24/01/2023 - Tecnologia e Inovação

Análise das proteínas PrPSc em relação às doenças encefálicas espongiformes

Por Pablo Ortega Ferron

Análise das proteínas PrPSc em relação às doenças encefálicas espongiformes

O que é um Prion?

Os priões são proteínas produzidas naturalmente no cérebro de animais e humanos. Estas proteínas são geralmente inofensivas e funcionais com diferentes vias de ação.No entanto, após alguma deformação ou interação com proteínas deformadas, podem causar doenças devastadoras e incuráveis, como a encefalopatia espongiforme bovina (doença das vacas loucas) ou a doença de Jakob-Creutzfeldt nas pessoas. [1]Esses agentes podem se propagar dentro de um mesmo hospedeiro, o que causa lesões espongióticas e lhe dão a capacidade de se transmitir de hospedeiro a hospedeiro com elevados tempos de incubação.Os priões costumam se relacionar com vírus ou viróides, mas diferem em várias coisas como que são apenas proteínas, o que os torna resistentes a tratamentos focados na inativação de ácidos nucleicos.Também contam com certa variabilidade dentro de si mesmos, apresentando diferenças relevantes no padrão de lesão e tempo de incubação.Outra coisa notável é como sua capacidade infectiva é limitada por barreiras de espécie, ou seja, que a infecção só pode ser transmitida quando existe alta homologia proteica.Para exemplificar este ponto, um humano não se contagiaria por consumir tecido contaminado proveniente de cabra ou ovelha, só ocorreria o contágio se se consumisse tecido contaminado de bovinos, devido à homologia que existe entre a proteína humana e vaca. [2]

A proteína celular do prião

Por muito tempo, desconhece-se exatamente o que eram os priões, e a busca pela entidade molecular constitutiva deste agente revelou como componente único à proteína PrPSc (proteína de prião scarpie). Esta proteína não é do todo natural, é uma mutação da proteína PrPC.Ainda existe incerteza sobre as proteínas PrP e sua maleabilidade conformacional, o que contribuiu amplamente para sua busca e pesquisa, principalmente sobre os genes vinculados e elementos reguladores que poderiam desempenhar um papel ativo na sua síntese. Isto levou a uma análise detalhada das 145 kb de ADN dos genes humanos e ovinos de PrP, procurando regiões conservadas, ORFs, exões potenciais, sequências repetitivas, possíveis ilhas CpG e motivos polimórficos. [2]Em relação à sua expressão, este gene ocorre constitutivamente em tecidos neurais, tal como não neurais, principalmente em animais ou humanos adultos.Os níveis mais elevados desta proteína são geralmente detectados em neurónios de todo o cérebro, mas principalmente foram detectados no hipocampo. Outros lugares com níveis significativos desta proteína são no coração e músculo esquelético, mas também há níveis mais baixos na maioria dos órgãos, exceto fígado e pâncreas.O produto traduzido do ARNm é uma cadeia polipeptídica de cerca de 250 aminoácidos, chega a variar com a espécie, mas alguns pontos notáveis são a sua sequência N-terminal de 22 resíduos, uma série de repetições de um octapéptido (PHGGGWGQ), 4 segmentos altamente conservados e uma região hidrofóbica C-terminal. A cadeia sofre um processo de maturação covalente complexo, o qual supõe a escisão proteolítica dos peptídeos sinais, a adição C-terminal de glicanfosfatidilnositol (GPI), a formação de um link dissulfuro intramolecular e, finalmente, uma dupla glicosilação nos resíduos de Asn 181 e 197. [2]A PrPC é uma proteína com a capacidade de unir especificamente cobre, o que lhe dá um papel importante na homeostase deste cation envolvido em processos de óxido-redução.A estrutura secundária de PrPC, solubilizada em detergentes e na ausência de catiões, é majoritariamente helicoidal, enquanto a formação do complexo acarreta aumento no conteúdo de estruturas estendidas.Estudos espectroscópicos de alta resolução com formas recombinantes na ausência de ligando têm demonstrado que PrP é constituída por dois domínios, o N-terminal desestruturado e o C-terminal globular. Quanto ao seu metabolismo celular, alguns estudos de translocação in vitro Foram identificadas duas formas topológicas principais de PrP, uma forma de secreção e duas formas transmembranais.A primeira é transportada em vesículas para a superfície celular onde fica ancorada à membrana. O metabolismo das formas transmembranais não é conhecido com precisão, mas a acumulação acima de um limiar das formas com o C-terminal luminal correlaciona-se com o aparecimento de estados neuropatológicos. [2]

Patologia dos priões

Nas patologias dos priões, a proteína celular PrPC se transforma, por meio de modificações pós-raduccionais em uma isoforma, a denominada proteína scrapie ou PrPSc. Essa modificação ocorre em domínios de tipo caveola, e caracteriza-se por uma drástica mudança das propriedades tanto químicas quanto físicas da proteína.Estas mudanças trazem várias características à nova isoforma, por exemplo PrPC é solúvel em detergentes, enquanto PrPSc forma um tipo de agregados amorfos insolúveis.

Junto com isso, a forma celular é liberada da membrana em forma solúvel por digestão com PILC, enquanto a forma scrapie não é suscetível à ação enzimática, requerendo tratamento desnaturante prévio para eliminação do GPI, a forma celular é sensível a proteases e scrapie, Pelo contrário, sofre uma proteólise limitada gerando a forma truncada no extremo N-terminal que agrega em forma de amiloides e retém a infectividade. No entanto, também existem estados patológicos nos quais não foi possível detectar PrPSc em termos de resistência a proteases, mas a descrição recente de formas transmembranais poderia estar implicada nesses casos. [2]

As modificações pós-traducionais de caráter covalente não parecem ser a causa direta do processo de conversão, mas sim de sua modulação. Dessa forma, o GPI determina a possibilidade de conversão, pois essa ocorre em domínios especializados de membranas onde se confinam as proteínas ancoradas por GPI.Além disso, a glicosilação vai determinar o tráfego intracelular da proteína. Algo que permitiu estabelecer a estrutura de scrapie São os estudos espectroscópicos, e ao contrário da forma celular, esta apresenta como elemento maioritário a cadeia β estabilizada em lâminas e que o comportamento amiloide está ligado à presença de lâminas β intermoleculares.Esta dualidade conformacional de α hélice e lâmina β parece ser encontrada principalmente na região 106-126, que em forma de peptídeo sintético é um neurotóxico potente. [2]A fisiopatologia é longa e complicada, tem múltiplas apresentações, e a sintomatologia varia de acordo com a etapa presente da doença, desde o início da doença até um pouco antes dos 100 dias do sofrimento é conhecida como a fase prodromica, na qual se observam sintomas afetivos como insônia, isolamento, hiporexia e perda de peso.A partir dos 101 dias e até que se cumpram os 200 dias, é conhecido como a etapa ou fase intermediária, onde aparecem os sintomas psicóticos que se manifestam como alucinações auditivas e visuais, além de ideias delirantes, como sentimentos de perseguição, paranoia e zelotipias.E, finalmente, a partir dos 200 dias de sofrimento, é a fase tardia onde surgem alterações na conduta como agitação psicomotriz, irritabilidade extrema e agressividade física.As apresentações das doenças causadas por priões têm 3 apresentações principais, que se dividem em hereditárias provocadas por alterações genéticas herdadas que facilitam o uso errado da PrPC, as formas infecciosas que se explicam pela interação da PrPSc sobre a PrPC o que provoca sua transformação a PrPSc e, finalmente, a forma esporádica da doença que são as que aparecem sem causa aparente e para as que não há explicações na atualidade. [3]

Métodos de diagnóstico

Por fim, o diagnóstico das doenças causadas por priões em humanos baseia-se mais do que nada na história clínica e os achados de eletroencefalografia típicos, como complexos de alta voltagem e ondas lentas, sobre um fundo de ondas lentas pobremente organizadas. As descobertas de atrofia cerebral através de estudos de imagemologia são outra das principais formas para realizar um diagnóstico, mas de baixa precisão.Algumas outras técnicas que surgiram aumentando a precisão e sensibilidade dos diagnósticos são principalmente a imunoanálise de líquido cefalorraquidiano, em busca de PrPSc.Também há a busca de características patológicas típicas, mas estas requerem uma biópsia cerebral, por outro lado, a inoculação de amostras do sistema nervoso central em macacos é um método muito eficaz, mas leva muito tempo e é extremamente laborioso. [4]Recentemente, foi demonstrado que em doentes com demência e sem doenças agudas do SNC, a detecção, por radioinmunoanálise da proteína 14-3-3 no líquido cefalorraquidiano apoia fortemente o diagnóstico das doenças causadas por priões.Da mesma forma, a detecção por eletroforesis bidimensional em gel de duas proteínas, a p130/131 permite favorecer o diagnóstico quando se soma sua detecção aos critérios clínicos aceitos. [4]Mas a busca por PrPSc não é a única maneira de encontrar a patologia, em certas ocasiões, a detecção de indícios ou estágios precoces pode ser realizada através da descoberta da proteína PrPC mal plegada, o que pode ser alcançado através de eletroforesis ou western blot.Estas descobertas baseiam-se mais do que nada em observar as diferenças em peso molecular, comparando as amostras com o peso conhecido de PrPC que é de entre 26 e 37 kDa, pelo que resultados que excedam este intervalo são bons indícios da ocorrência das doenças causadas por priões. [5]

Referências

  1. Mayo Clinic, Como os priões, [Internet], Mayo Clinic, 2020, [recuperado em 24 de novembro 2022], disponível em: https://www.mayoclinic.org/es-es/diseases- conditions/creutzfeldt-jakob-disease/multimedia/normal-and-diseased-prions/img-20007478#:~:text=Os%20priones%20son%20son%20prote%C3%ADnas%20que,animais%20y%20de%20las%20pessoas.
  2. Gasset M. & Westaway D., Os priões e sua biologia, [Internet], Primeiro Congresso Virtual Ibero-americano de Neurologia, 1999, [recuperado em 24 de novembro 2022], disponível em: https://www.svneurologia.org/congreso/priones-1.html
  3. Paniz Mondolfi A., Aspectos imunopatológicos da infecção por priões., Gac Méd Caracas, [Internet], 2005, [recuperado em 24 de novembro 2022], 113(3), disponível em: http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0367-47622005000300004
  4. Pena I, Priões e Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis: um percurso por sua história, Revista UNLP, [Internet], 2011, [recuperado em 24 de novembro 2022], 31(1), disponível em: https://revistas.unlp.edu.ar/analecta/article/download/12208/11166/41560
  5. González Miranda E., Adaptação de um sistema de propagação de priões in vitro para o cribado massivo de compostos específicos frente às Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis humanas, [Internet], Universidade do país basco, 2020, [recuperado em 24 de novembro 2022], disponível em: https://addi.ehu.es/bitstream/handle/10810/50401/Tesis_Ezequiel_Gonzalez_Miranda.pdf?sequence=1

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Pablo Ortega Ferron

Olá, sou Pablo Ortega Ferron, estudante do curso de Biotecnologia na Universidade Anáhuac, atualmente desenvolvendo meu projeto de graduação focado em observar os diferentes efeitos que o diabetes mellitus tipo 2 tem sobre a memória e o aprendizado. Tenho um interesse especial na pesquisa clínica, principalmente focado em biotecnologia médica e temas de genética.

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