Priones: la causa de la enfermedad de las vacas locas. - UAM-I

Priones: la causa de la enfermedad de las vacas locas.
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H ¶e c t o r S e r r a n o 1 y Ma . D o lo r e s Ga r c ¶ ³a -S u ¶a r e z 2
D e p t o . d e Cie n c ia s d e la S a lu d y 2B io lo g ¶ ³a . D ivis i¶o n CB S , U A M-I .
e -m a il: h e c t o r s e r r a n o @h o t m a il.c o m
Introducci¶
on
El desarrollo de una enfermedad est¶a asociado a
un mal funcionamiento de un ¶organo, un grupo de
c¶elulas o a la p¶erdida o disminuci¶on de una funci¶
on espec¶³¯ca que se re°eja en la alteraci¶on de la homeostasis que debe mantener el organismo. Si tomamos por ejemplo lo que sucede en la diabetes, es ampliamente conocido que estamos ante la p¶erdida de
la funci¶
on de las c¶elulas ¯, que forman los islotes de
Langerhans del p¶ancreas, que son incapaces de sintetizar y/o secretar la hormona insulina con lo que se
impide la posibilidad de que las c¶elulas del organismo puedan tomar la glucosa transportada en el torrente sangu¶³neo.
que si la unidad patol¶
ogica es la c¶elula, cuando un virus altera su funcionamiento, sus funciones an¶omalas
puedan producir desde un simple resfr¶³o hasta el
desarrollo de una enfermedad como el SIDA en el
humano.
Las preguntas que surgen entonces son >qu¶e tan
fr¶
agil es el estado de salud de nuestras c¶elulas? >es
posible que sin alterar la funci¶
on de la c¶elula ni
inducir mutaciones en ella se pueda desencadenar
una patolog¶³a?, >podr¶³a hablarse de factores epigen¶eticos que expliquen el funcionamiento anormal
de una c¶elula?. Estas interrogantes pueden englobarse en una palabra simple: priones o prote¶³nas infecciosas, causantes de enfermedades neurodegenerativas como el s¶³ndrome de Creutzfeldt-Jakob o el Kuru en humanos o el scrapie de las ovejas o la enfermedad de las vacas locas.
En la ¯brosis qu¶³stica, las c¶elulas de los alv¶eolos
pulmonares no pueden producir una prote¶³na que
en su membrana funciona como un transportador
espec¶³¯co de cloruro, por lo que las cavidades se
empiezan a llenar de moco y, eventualmente, as¯xiar al individuo. Estos ejemplos simples tienen
en com¶
un el hecho de que la prote¶³na responsable deja de ser producida o no puede abandonar la
c¶elula que la produce para poder llevar a cabo su
funci¶
on.
Patolog¶³as causadas por priones en
mam¶³feros
Relativo a las enfermedades presentes en poblaciones
humanas, a principios de la d¶ecada de los a~
nos 60, se
encontr¶
o una enfermedad extra~
na en los abor¶³genes
de Nueva Guinea, caracterizada por un debilitamiento muscular extremo, cuyo origen no pod¶³a asociarse con alg¶
un agente infeccioso cl¶
asico como una bacteria o un virus. Los estudios epidemiol¶
ogicos demostraron una asociaci¶
on clara entre la aparici¶on de
casos de Kuru con las pr¶
acticas antropof¶
agicas ceremoniales de los nativos, principalmente con la ingesta de tejido cerebral.
La informaci¶on necesaria para que la c¶elula lleve
a cabo la s¶³ntesis, transporte y facilitaci¶
on de la
funci¶
on se encuentra en el material gen¶etico de la
c¶elula. Si esta informaci¶on sufre de alguna modi¯caci¶
on, la prote¶³na puede ser alterada de tal forma que no sea funcional. A este tipo de cambios
se le denomina mutaci¶on y est¶a ampliamente aceptado el hecho de que una mutaci¶on implica el cambio en la secuencia que codi¯ca para la prote¶³na (Serrano y Garc¶³a-Su¶arez, 2001).
Dado que no se pod¶³a aislar un agente pat¶ogeno,
aunque los pacientes respond¶³an positivamente al
tratamiento con f¶
armacos antivirales, se le adjudic¶
o el elegante sobrenombre de \enfermedad causada por virus no convencionales o de lento desarrollo". En el an¶
alisis de los afectados, se mostraba una marcada alteraci¶
on de la estructura cerebral, caracterizada por la presencia de zonas huecas que le daban la apariencia de esponja por lo
Una de las de¯niciones m¶as utilizadas de lo que es
c¶elula es \la unidad funcional, estructural, reproductiva y patol¶ogica que forma un organismo" (Alberts y colaboradores, 1994), tratando de implicar
que el funcionamiento del organismo depende del estado en que se encuentren sus c¶elulas. Es l¶ogico pues
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que se describi¶o como \encefalopat¶³a espongiforme
transmisible".
A esta enfermedad de origen desconocido se le aunaron otras encefalopat¶³as con signos cl¶³nicos diferentes. Una de ellas se caracterizaba por incluir individuos de edad avanzada, que sufr¶³an un deterioro
paulatino de sus facultades con una progresi¶
on lenta, pero que al igual que el Kuru, tambi¶en afectaba sus capacidades ambulatorias. Al hacer un estudio al microscopio, era evidente la presencia de grandes placas proteicas en el tejido cerebral. A esta enfermedad se le denomin¶o \S¶³ndrome de CreutzfeldtJakob" (SCJ). Junto con el Kuru, es el tipo de encefalopat¶³a no asociada a un pat¶ogeno de tipo viral cl¶
asico que afecta al humano y, aunque no son
las u
¶nicas, son las m¶as estudiadas (Hsiao y colaboradores, 1989)
En el ganado, se presentan manifestaciones similares
tanto en bovinos como en ovinos. En el caso de las
ovejas, el grado de afecci¶on llega al extremo de que
para poder mantenerse erguidos los animales, deben
recargarse en las cercas y dan la apariencia de que
se est¶
an restregando contra ellas, por lo que a esta
conducta se le denomina en ingl¶es \scrapie".
En el ganado vacuno, esta alteraci¶on motora hace
que los animales pierdan el equilibrio y caigan estrepitosamente de manera repentina, por lo que se le denomina conducta de \vaca loca". Al igual que en su
contraparte humana, tanto en el scrapie como en
las vacas locas, el sistema nervioso central presenta grandes dep¶
ositos de prote¶³nas que hacen aumentar el volumen de zonas carentes de neuronas, por lo
que la p¶erdida de tejido cerebral presenta el aspecto de esponja.
Si este tipo de encefalopat¶³as no presentaba un agente causal t¶³pico, la pregunta obvia se relaciona con
la b¶
usqueda del agente causal. Otra interrogante es
que si todas ellas est¶an relacionadas y, en el caso de
que as¶³ sea, podr¶³an transmitirse del ganado al humano como ocurre en otras enfermedades. >Por qu¶e
v¶³a podr¶³a llevarse a cabo?, >c¶omo se afectar¶³a la funci¶
on celular?, >tendr¶³a un efecto a nivel del material gen¶etico?. En este ensayo, tratamos de transmitir lo que se sabe en estos aspectos b¶asicos.
La caracterizaci¶
on del agente causal del
scrapie
Diseminaci¶
on de la enfermedad
Un accidente desafortunado en Inglaterra fue el causante de la diseminaci¶on de la enfermedad en los re-
ContactoS 44, 15{24 (2002)
ba~
nos de ovejas. Al preparar una vacuna en contra
del virus de la poliomielitis ovina, en la cual era necesario hacer la propagaci¶
on del virus en tejido cerebral de ovinos, a¶
un despu¶es de que se hab¶³a \inactivado" al virus, la inoculaci¶
on del extracto cerebral
trajo como resultado uno de los episodios tr¶
agicos
para la ganader¶³a brit¶
anica pues casi todo el ganado inoculado desarroll¶
o posteriormente la conducta de \scrapie" y tuvo que ser sacri¯cado como medida preventiva.
Para 1967, se hab¶³an hecho avances signi¯cativos en
el estudio de las encefalopat¶³as transmisibles (ET)
principalmente mediante el desarrollo de metodolog¶³as que permit¶³an su evaluaci¶
on. Una de ellas
implicaba el uso de lotes de ratones de cepas espec¶³¯cas que eran capaces de sufrir diferentes grados de afecci¶
on e incluso desarrollar una miastenia
extrema. Con estas herramientas se trat¶
o de investigar las propiedades del agente causal del scrapie.
Sin embargo, y a diferencia de lo que hab¶³a ocurrido con las de otros agentes infecciosos, las propiedades del scrapie eran bastante alejadas del comportamiento conocido.
>Virus o prote¶³na? Relaci¶
on con el dogma
central de la biolog¶³a molecular
Si fuera un virus con un polinucle¶
otido como material gen¶etico, los tratamientos f¶³sicos como la luz
ultravioleta reducir¶³a su poder infeccioso al inducir
cambios en la secuencia de nucle¶
otidos de su genoma; al tratarlo con enzimas que degradan ya sea al
ADN o al ARN, su infectividad tambi¶en deber¶³a reducirse. Desafortunadamente, estos tratamientos no
lo hac¶³a con el scrapie (Robertson y colaboradores,
1985).
El estudio de Gibbons y Hunter (1967) brind¶
o la
oportunidad de evaluar cuatro hip¶
otesis para explicar la naturaleza del agente causal del scrapie. La
primera y m¶
as obvia era que su naturaleza fuese similar a la de un virus, dado que mostraba una especi¯cidad hacia el tejido del sistema nervioso, como el del virus del herpes. Sin embargo, debido a
la resistencia al tratamiento con luz ultravioleta, esta hip¶
otesis es poco posible, a menos que se propusiera un sistema de reparaci¶
on de los da~
nos inducidos por la luz uv fuese extremadamente e¯ciente o que la secuencia del ADN o ARN fuese tan simple, que a¶
un en las porciones de prote¶³na se mantuvieran pocas secuencias que podr¶³an eventualmente reconstituir al agente infeccioso.
Priones: la causa de la enfermedad de las vacas locas. H¶ector Serrano y Ma. Dolores Garc¶³a-Su¶
arez.
Una segunda hip¶otesis es que el agente sea un polisac¶
arido. Esta hip¶otesis concordar¶³a con algunos
de los resultados experimentales, principalmente con
aquellos que implican el tratamiento con DNasas,
RNasas y proteasas, pues estas enzimas no despolimerizar¶³an un oligosac¶arido o un polisac¶arido. Sin
embargo, esto traer¶³a un problema conceptual, pues
entonces la pregunta subyacente tiene relaci¶
on con
la capacidad de alterar la funci¶on de la c¶elula, a¶
un
cuando se desarrolle por periodos extremadamente
largos que permitir¶³an que las enzimas hidrol¶³ticas
de la c¶elula utilizara al oligo- o polisac¶arido como
substrato. Por otro lado, el tratamiento con peryodato disminuye el t¶³tulo infectivo del extracto. Este tratamiento indica claramente que el agente infeccioso debe contener oligosac¶aridos o estar estrechamente asociado a ¶estos.
Uno de los problemas metodol¶ogicos para poder
aislar el agente infeccioso dio lugar a la tercera
hip¶
otesis. Cuando se toma una muestra de tejido
y se homogeneiza, es posible separar a los constituyentes celulares utilizando una centr¶³fuga y un medio de viscosidad adecuado, proceso al cual se le denomina fraccionamiento celular y del cual se obtienen cuatro fracciones: nuclear, mitocondrial, microsomal y soluble. Cuando se prob¶o el poder infectivo de las fracciones, los ratones sometidos al bioensayo desarrollaron el grado de enfermedad caracter¶³stico de la cepa cuando se les trata con la fracci¶
on
mitocondrial y microsomal. Aparentemente, la presencia de membranas permite el desarrollo de la enfermedad, por lo que una posibilidad es que se trate de alg¶
un tipo de mol¶ecula asociada a ellas.
De acuerdo a la hip¶otesis informacional del Dogma
Central de la Biolog¶³a Molecular propuesto por Francis Crick (Figura 1), el °ujo de la informaci¶
on contenida en el ADN debe ser transcrito a RNA o perpetuada a ADN por replicaci¶on. Si ocurre el primer proceso, entonces el °ujo de la informaci¶
on debe
ser traducido a prote¶³nas o retro-transcrito a ADN.
El proceso de traducci¶on, mediante el cual se obtienen prote¶³nas, es considerado como la etapa ¯nal del proceso por lo que las prote¶³nas son la expresi¶
on ¯nal del mensaje gen¶etico.
Este \Dogma" tiene tantas excepciones que debe ser
tomado como un modelo de v¶³as m¶
ultiples. El virus causante del SIDA hace una retro-transcripci¶
on
al infectar la c¶elula y poder as¶³ sintetizar su propio material gen¶etico: ARN. Las ribozimas son ARN
que tiene actividad catal¶³tica permitiendo que otras
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mol¶eculas de ARN puedan ser procesadas de manera
e¯ciente sin que intervengan prote¶³nas, de tal suerte que una mol¶ecula de ARN \inmadura" puede adquirir su estructura funcional por un proceso de interacci¶
on entre ¶
acidos nucleicos.
La cuarta hip¶
otesis acerca del agente infeccioso del
scrapie pareciera ser una de las v¶³as desconocidas
de esta teor¶³a informacional. La hip¶
otesis de que
fuese una prote¶³na, implicar¶³a que una vez que es
introducida a la c¶elula, ¶esta llevara a cabo un proceso
que podr¶³a implicar el ensamble de una mol¶ecula de
ADN (v¶³a A de la ¯gura 1), o bien inducir la s¶³ntesis
de ARN (v¶³a B, ¯gura 1).
Si esta hip¶
otesis parece descabellada, las evidencias
experimentales acumuladas en los u
¶ltimos a~
nos parecen indicar que es correcta, veamos. Si el tratamiento
con nucleasas (tanto DNasas como RNasas) no afecta la capacidad infecciosa de un extracto, pudiese
entonces pensarse que las mol¶eculas restantes (prote¶³nas, carbohidratos y l¶³pidos) pueden ser los responsables.
Por otro lado, si fuese una prote¶³na al calentarla a
100± C por periodos de hasta una hora deber¶³a desnaturalizarse y por lo tanto se reducir¶³a la infecci¶on.
Esto fue lo que se encontr¶
o, pero sin que los animales en los cuales se introdujo este extracto desnaturalizado dejase de tener actividad. S¶
olo mediante el tratamiento previo con °uorocarb¶on, seguido de calentamiento, fue posible disminuir signi¯cativamente la capacidad de infecci¶
on. Este extracto de comportamiento proteico es estable en soluciones a pH entre 2.5 y 10.5, no as¶³ a pH extremadamente ¶
acido o alcalino.
<Prote¶³nas alteradas que alteran a otras!
Todos estos ensayos indicaban claramente que el
agente infeccioso es una prote¶³na. Si se digiere con proteasas, lo esperado ser¶³a que igualmente desapareciera la capacidad infecciosa del extracto tratado. Cuando se trataron los extractos de tejido cerebral de animales infectados con proteasas,
y ¶estos se sometieron al bioensayo con ratones, si
bien hay una disminuci¶
on en el t¶³tulo, no se abate
signi¯cativamente.
Estos estudios indican que el agente causal del scrapie es una prote¶³na de caracter¶³sticas muy particulares. Sin embargo, no descartan la posibilidad de que
sea un polinucle¶
otido peque~
no asociado a esta prote¶³na que le sirva de protecci¶
on.
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La resistencia a la digesti¶on con proteasas no descarta que el agente causal sea una prote¶³na, pues es posible que o no se tengan los amino¶acidos que son reconocidos en el sitio activo de la proteasa en cuesti¶
on
o que ¶estos no est¶en disponibles ya sea por encontrarse en un dominio hidrof¶obico o, como ocurre en
el caso de algunos glucosaminoglucanos, est¶en protegidos por los oligosac¶aridos unidos a residuos espec¶³¯cos de amino¶acidos en la cadena polipept¶³dica.
Por otro lado, este tipo de modi¯caciones puede explicar la raz¶
on por la cual utilizando peryodato es
posible disminuir la capacidad infecciosa del extracto. Es posible, entonces que el agente causal sea una
glicoprote¶³na.
Las preguntas se hacen cada vez m¶as dif¶³ciles.
>Podr¶³a mantenerse una glicoprote¶³na ¶³ntegra a pesar del procesamiento que debe llevarse a cabo en la ingesta?, >si en su esqueleto contiene una prote¶³na, esta est¶a codi¯cada en el genoma y una versi¶on alterada de ella es la causante de la enfermedad?, >cu¶al es la localizaci¶
on de ella en condiciones normales?, >var¶³a de localizaci¶
on en su forma alterada?, >puede transmitirse entonces entre animales de la misma especie exclusivamente o puede incluso haber transmisi¶
on
interespec¶³¯ca?
Los frutos de la investigaci¶
on: aislamiento y
caracterizaci¶
on de PrP
El proceso de aislamiento preparativo requiri¶
o de
centrifugaci¶
on controlada y an¶alisis bioqu¶³mico riguroso y al mismo tiempo revel¶o sus caracter¶³sticas
bioqu¶³micas (Prusiner, 1982). En ellos, la fracci¶
on
comprendida entre 60 y 1000 S (unidades Svedberg,
en las cuales est¶a expresada el coe¯ciente de sedimentaci¶
on) es la que tiene caracter¶³sticas interesantes. Cuando se somete a centrifugaci¶on en gradientes de densidad, la porci¶on comprendida entre 1.08 a
m¶
as de 1.3 g/cm3 mantiene la capacidad de transmisi¶
on infecciosa en el bioensayo. Al tratar el extracto con detergentes, la acci¶on del desoxicolato no afecta el t¶³tulo, pero si la extracci¶on se hace en detergentes i¶
onicos como el SDS, el extracto es menos e¯ciente en inducir la enfermedad.
Cuando el extracto con desoxicolato se somete a digesti¶
on con nucleasas y una proteasa a temperatura ambiente se agrega, por ende no puede recuperarse adecuadamente. Si esta digesti¶on se hace a baja temperatura y posteriormente se hace una extracci¶
on en presencia de desoxicolato, puede recuperarse como cualquier otra prote¶³na mediante precipita-
ContactoS 44, 15{24 (2002)
ci¶
on con sales de amonio. Stanley B. Prusiner, ganador del Premio Nobel en Fisiolog¶³a o Medicina, hizo un an¶
alisis detallado del procedimiento de puri¯caci¶
on y encontr¶
o que el agente se inactiva por tratamiento con proteasas, al igual que en presencia de
dietil-pirocarbonato, SDS, agentes caotr¶
opicos, fenol y urea. Estos resultados indican claramente que
el agente causante del scrapie es una prote¶³na. A este postulado se le conoce como la hip¶
otesis de la
\prote¶³na solitaria".
De acuerdo a esta hip¶
otesis, el agente del scrapie es
una prote¶³na de alrededor de 27,000 a 30,000 daltones de peso molecular, estable a 90± C por 30 minutos, resistente al tratamiento con tripsina, proteasa SV8 y Proteinasa K (McKinley y colaboradores, 1983), capaz de formar agregados altamente refringentes si se ti~
nen con rojo congo de entre 10 a 20
nan¶
ometros de di¶
ametro y 100 a 200 nan¶
ometros de
longitud (Prusiner y colaboradores, 1983), con caracter¶³sticas hidrof¶
obicas (anclada a membranas), a
la cual se le conoce como prote¶³na infecciosa o en
ingl¶es \proteinaceous infective particles" o simplemente priones, abrevi¶
andose \PrP".
Utilizando preparaciones puri¯cadas de PrP, fue posible desarrollar anticuerpos que reconocen solamente a esta prote¶³na. Utilizando estos anticuerpos fue
posible detectarlos mediante la t¶ecnica conocida como \Western Blot" y al utilizarlos en preparaciones
de tejido normal e infectado, algunos de ellos tambi¶en reaccionaban con el tejido normal.
Al obtener una secuencia del extremo amino terminal, fue posible sintetizar oligonucle¶
otidos con los
cuales se aislaron las clonas bacterianas que despu¶es de ser infectadas con virus recombinantes, expresan la prote¶³na reconocida por el anticuerpo, un
proceso conocido como s¶³ntesis de genotecas de ADN
complementario. Con esta estrategia se aisl¶
o el gene que codi¯ca la prote¶³na PrP. Los estudios de clonaci¶
on demostraron que tanto en c¶elulas provenientes de tejido normal como de tejido infectado se presenta el gene prnp ( Oesch y colaboradores, 1985).
Al an¶
alogo de las c¶elulas normales se le denomina prnpC , mientras que al de tejido infectado se le
llama prnpSC .
Caracter¶³sticas gen¶
eticas de la prote¶³na PrP
El gen prnp ha sido aislado de diversas fuentes:
h¶
amster (GenBank, n¶
umero de acceso: S68626), conejos ( n¶
umero de acceso 7441531),
borregos (AF195247), vacas (A1278011), cabras (AF156187), ratas (AF117322), ratones
Priones: la causa de la enfermedad de las vacas locas. H¶ector Serrano y Ma. Dolores Garc¶³a-Su¶
arez.
(NM011170) y humanos (NM000311).
Contiene un solo exon que codi¯ca a la prote¶³na PrPC
la cual est¶
a asociada a la membrana de las c¶elulas
mediante su uni¶on a un fosfatidil-inosito glicol¶³pido o GPI. En la tabla 1 se muestra la comparaci¶
on y alineamiento de los amino¶
acidos
constituyentes de las prote¶³nas de diferentes
fuentes.
Dos de las diferencias entre la prote¶³na PrpSC
y PrpC es que la prote¶³na normal puede ser solubilizada con detergentes o fosfolipasa C, mientras que PrPSC no; de la misma manera, cuando PrPC y PrPSC son sometidas a las mismas condiciones de digesti¶on con proteinasa K,
PrPSC pierde solamente una parte de los amino¶
acidos asociados al extremo amino terminal, mientras que PrPC es degradada totalmente
(Weissman, 1989).
Este comportamiento diferencial se debe a las modi¯caciones posteriores a la s¶³ntesis de la prote¶³na,
es decir, a la uni¶on de carbohidratos en los dos sitios en los cuales, de acuerdo a la secuencia de amino¶
acidos, es posible que se lleve a cabo esta glicosilaci¶
on. Cuando se separan los productos aislados de
prnpSC y de prnpC mediante electroforesis, es posible detectar tres bandas caracter¶³sticas que corresponden a las formas con cero, una y dos residuos glicosidados (Figura 2), el cual es caracter¶³stico de cada
especie, por lo que puede considerarse como una huella para identi¯car la posible fuente de transmisi¶
on.
Adem¶
as de este comportamiento bioqu¶³mico, es necesario que concuerden con los datos del bioensayo en ratones, h¶amsters o ratones transg¶enicos que,
para el caso de los ETS humanos, expresan el gene del humano y no el del rat¶on.
Una de las primeras preguntas planteadas queda entonces dilucidada. Esta glicoprote¶³na requiere que se
exprese la variante celular para poder entonces tener
un efecto sobre ella, modi¯carla e inducir la enfermedad. Sin embargo, >c¶omo se lleva a cabo este proceso?, >puede un factor epigen¶etico modi¯car la expresi¶
on del genoma celular?
Estas preguntas a¶
un est¶a lejos de ser contestadas.
Sin embargo, las evidencias que se han obtenido parecen indicar que se trata de una especie de intermediarismo enzim¶atico, aunque no se ha descartado totalmente que se deba a un agente viral at¶³pico.
En el primer caso, se han planteado diversos modelos en los cuales se ha tratado de incorporar las evidencias experimentales que, como es de suponerse,
son procesos que puede llevar a cabo cualquier prote¶³na celular.
19
Una de las primeras explicaciones implican una especie de remodelaci¶
on de PrpC que es inducido por la
introducci¶
on de PrpSC . Posiblemente PrpSC act¶
ua
como una de las chaperonas que pueden inducirse en la c¶elula cuando se somete a condiciones de
estr¶es. Si el proceso tiene una cin¶etica muy lenta, explicar¶³a el desarrollo tan lento del s¶³ndrome
de Creutzfeldt-Jakob.
En analog¶³a a lo que sucede cuando en un una reacci¶
on qu¶³mica de cristalizaci¶
on, las cantidades relativamente peque~
nas de prote¶³nas PrpSC podr¶³an servir como semilla que permitir¶³an la transformaci¶on
y agregaci¶
on de m¶
as prote¶³nas PrpSC a partir de la
conversi¶
on cada vez m¶
as e¯ciente de PrpC . Probablemente, esto podr¶³a ocurrir en la transmisi¶on de
la encefalitis bovina u ovina en donde el desarrollo de la enfermedad es m¶
as r¶
apida que en su contraparte humana.
Otra opci¶
on es que el efecto de la presencia de
PrpSC sea al nivel de actuar como cofactor de algunas de las enzimas que se encargan del procesamiento del precursor de la prote¶³na PrpC , de tal suerte que al mantener unido por un tiempo mayor o menor a la prote¶³na, su estructura se altere. Una opci¶
on adicional, que tiene muy poca evidencia experimental es que la prote¶³na PrpSC act¶
ue como regulador del gene prnpSC , o como inhibidor de la expresi¶
on de prnpC con lo cual se promueve la expresi¶
on casi exclusiva de este u
¶ltimo. En este caso, la
informaci¶
on disponible en el ¶
ambito de ADN complementario es la presencia de un solo tipo de gene en una especie determinada por lo que es relativamente dif¶³cil que prnpSC sea un alelo del gene
prnpC .
Si atendemos a las estructuras tridimensionales que
se muestran en la ¯gura 3, es aparente que los cambios requeridos en la transformaci¶
on de la forma normal a la alterada de la prote¶³na Prp pueden deberse casi exclusivamente a un rearreglo inducido por
alg¶
un tipo de intermediario del tipo de las chaperonas. Sin embargo, no se ha demostrado que la prote¶³na PrpSC tenga la capacidad de unirse a guanosina trifosfato, como lo hacen un grupo de estas chaperonas, o de tener actividad de ATPasa, como lo
hacen ciertas chaperonas (Serrano y Garc¶³a-Su¶arez,
2001).
>Pueden transmitirse los priones entre especies diferentes?
Esta interrogante es de gran preocupaci¶
on y requiere un tratamiento muy particular, pues sus consecuencias pueden tener un impacto no s¶
olo en la
familia en la que se presenten estos casos, sino
que incluso puede alterar la econom¶³a de toda una
regi¶
on.
20
ContactoS 44, 15{24 (2002)
F ig . 1 . Pla nte a mie nto de l D o g ma C e ntra
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ra nsc ripc i¶o n, 2 . T ra duc c i¶o n. 3 . Re tro -tra nsc ripc i¶o n. La s v ¶ ³a s de s¶ ³nte sis
e n la a c tua lida d, pe ro po te nc ia lme nte pue de n ha be r sido e x plo ra da s e n
RN e n la e ta pa pre bi¶o tic a ) o e n c o ndic io ne s a na e ro bia s e spe c ia le s (c o mo
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T a bla 1 . Se c ue nc ia de la pro te ¶ ³na Prp de dife re nte s e spe c ie s. La s se c ue nc ia s se to ma ro n de l Ge nBa nk y se a line a ro n
pa ra o bte ne r e l po rc e nta je ma y o r de c o inc ide nc ia . Lo s a mino ¶a c ido s fa lta nte s e n la se c ue nc ia de l bo v ino (g uio ne s
e nma rc a do s) no e st¶a n pre se nte s e n la pro te ¶ ³na ma dura . T a mbi¶e n e n bo v ino s, la po sic i¶o n ma rc a da c o n una g e nma rc a da
pre se nta la se c ue nc ia ggg.
Priones: la causa de la enfermedad de las vacas locas. H¶ector Serrano y Ma. Dolores Garc¶³a-Su¶
arez.
F ig . 2 . Esq ue ma de l pa tr¶o n de distribuc i¶o n de la s pro te ¶ ³na s pri¶o nic a s e n dife re nte s e spe c ie s y de te c ta da s c o n
un a ntic ue rpo mo no c lo na l de re fe re nc ia . El te jido c e re bra l de ra t¶o n (l¶ ³ne a s 1 y 2 ), bo v ino (l¶ ³ne a 3 ), huma no e spo nt¶a ne o (l¶ ³ne a 4 ) y e l e nc o ntra do e n un pa c ie nte c o n a pa re nte c o nta g io po r ing e sta de c a rne bo v ina
(l¶ ³ne a 5 ) se so me ti¶o a dig e sti¶o n c o n pro te ina sa K , pre c ipita c i¶o n c o n sulfa to de a mo nio y e le c tro fo re sis re duc to ra .
La s g lic o pro te ¶ ³na s se tra ns¯rie ro n a me mbra na s de N y lo n y se de te c ta ro n c o n a ntic ue rpo A nti-PrPSC . La s fo rma s q ue se se pa ra n so n la s no g lic o sila da s (l¶ ³ne a s supe rio re s), la s mo no g lic o sida da s (l¶ ³ne a s me dia s) y dig lic o sila da s. (l¶ ³ne a s infe rio re s). Ba sa do e n A g uz z i y We issma n (1 9 9 6 ) y C o lling e y c o la bo ra do re s(1 9 9 6 ).
Al inicio de este ensayo mencionamos lo ocurrido con
la diseminaci¶on del scrapie en el ganado ovino del
Reino Unido. Sin embargo, se consideraba que esta
forma de transmitirse era m¶as bien rara y que dadas
las di¯cultades de inducir la enfermedad en modelos
experimentales re°eja la e¯ciencia con la que trabaja
la barrera entre las especies.
El scrapie se considera una enfermedad enzootica
en Gran Breta~
na, en donde afecta del 0.5 al 1%
del ganado (Butler, 2001a). El brote de encefalitis espongiforme en el ganado vacuno m¶
as reciente en Inglaterra se inici¶o a mediados de la d¶ecada
de 1980 y tuvo su punto culminante en 1997, cuando se hizo p¶
ublico y los medios period¶³sticos lo difundieron ampliamente. La raz¶on de este nuevo episodio aparentemente fue el hecho de haber utilizado algunos de los restos de borregos infectados para elaborar alimentos para el ganado bovino. Aparentemente, la infecci¶on se pod¶³a dar ya no solo entre especies, sino incluso por una v¶³a muy com¶
un:
la oral.
Este hallazgo alert¶o ya no s¶olo a las autoridades sanitarias relacionadas con el ganado, sino tambi¶en
a los responsables de los servicios de salud humana: la simple ingesta de carne contaminada pon¶³a
en riesgo a la poblaci¶on. Los casos de s¶³ndrome de
Creutzfeldt-Jakob fueron estudiados con m¶
as cuidado encontr¶
andose una variante mucho m¶as agresiva
(Almond y Pattison, 1997). En la tabla 2 mostramos algunas de las caracter¶³sticas diferenciales entre el s¶³ndrome cl¶asico y esta variante.
21
F ig . 3 . A rre g lo tridime nsio na l pro pue sto pa ra la pro te ¶ ³na
PrP. A la de re c ha se mue stra la v a ria nte no rma l pre se nte e n to da s la s c ¶e lula s de l o rg a nismo (PrPC ) a nc la da a
la me mbra na c e lula r po r e l re siduo de fo sfa tidil ino sito l. N ¶o te se la pre se nc ia de s¶o lo do s re g io ne s e n e struc tura ¯{ ple g a da (°e c ha s) y tre s re g io ne s ®{ he lic o ida le s (c ilindro s). La v a ria nte pa t¶o g e na de la iz q uie rda (PrPSC )
di¯e re e n la disminuc i¶o n de la s re g io ne s ®{ he lic o ida le s
y e l a ume nto e n la s de ¯{ ple g a da s. T o ma do de Butle r (2 0 0 1 a ).
Al disponer de patrones espec¶³¯cos que pod¶³an distinguir la huella dactilar del prion de origen bovino,
el grupo de John Collinge y colaboradores (1996), al
comparar las caracter¶³sticas de las prote¶³nas PrPSC
de 26 pacientes con s¶³ntomas cl¶
asicos del s¶³ndrome
con las de 10 pacientes de esta variante, encontr¶o que
los pacientes con PrPSC humana t¶³pica eran los tipi¯cados como SCJ cl¶
asicos, mientras que los restantes 10 ten¶³an la variante bovina de PrpSC , lo que
implicaba alg¶
un tipo de contagio a partir de esta
fuente.
Recientemente, Hill y colaboradores (2000), utilizando la prote¶³na PrPSC de h¶
amster pudieron transmitirla experimentalmente en ratones y, aunque la inoculaci¶
on fue intracerebral, demostraron que la barrera interespec¶³¯ca para el agente causal de la encefalitis espongiforme dista mucho de ser e¯ciente.
Este punto es a¶
un m¶
as preocupante si atendemos al
hecho de que una buena parte de las vacunas utilizadas actualmente para tratar enfermedades virales humanas se encuentran desarrolladas en animales que potencialmente pueden ser expuestos inadvertidamente a priones (Aguzzi y Weissmann, 1997).
En Inglaterra y Estados Unidos se han puesto cercos sanitarios estrictos e incluso se han sacri¯cado
hatos ganaderos completos bajo la sospecha de haber sido alimentados con restos de animales que no
hab¶³an sido tipi¯cados y por ende se encontraban
fuera de control respecto a este tipo de agente infeccioso. Igualmente, se ha establecido como norma la prohibici¶
on de elaborar alimento para ganado utilizando residuos provenientes de animales tan-
22
to de la misma especie como de otras, tratando de
evitar un posible contagio por v¶³a oral.
Conclusiones
Las enfermedades que afectan al humano mantiene ocupados a la mayor¶³a de los investigadores en el
campo de la salud. No es sino hasta que se ven afectados sus intereses o se pone en peligro su integridad, cuando se hacen necesarios estudios b¶asicos tratando de encontrar algunas causas o en un intento por disminuir el impacto en la salud humana de
las \nuevas" enfermedades.
¶
Este
ha sido el camino que han seguido enfermedades hemorr¶
agicas como las causadas por el virus de ¶ebola y la ¯ebre amarilla (Serrano y Garc¶³aSu¶
arez, 1996), el avance en el conocimiento y tratamiento del SIDA , solo para nombrar algunos ejemplos. Las enfermedades causadas por priones tienen
un doble impacto: est¶an afectando a especies animales econ¶
omicamente importantes para la poblaci¶
on humana (ovejas y reses que constituyen la principal fuente de prote¶³nas animales) e incluso afectan su salud.
El Kuru podr¶³a tomarse como un fen¶omeno aislado. Sin embargo, la presencia de dep¶ositos proteicos en el sistema nervioso central en la enfermedad
de Creutzfeldt-Jakob y los reportes acerca de la aparente inexistencia de las barreras interespec¶³¯cas hacen necesaria la implementaci¶on de metodolog¶³as de
an¶
alisis que se puedan realizar en unos cuantos d¶³as
y no en periodos superiores a los tres meses, como se hace en las metodolog¶³as aprobadas en la mayor¶³a de los pa¶³ses desarrollados (¯gura 4).
Actualmente se encuentran disponibles ensayos comerciales basadas en la utilizaci¶on de anticuerpos
que reconocen la estructura tridimensional que adoptan tanto la prote¶³na PrPSC como PRPC . Sin embargo, dado que las prote¶³nas son espec¶³¯cas, es posible que si por ejemplo en un paciente se trata de encontrar la variante ovina del scrapie, ¶esta no se detecte y sin embargo ese humano tenga presente la variante de bovinos lo que causar¶³a eventualmente el
desarrollo de la variante agresiva del SCJ.
Una alternativa adicional ser¶³a el uso de la tipi¯caci¶
on electrofor¶etica de las prote¶³nas resistentes a
la digesti¶
on con Proteinasa K tratando de encontrar las variantes en el tipo de glucosilaci¶on. Sin embargo, la carencia de controles adecuados hace di¯cil su aprobaci¶
on, a pesar de que es una alternativa real (Butler, 2001a).
ContactoS 44, 15{24 (2002)
Este tipo de metodolog¶³as es urgente pues servir¶³a para detectar las fuentes potenciales de las cuales se podr¶³a transmitir el agente infeccioso. Esta aseveraci¶
on cobra importancia a la luz de las evidencias experimentales que muestran la fragilidad de la barrera interespec¶³¯ca.
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Priones: la causa de la enfermedad de las vacas locas. H¶ector Serrano y Ma. Dolores Garc¶³a-Su¶
arez.
Edad t¶³pica de aparici¶on
S¶³ndrome de Creutzfeldt-Jacob
cl¶asico
55 a 70 a~
nos
S¶³ntomas
Demencia
Carencia de tono muscular
Evoluci¶on
R¶apida, una vez manifestada
Genotipo de prnp
Homocigoto, predominantemente
Dep¶ositos de PrpSC
Patr¶on electrofor¶etico
de PrpSC
Sin¶apticos, rara vez en placas
Tipo 1 y 2
23
Nueva variante
19 a 39 a~
nos (mediana:
28 a~
nos)
Alteraciones de la
conducta
Disminuci¶
on progresiva
de la motilidad
Ataxia
Manifestaci¶
on repentina,
Evoluci¶
on lenta
Met/Met en posici¶
on 129
en todos los casos
Placas abundantes
Tipo 4 (similar al deBSE)
T a bla 2 . D ife re nc ia s e ntre e l s¶ ³ndro me de C re utz fe ldt-Ja c o b c l¶a sic o y su nue v a v a ria nte e nc o ntra da e n Ing la te rra .
(M o di¯c a do de A g uz z i y We issma nn, 1 9 9 6 )
F ig ura 4 . A n¶a lisis de mue stra s de c e re bro de o v e ja s me dia nte inmuno de te c c i¶o n. C a da mue stra c o rre spo nde a lo s c o rte s
de un a nima l y se a na liz a n de a c ue rdo a l pro to c o lo de l Instituto de sa lud A nima l de N e w bury , Ing la te rra . T o ma da de
Butle r (2 0 0 1 b).
24
ContactoS 44, 15{24 (2002)
13. Prusiner, S.B., McKinley, M.P., Bowman, K.A.,
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cs