testate la pacienții cu boli prionice, cum ar fi antivirale, antitumori, medicamente pentru boli precum Parkinson, tratamente pentru imunosupresie, antibiotice, antifungice, chiar și antidepresive.

Cu toate acestea, în prezent nu există dovezi care să indice că unele dintre acestea reduc simptomele sau îmbunătățesc supraviețuirea pacienților.

profilaxie

Prionii sunt rezistenți la o varietate de modificări fizice și chimice. Cu toate acestea, sunt folosite diferite tehnici pentru a evita contaminarea pacienților cu instrumente chirurgicale contaminate.

Printre cele mai utilizate tehnici este sterilizarea echipamentului într-o autoclavă la 132 ° C timp de o oră și apoi scufundarea instrumentelor în hidroxid de sodiu timp de cel puțin o oră.

Pe de altă parte, organizația mondială a sănătății (OMS) a dezvoltat măsuri pentru prevenirea răspândirii bolilor prionice. Această organizație stabilește regulamente pentru manipularea țesuturilor interzise sau potențial riscante, cum ar fi: ochii, creierul, intestinul, amigdalele și măduva spinării.

Referințe

Prion, agent infecțios. Recuperat de pe britannica.com.
Ce este un prion? Recuperat de la scientamerican.com.
PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Prioni - particule infecțioase proteice. Jurnal, Academia Indiană de Medicină Clinică.
Prion. Recuperat de pe en.wikipedia.org
KM Pan, M. Baldwin, J. Nguyen, M. Gasset, A. Șerban, D. Groth, I. Mehlhorn, Z. Huang, RJ Fletterick, FE Cohen (1993). Conversia alfa-elicelor în foaie beta caracteristici în formarea proteinelor prion scrapie. Lucrări ale Academiei Naționale de Științe din Statele Unite ale Americii.
M.-A. Wulf, A. Senatore & A. Aguzzic (2017). Funcția biologică a proteinei prionice celulare: o actualizare. Biologie BCM.
CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Proteina prionică este exprimată pe celulele stem hematopoietice de repopulare pe termen lung și este importantă pentru autoînnoirea lor. Lucrări ale Academiei Naționale de Științe din Statele Unite ale Americii.
Revizuirea bolilor prionice (encefalopatii spongiforme transmisibile) preluată de pe msdmanuals.com.
E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Redondo, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010). Prionpatii: encefalopatii prionice. Medicina de familie. SEMERGEN.

PRIONI: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII, BOLI - BIOLOGIE - 2025