Microbiologia - prioni

Microbiologia (21/11/2006) professoressa Galdiero Alessio

Ventunesima lezione: "I prioni"

La lezione di oggi sarà sui prioni. Che cosa si intende con il termine prione: il termine prione fu coniato da Prusiner per indicare degli agenti patogeni di natura esclusivamente proteica ma provvisti di proprietà infettanti; agenti quindi responsabili di una serie di encefalopatie degenerative dell'uomo e di altri animali. Questa è la definizione che diede Prusiner, premio Nobel per la Medicina.

Storia

Nella lezione di oggi vediamo la storia delle encefalopatie spongiformi, l'eziologia delle patologie da prioni, la patogenesi delle patologie da prioni, le encefalopatie spongiformi come malattie, la diagnosi e la terapia. Parliamo dunque di qualche cenno storico:

• Nel 1700 la prima encefalopatia spongiforme conosciuta fu definita scrapie, si manifesta spontaneamente negli greggi di pecore o capre e di lì è descritta nel 1700 questa prima forma di encefalopatia spongiforme. Lo scrapie si manifestava clinicamente con atassia, tremori, cachessia e nella maggior parte dei casi con un intenso prurito che induceva gli animali a grattarsi contro ogni cosa, da qui in inglese la denominazione proprio di scrapie; nell'immagine vedete appunto una capra intenta a grattarsi contro una staccionata.
• Nel 1936 Cuillé Chelle dimostrarono la trasmissione della scrapie ad una capra sana con l'inoculazione intraoculare di midollo spinale proveniente da una capra affetta dalla patologia. Questa è la prima indicazione di un esperimento condotto su di una capra sana con materiale proveniente da una capra infetta. Quindi incominciamo a parlare di trasmissibilità della malattia.

Domanda: "Professoressa, la cachessia che cosa è?"

Risposta: Dimagrimento; cachessico è anche il malato di tumore terminale che assume quell'aspetto.

La trasmissibilità dello scrapie: come vi ho detto in questo modo si vide che la patologia insorgeva dopo un lungo periodo di incubazione in seguito alla somministrazione di quello che fu definito all'epoca un "agente filtrabile", non si trattava quindi di un batterio secondo le metodologie diagnostiche dell'epoca che erano come quelle che abbiamo già visto quando abbiamo fatto i cenni storici sui virus; i materiali infetti venivano filtrati, diverse membrane, diverse procedure e qui sulla membrana rimanevano come al solito i batteri che poi potevamo mettere in coltura ed evidenziare le loro diverse morfologie. Invece quando si andava a procedere con questi primi metodi diagnostici per trovare questa sostanza si vedeva che ciò che passava al di là della membrana era ancora infettivo, conservava un potere infettante, per cui fu definito agente filtrabile. La descrizione dello scrapie apre un nuovo capitolo sullo studio delle malattie trasmissibili.

• Nel 1950 Ghedusek studiò le cerimonie cannibalistiche della tribù Fore della Nuova Guinea e scoprì la malattia del kuru. Infatti, nell'immagine vedete Ghedusek nel 1957 accanto ad un bambino affetto dal morbo del kuru. Ancora nel 1960 altra scoperta di fondamentale importanza per definire quest'agente filtrabile tutti questi esperimenti, questi primi approcci sono stati utili per definire quello che attualmente conosciamo sui prioni.
• Nel 1960 Alberts dimostrò che le radiazioni ultraviolette non prevengono lo sviluppo della scrapie.
• Nel 1966 Ghedusek e questo fu un esperimento di fondamentale importanza che dette questa svolta allo studio della malattia del morbo del kuru. Indusse un'infezione sperimentale in uno scimpanzé sano dopo ingestione di tessuti cerebrali infetti. Quindi siamo passati ad un primo esperimento nel 1966 dall'uomo all'animale. Il potere infettante era resistente a molti metodi convenzionali in grado di inattivare gli acidi nucleici ma parzialmente sensibile a metodi capaci di denaturare le proteine per cui si arrivò alla conclusione sconvolgente che l'inafferabile agente infettante delle encefalopatie spongiformi è di natura proteica ma sprovvisto di genoma e che la sua replicazione non segue le vie conosciute dei microrganismi già identificati.

Queste sono definizioni di fondamentale importanza per capire la malattia da prioni e quindi riassumiamoli ancora una volta: si tratta di sostanze, l'abbiamo definito agente filtrabile, o inafferrabile agente infettante che non ha acido nucleico di conseguenza non è sensibile ai metodi capaci di inattivare gli acidi nucleici ma sensibile a quelli in grado di denaturare le proteine. Inoltre, essendo sprovvisto di genoma la sua replicazione, la sua diffusione non avviene secondo le vie conosciute per i microrganismi già identificati. Quindi il meccanismo di replicazione non è uguale a quello degli altri microrganismi.

• Vediamo come avviene, quali dunque le ipotesi: l'ipotesi del 1977 di Griffith è che le encefalopatie spongiformi trasmissibili possano essere dovute a cambiamenti nella conformazione delle proteine. Quindi noi abbiamo una proteina Prp cellulare che presenta un determinato folding; si parla di folding corretto cioè sequenza amminoacidica che assume una determinata struttura, se questa struttura viene modificata, si modifica e non sappiamo per quale motivo, questo non lo conosciamo abbiamo un folding difettoso. A questo punto la proteina PrP cellulare si trasforma in PrPsc. Il meccanismo che sta alla base della formazione di questa PrPsc è probabilmente un meccanismo di conversione; dalla forma PrP cellulare alla forma PrPsc; quindi un cambiamento nella struttura conformazionale della stessa proteina.
• Ancora nel 1981 Mertz identificò delle strutture fibrillari nei cervelli di topi infettati con scrapie. Queste strutture fibrillari furono la prima identificazione di una lesione riportata a livello anatomico nel cervello dei topi infettati sperimentalmente con scrapie. Ancora nel 199 una nuova malattia conosciuta con il nome di morbo della mucca pazza è stata identificata nell'ambito delle encefalopatie spongiformi ad elevatissima trasmissibilità.
• Nel 1997, da tutto questo che abbiamo visto finora furono tratte delle conclusioni, diciamo che ulteriori esperimenti furono condotti da Prusiner che propose quindi un legame tra il kuru, la Creutzfeldt-Jakob disease, la scrapie e la BSE (encefalopatia spongiforme bovina), determinò l'agente infettivo e lo definì prione e lo ritenne responsabile delle manifestazioni istopatologiche dei pazienti affetti da encefalopatie spongiformi. Definizione di prione che diede fu che era una particella proteica infettiva. Le proteine prioniche esistono in 2 forme: PrPc (cellulare) e modificata PrPsc. Abbiamo visto prima di tutta l'evoluzione storica di come si è giunti poi agli più attuale nel 1997 con Prusiner a dedurre, a concludere, con i suoi studi definendo il prione come una particella proteica infettiva.

Eziologie delle patologie prioniche

Abbiamo visto la storia delle encefalopatie spongiformi, adesso vediamo l'eziologia delle patologie da prione. Com'è iniziata la malattia prionica, l'ipotesi come abbiamo accennato inizialmente era appunto che una proteina PrP cellulare si modifica con un cambiamento conformazionale pertanto dà luogo ad una proteina PrPsc, questa proteina (PrPsc) si accumula a livello del tessuto cerebrale dando luogo a delle fibrille che si uniscono fra di loro portando alla formazione di placche amiloidee, questo a livello del tessuto cerebrale e che rappresenta la lesione anatomopatologica che si riscontra nei soggetti affetti da encefalopatia spongiforme. La presenza di placche amiloidee determina la formazione a livello del tessuto cerebrale di vacuoli di degenerazione della massa cerebrale e da qui la comparsa nella sintomatologia clinica. Quindi questa proteina PrP cellulare si modifica, modifica la sua struttura, in proteina PrPsc; questa si accumula prima in piccole quantità formando le fibrille, dopodiché queste fibrille si uniscono fra di loro formando la placca che determina una degenerazione del tessuto cerebrale che consiste nella formazione di vacuoli, nella scomparsa di materia cerebrale con comparsa della sintomatologia clinica che è quella che noi poi evidenziamo e ci accorgiamo della patologia. Tutto quello che avviene prima noi non lo possiamo sapere se un paziente presenta una proteina prionica e fintanto che tutta l'evoluzione della malattia è latente noi non ce ne accorgiamo; alla comparsa della sintomatologia clinica a livello anatomopatologico noi osserviamo delle zone vacuolizzate pertanto poi la denominazione di encefalopatie spongiformi.

Qui vedete raffigurate le due proteine perché dobbiamo chiarire bene il concetto che si tratta della stessa proteina. Quindi è la stessa proteina che presenta queste due strutture: una struttura per così dire normale, una conformazione normale PrP cellulare ad alfa elica ed una conformazione patologica detta anche beta sheet denominata proteina PrPsc. Stiamo parlando della stessa proteina, non è una proteina diversa, non è quindi un agente infettivo che arriva dall'esterno ma è la stessa proteina che modifica la sua struttura.

Caratteristiche

Quali sono le caratteristiche di questa proteina prionica (PrP): si tratta di una proteina di 254 amminoacidi, la prima proteina interamente sequenziata fu quella associata al morbo dello scrapie pertanto la denominazione PrPsc (ma è stata ritrovata in tutte le encefalopatie spongiformi). Le cellule dei mammiferi contengono un gene che codifica una proteina sequenzialmente identica a PrPsc denominata PrP cellulare. La PrP cellulare è presente in tessuti normali e in particolare nel tessuto nervoso.

C'è un gene che codifica per la stessa proteina che è uguale a questa proteina PrPsc e che è la PrP cellulare; questa si trova normalmente presente in tutti gli uomini. Perché improvvisamente cambi di conformazione queste sono un po' delle ipotesi che adesso vedremo però non si sa niente di preciso, non si sa neanche la funzione reale di questa proteina e perché sia presente; si conoscono i distretti dove si trova maggiormente: a livello del tessuto cerebrale nervoso.