Studi recenti hanno messo in evidenza che si tratta di una particolare proteina cellulare, chiamata proteina prionica (PrP). La PrP è presente in tutte le cellule del corpo, con elevata concentrazione nel cervello.
La Proteina Prionica: una panoramica
La proteina prionica cellulare di membrana (PrPC) è codificata dal gene PRNP situato sul braccio corto del cromosoma 20 dell'uomo e, sebbene sia composto da due esoni, l'intero "open reading frame (ORF)" è localizzato solo nel secondo esone. La proteina PrPC è composta da 253 amminoacidi, ha un peso complessivo di 33 - 35 kDa e viene espressa in maniera ubiquitaria soprattutto a livello del sistema nervoso.
Modificazioni post-traduzionali
A livello post - traduzionale avvengono tre modificazioni principali che sono:
- N - glicosilazioni che danno origine a tre isoforme: monoglicosilata, diglicosilata e non glicosilata
- la rimozione proteolitica di un peptide di 22 amminoacidi all'estremità N - terminale
- la sostituzione del C - terminale con un complesso glicosil - fosfatidilinositolo (GPI) per l' ancoraggio della proteina alla membrana citoplasmatica.
Funzioni della PrP
Il ruolo della PrP non è ancora stato chiarito, anche se sono state proposte diverse ipotesi sulla sua funzione:
- Omeostasi del rame
- Interazione con laminina -> Adesione cellulare/sviluppo di neuriti
- Regolazione del flusso di ioni Ca++ -> Trasmissione sinaptica
- Espressa per lo più a livello del sistema nervoso -> Trasduzione del segnale nervoso
- Azione anti ossidante
- Regolazione del ritmo circadiano
- Azione anti apoptotica
La trasformazione in Prione
La PrP alterata (detta prione) ha la capacità di indurre il cambiamento della struttura della PrP normale. La PrP può assumere tutte e due le forme: normale e una errata. Il prione esogeno si inserisce nella membrana plasmatica, dove è presente la proteina prionica cellulare, e venendone in contatto diretto ne causa la conversione con un meccanismo ancora sconosciuto. Una volta formata, la PrPSC, induce cambiamenti conformazionali nelle altre PrPC attraverso un meccanismo autocatalitico fino a quando non viene raggiunta una concentrazione critica che porta all'aggregazione delle proteine stesse (fibre amiloidi) e al danneggiamento del tessuto nervoso. È stato osservato che può anche avvenire una mutazione genetica spontanea che porta alla formazione di PrPSC che agisce su altre PrPC con una reazione a catena.
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Nei soggetti infetti, e per ragioni ancora sconosciute, la PrPC assume una conformazione spaziale alterata che consiste principalmente nella trasformazione di alcune strutture ad α-elica in strutture a foglietti β. Questa modifica strutturale comporta un cambiamento nelle caratteristiche della proteina che diventa resistente alla degradazione cellulare, accumulandosi all'interno della cellula sotto forma di fibrille amiloidee. L'alterata conformazione conferirebbe alla PrPEST le caratteristiche infettanti. La prima molecola di PrPEST deriverebbe dalla conversione spontanea di una molecola endogena di PrPC. La replicazione del prione avverrebbe quindi mediante l'interazione diretta tra una neomolecola di PrPEST e una di PrPC, che a sua volta assumerebbe la conformazione patologica a foglietti β. Questa conversione innescherebbe un meccanismo autocatalitico responsabile della produzione massiva di PrPEST.
Quando la PrPEST è inoculata, accidentalmente o sperimentalmente, in un ospite sano, questa interagisce con la PrPC dell'ospite attivandone la sua trasformazione in nuova PrPEST e inducendo quindi la malattia nel nuovo ospite.
Caratteristiche della PrPSC
La PrPSC presenta anch'essa delle caratteristiche peculiari che sono:
- assenza di potere immunogeno ( non si sviluppano anticorpi)
- assenza di potere infiammatorio (viene riconosciuta come self dall'organismo)
- grande resistenza al calore secco e alle radiazioni UV
- sensibilità (ipoclorito di sodio per 30 min./autoclave 134°- 138°C/NaOH 1N O/N)
Patologie Associate ai Prioni
Il cambiamento più comune provocato dai prioni è la formazione di piccolissime bolle nelle cellule cerebrali che causa la formazione nel cervello di moltissimi forellini microscopici. Quando i campioni di tessuto cerebrale vengono visualizzati al microscopio, assomigliano ad una spugna (da cui il termine spongiforme). Le principali malattie causate da prioni sono quindi a carico del sistema nervoso, sono neurodegenerative e vengono classificate in:
Encefalopatie Spongiformi Trasmissibili (TSE)
- UOMO
- malattia di Creutzfeldt Jakob (MCJ)
- sindrome di Gerstmann Straussler Scheinker (GSS)
- insonnia familiare fatale (IFF)
- ANIMALI
- scrapie della pecora e della capra
- encefalite spongiforme del bovino (BSE)
- encefalite trasmissibile del visone (TME)
- malattia cronica devastante del cervo (CWD)
L'Agente Infettivo: Il Prione
Il prione è un agente infettivo con caratteristiche non convenzionali: ha dimensioni più piccole dei virus ed è incredibilmente resistente alle procedure impiegate per rimuovere o inattivare virus, batteri, funghi o altri microrganismi noti. Metodi fisici, come il calore, e metodi chimici, come il trattamento con fenolo, cloroformio, formaldeide e alcoli sono inefficaci; una consistente riduzione della carica infettiva si ottiene solo con un prolungato trattamento in autoclave (calore umido a elevata pressione) a 132 °C per almeno un'ora o con procedure chimiche capaci di idrolizzare le proteine (idrossido o ipoclorito di sodio ad alte concentrazioni). Il termine 'prione' ‒ che deriva dall'inglese prion, un acronimo formato da 'proteinaceus infectious particle' ‒ è stato coniato per sottolineare l'ipotesi che l'agente infettivo sia composto soltanto da proteine, senza la presenza di acidi nucleici.
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La proteina prionica patologica (PrPEST)
Nei tessuti infetti da encefalopatie spongiformi trasmissibili è presente una proteina anomala, la proteina prionica patologica (PrPEST), che deriva da un'alterata struttura tridimensionale della proteina prionica cellulare (PrPC). Recenti studi sulla struttura tridimensionale della PrPC hanno dimostrato che questa è altamente conservata tra le diverse specie di Mammiferi e che proteine simili sono presenti anche in Rettili, Uccelli, Anfibi e Pesci. Nei Mammiferi la PrPC è legata alle membrane cellulari mediante un'ancora di glicosil-fosfatidil-inositolo (GPI), suggerendo un suo possibile coinvolgimento nella trasduzione del segnale o nell'adesione cellulare. La sua porzione amminoterminale lega il rame e potrebbe quindi far parte dei sistemi di resistenza cellulare allo stress ossidativo.
Nonostante i progressi compiuti da questi studi, non è stato però ancora possibile giungere a evidenze conclusive in merito a quale sia l'esatto ruolo fisiologico della PrPC. Topi knock out per la PrPC (topi nei quali il gene della PrP è stato rimosso e che quindi non producono la proteina), per esempio, hanno uno sviluppo normale e non presentano segni clinici o lesioni patologiche particolari.
La Malattia di Creutzfeldt-Jakob (MCJ)
La malattia di Creutzfeldt-Jakob (MCJ) è una rara forma morbosa neurologica a esito fatale. Esistono quattro diverse forme di MCJ: la MCJ sporadica, presente in tutto il mondo e della quale non si conoscono né le cause né gli eventuali fattori di rischio; la MCJ iatrogena, causata dalla trasmissione dell'agente infettivo attraverso procedure medico-chirurgiche; la MCJ genetica, legata a mutazioni del gene della proteina prionica (PRNP); e la variante MCJ, causata dall'agente dell'encefalopatia spongiforme bovina (BSE).
MCJ sporadica
Il progetto di collaborazione europea sulla sorveglianza epidemiologica delle EST umane ha raccolto dati clinico-epidemiologici su oltre 4400 casi di MCJ e sindromi correlate. I risultati di questa collaborazione hanno confermato che la forma più frequente di MCJ è quella sporadica (84% dei casi) con una mortalità annuale, relativamente uniforme nei diversi Paesi europei, pari a 1,39 casi per milione di abitanti.
BSE: Encefalopatia Spongiforme Bovina
L'encefalopatia spongiforme bovina (BSE, Bovine spongiform encephalopathy) si è manifestata per la prima volta nel Regno Unito nel 1986 e successivamente si è diffusa in quasi tutti i Paesi europei, in Giappone, in Canada e negli Stati Uniti. La malattia colpisce animali di età compresa tra 22 mesi e 18 anni, con un picco attorno a 4-5 anni e con un tempo d'incubazione medio compreso tra i 4 e i 6 anni. Dal punto di vista clinico i bovini affetti da BSE presentano modificazioni del comportamento come apprensione e aggressività, iperestesia a stimoli tattili e uditivi; incoordinazione dei quarti posteriori, tremori muscolari e digrignamento dei denti.
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Le misure di prevenzione e controllo adottate, in particolare il divieto di utilizzare farine di carne per la preparazione di mangimi, hanno ridotto significativamente l'epidemia di BSE nel Regno Unito e il rischio di infezione ad altre specie animali. Tuttavia, poiché le misure preventive sono state adottate in ritardo dagli altri Paesi europei, si è assistito a un progressivo aumento di casi di BSE in Europa e nel resto del mondo. La recente identificazione in Francia di una capra con BSE conferma il timore che anche gli ovicaprini possano essere stati contaminati da mangimi infetti. Se ciò venisse confermato in altri ovicaprini la BSE sarebbe molto più difficile da eradicare e potrebbe rimanere endemica per molti anni.
Al contrario di quanto accade nei bovini con BSE, dove il prione è localizzato quasi esclusivamente nel sistema nervoso centrale e periferico, negli ovicaprini il prione della BSE, così come quello della scrapie, è presente in quasi tutti gli organi, compresi i muscoli, e nel sangue. Una nuova fonte di allarme deriva dall'identificazione di una forma di EST bovina avvenuta in Italia nel 2004, chiamata 'encefalopatia spongiosa amiloidotica del bovino' (BASE), e caratterizzata dalla presenza di placche amiloidee nel cervello e da una distribuzione delle lesioni neuropatologiche diversa dalla BSE, di cui non si conoscono ancora le caratteristiche di contagiosità e patogenicità per l'uomo. Questi nuovi e preoccupanti eventi epidemiologici hanno stimolato nuove ricerche per la messa a punto di tecniche di inattivazione dei prioni che possano essere utilizzate nelle produzioni di alimenti.
Scrapie
La scrapie colpisce tutte le razze di ovicaprini ed è diffusa in tutto il mondo a eccezione di Paesi come l'Australia, la Nuova Zelanda e la Repubblica Sudafricana, nei quali la malattia è stata eradicata. Di norma la malattia colpisce animali dopo i 2 anni di vita, con un picco di incidenza intorno ai 4 anni. L'esordio clinico della malattia è insidioso ed è caratterizzato da modificazioni del comportamento e da aggressività che sono riconoscibili solo a un attento esame del gregge. Il quadro clinico si aggrava con la comparsa di prurito (da cui la denominazione, dall'inglese to scrape, grattare) e atassia. Il prurito è localizzato inizialmente alla regione lombare, diviene poi generalizzato fino alla completa perdita del pelo e alla produzione di escoriazioni e lesioni cutanee profonde. L'atassia si manifesta col tipico andamento trottante.
I meccanismi di trasmissione della scrapie all'interno del gregge non sono ancora completamente chiariti; essa può trasmettersi dalla pecora all'agnello nel periodo prenatale, al momento del parto o durante lo svezzamento. La via orale e la scarificazione della cute sembrano essere le vie d'infezione nella trasmissione orizzontale da pecora a pecora: la placenta proveniente da animali infetti costituirebbe un rischio per gli animali che se ne nutrono, come pure una possibile fonte di contaminazione dei pascoli. Per il controllo della scrapie nella popolazione ovina è stato avviato in tutta la comunità europea un programma di selezione genetica per ridurre il numero di pecore suscettibili alla maggior parte dei ceppi di scrapie. Quanto queste misure saranno in grado di ridurre la scrapie in Europa, e quindi il rischio che possa sorgere una nuova epidemia di EST in animali da allevamento, è difficile da prevedere.