Microbiologia - i prioni

Storia delle encefalopatie spongiformi

1700: abbiamo notizia della prima forma di encefalopatia spongiforme "SCRAPIE". Si manifesta spontaneamente nelle greggi di pecore o di capre; clinicamente si manifesta attraverso atassia, tremori, cachessia e intenso prurito che induce gli animali a grattarsi.

1936: Cuillé e Chelle dimostrarono la trasmissione della Scaprie ad una capra sana con inoculazione intraoculare di midollo spinale proveniente da una capra affetta dalla patologia. Questo esperimento segnò l'inizio dello studio di una nuova malattia trasmissibile: la Scrapie. La patologia insorgeva dopo un lungo periodo di incubazione in seguito a somministrazione di un agente filtrabile.

1950: Carleton Gajdusek scopre la malattia del "KURU" in seguito allo studio del cannibalismo nella tribù Fore della Nuova Guinea.

1960: Alpar scopre che le radiazioni UV non prevengono lo sviluppo della Scrapie.

1966: Gadjusek induce un'infezione sperimentale dello

scimpanzè con il Kuru dopo ingestione di tessuti cerebrali infetti. 1967: Griffith ipotizza che le encefalopatie spongiformi trasmissibili possono essere dovute a cambiamenti conformazionali delle proteine PrP. La proteina PrP cellulare presenta un determinato folding corretto, che per qualche motivo oggi sconosciuto subisce una modifica, infatti mediante un meccanismo di conversione PrPc si trasforma nella proteina prionica da Scrapie (PrPsc). 1981: Mertz identifica strutture fibrillari nel cervello di topi infettati da Scrapie. 1990: Viene identificato "IL MORBO DELLA MUCCA PAZZA" quale forma di encefalopatia spongiforme ad altissima trasmissibilità. 1997: Prusiner propone un legame tra le varie forme di encefalopatie spongiformi: KURU, CJD, SCRAPIE, BSE. Determinò l'agente infettivo "prione" e lo ritenne responsabile delle manifestazioni istopatologiche presenti nei pazienti affetti da encefalopatie spongiformi. PRIONE = Particella proteica infettiva. Le proteine prioniche.esistono in due forme: - PrPc: normalmente presente nel tessuto cerebrale. - PrPsc: rappresenta la proteina PrPc modificata nella sua struttura. Nelle cellule di mammifero un gene codifica una proteina virtualmente identica a PrPsc: la PrPc. Questa proteina è presente soprattutto a livello del tessuto nervoso. EZIOLOGIA DELLA PATOLOGIA DA PRIONI IPOTESI: la proteina prionica cellulare che è quella normalmente presente, subisce una modifica strutturale trasformandosi nella proteina prionica difettosa. L'accumulo della proteina prionica difettosa a livello cerebrale, dà luogo alla formazione di fibrille amieloidee associate a loro volta in placche amiloidee che provocano la distruzione del tessuto cerebrale e comparsa di sintomatologia clinica. CARATTERISTICHE DELLA PROTEINA PRIONICA: La proteina prionica nella conformazione normale (PrPc) presenta un ripiegamento ad alfa-elica, al contrario nella forma patologica predomina il ripiegamento a beta-sheet. Il cambiamentodalla forma normale a quella patologica riguarda la struttura e non la sequenza aminoacidica. La proteina prionica ha 254 aminoacidi e la prima interamente sequenziata fu quella associata alla patologia della Scrapie. La proteina prionica presenta una struttura ben definita all'estremità C-terminale, una struttura non ben definita all'estremità N-terminale. Diverse ipotesi riguardano le funzioni della proteina prionica: - possibilità di legare il rame (copperbinding protein) - funzione sinaptica - attività enzimatica superossidodismutasica - ruolo diretto nella protezione della cellula da stress ossidativo È una proteina transmembrana glicosilata. Mentre virus e batteri sono sensibili alle radiazioni UV, la scrapie resta inalterata se sottoposta a tali radiazioni. Nella PrPsc sono presenti ampie zone resistenti all'azione delle proteasi. La proteina normale in presenza di proteasi viene da queste digerita, la proteina patologica no. La proteina mutata ha lacapacità di convertire la normale proteina prionica in forma mutata. La mutazione della proteina può verificarsi in due modi: - Una mutazione del gene può essere ereditaria - La proteina mutante può essere trasmessa come agente di un'infezione da un tessuto contenente la proteina mutata. Nei bovini: Morbo della mucca pazza Negli uomini: Creutzfeldt-Jacob. IPOTESI DELLA PATOLOGIA E PATOGENESI La proteina normale ad alfa elica in presenza di una proteina patologica si converte nella forma patologica: la proteina patologica non si replica nell'organismo, ma determina una conversione all'interno del tessuto nervoso: il meccanismo è dunque di conversione e non di replicazione. Una sola proteina patologica converte tutte le proteine normali in patologiche. La proteina prionica PrPsc lega la forma normale di una proteina prionica e la converte. La proteina convertita e quindi patologica lega a sua volta una proteina normale convertendola in un processo chesi ripete e porta alla formazione di fibrille amieloidee che si accumulano e si organizzano in placche amieloidee. Sono questi i segni clinici della malattia a livello del tessuto nervoso e portano alla distruzione del tessuto stesso. Le zone dove è presente una notevole mortalità si presentano all'analisi istologica come dei buchi conferendo al tessuto nervoso l'aspetto di una spugna. Da qui la denominazione di encefalopatie spongiformi. Le patologie da Prioni oggi conosciute sono: - La Creutzefeltd Jacob (CJ) - La Kuru - La Scrapie - La BSE per le quali la diagnosi è post mortem. La conversione della proteina prionica normale in quella mutata può essere: - spontanea ed è presente nelle forme sporadiche o ideopatiche di encefalopatie spongiformi - acquisita ed è tipica delle forme infettive di encefalopatie spongiformi - derivare in seguito a mutazione generando encefalopatia spongiforme ereditaria. Tra le forme sporadiche ricordiamo la BSE e forse la variante.della CJtra le forme acquisite e quindi infettive ricordiamo la Kuru , la Scrapie, la BSE, la variante della CJDtra le forme ereditarie ricordiamo la CJ, la Gerstmann Straussler Scheinker( G S S), l'insonnia familiare fatale.

SCRAPIE

Prima forma di encefalopatia spongiforme conosciuta, lo è da almeno 200 anni. È frequente tra pecore e in misura inferiore tra capre. Tra le sue manifestazioni vi sono: perdita della coordinazione nervosa, intenso prurito. Non è ancora stato dimostrato che l'uomo possa ammalarsi di malattie da prioni alimentandosi con carni di ovini infetti. Tuttavia la MAD COW DESEASE è probabilmente causata dalla digestione da parte di animali di alimenti infetti con scrapie. In seguito all'infezione vi è un periodo di incubazione con la comparsa di attività clinica dopo circa 32 mesi dall'infezione. Inizialmente l'infezione è localizzata solo a livello dell'ileo distale, ciò avviene per 2-

14 mesi e non vi è infettività a livello del tessuto muscolare, latte, sangue, nervi periferici, milza, tessuto linfatico. L'ipotesi d'infezione più comune della BSE è legata all'ingestione di mangimi con concentrati proteici di origine animale e il meccanismo d'infezione è il seguente: quando i bovini vengono alimentati con materiale derivato da ovini infetti, i prioni vengono trasportati dall'intestino al midollo spinale tramite i nervi periferici. In questa sede si accumulano e convertono la PrP cellulare in proteina patogena. Occorrono anni, il tempo di incubazione della BSE è piuttosto lungo, perché i sintomi clinici si manifestino (cioè quando un numero sufficiente di cellule nervose sono state danneggiate). L'importanza della BSE risiede soprattutto nel rischio di una possibile trasmissione animale-uomo della patologia attraverso l'impiego di carni bovine infette. I tessuti considerati ad altorischio nella trasmissione della BSE sono:

• cranio dei bovini
• nervi trigeminali
• cervello
• occhio
• tonsille
• midollo spinale
• ileo distale

MALATTIE DA PRIONI NELL'UOMO:

CJ: può verificarsi nelle:

• forma sporadica nell'85-90% dei casi con l'ipotesi di una possibile conversione spontanea della proteina prionica normale in patologica.
• forma ereditaria nel 10-15% dei casi e compare in seguito a una mutazione del gene che codifica per la proteina prionica.
• forma iatrogena in una percentuale minore del 5% in seguito all'utilizzo di farmaci preparati con materiale infetto o strumenti chirurgici infetti.

GSS: conseguente ad una mutazione è una malattia neurodegenerativa che si manifesta con disordine delle funzioni cerebrali, disorientamento, perdita della capacità di scrittura e di calcolo. Come l'insonnia fatale segue andamento ereditario.

Il KURU: legato a pratiche di cannibalismo è localizzato esclusivamente nella tribù Papua della Nuova Guinea.

incidenza maggiore in donne e bambini a cui venivano riservate le parti poco nobili dei cadaveri (cervello emidollo). Eliminato il cannibalismo il KURU è scomparso.

INSONNIA FAMILIARE FATALE: i soggetti colpiti manifestano una insonnia totale e giungono a morte in breve tempo. I prioni si accumulano a livello del talamo (i pazienti non dormono) e in misura inferiore a livello della corteccia.

La nuova variante della C J: E' dovuta all'uso alimentare di parti di animali infetti da BSE insorge in età meno avanzata rispetto alla C J. In Inghilterra si sono verificati casi di malattie non legate a trasmissione ereditaria, né al trattamento con l'ormone della crescita che veniva estratto da cadaveri).

La scrapie raggiunge l'uomo in modo indiretto attraverso la nuova variante che colpisce i bovini di cui l'uomo si ciba.

Principali differenze tra CJ (forma classica) e nuova variante di CJ:

• formazione di piccole placche di dimensioni

maggiori placcheetà d'infezione 40-80 anni 15-30 anni con un picco intorno ai 20

durata media dell'infezione 4-6 mesi 8-38 mesi

sintomatologia in ordine di comparsa rapida e progressiva ansietà e depressione, demenza, atassia, movimenti involontari, atassia, cecità demenza

decessi confermati per la CJ: 106 non confermati: 41 in attesa di conferma: 1 numero di pazienti della CJ ancora in vita: 5

Altre forme di encefalopatie spongiformi riguardano:

• felini domestici ed esotici (FSE). I gatti infettati in laboratorio non sono suscettibili alla scrapie, ma lo sono alla FSE (BSE)
• cervi con degenerazione progressiva

La prevenzione deve tener conto della trasmissibilità orizzontale e salto di specie. La trasmissibilità si è verificata nella scrapie da pecore e capre, nel Kuru umano. È possibile il verificarsi del salto di specie se nell'animale della specie ricevente sono presenti geni che codificano per