I prioni costituiscono un gruppo di proteine (PrP, o prion protein) di forma abnormale, codificate dal gene PRNP. Questi agenti infettivi di natura proteica possono causare diverse gravi patologie neurodegenerative nell’uomo e negli animali. Le proteine prioniche sono agenti infettivi, che si differenziano da virus o batteri, in quanto non possono essere distrutti dal calore o dalle radiazioni, e i normali farmaci antivirali e antibiotici non hanno alcun effetto contro di loro.
Malattie Prioniche negli Umani e negli Animali
Tra le malattie causate da prioni, la più comune nell’uomo è la malattia di Creutzfeldt-Jakob, oltre ad altre patologie come la sindrome di Gerstmann-Sträussler-Scheinker, l’insonnia familiare fatale e il kuru. Invece, tra gli animali, i prioni causano l’encefalopatia spongiforme bovina; la scrapie negli ovini e nelle capre; l’encefalopatia spongiforme trasmissibile; la malattia da deperimento cronico nei cervi e nelle alci.
Proteina Prionica Cellulare (PrPC) e la sua Trasformazione
La proteina prionica cellulare, o PrPC, è una proteina di membrana che compare in diverse cellule eucariotiche, e costituisce un’isoforma della proteina prionica. Sebbene il ruolo fisiologico di questa isoforma sia ancora sconosciuto, è altresì appurato che una sua mutazione porti alla comparsa dell’isoforma PrPSc, ovvero la proteina prionica responsabile della malattia di Creutzfeldt-Jakob. L’eziologia genetica non è comunque la sola che può spiegare l’insorgenza della malattia neurodegenerativa, poiché l’infezione può essere causata anche da fattori esogeni, quali farmaci o cibi e strumenti medici contaminati dalla proteina prionica.
Patologia e Sintomi della Malattia di Creutzfeldt-Jakob
Nella malattia di Creutzfeldt-Jakob, i segni patognomonici dell’infezione sono riscontrabili solo nel cervello. Il mutamento più importante riguarda la corteccia cerebrale, spesso insieme alle strutture della materia grigia profonda (nucleo caudato e putamen), che vengono sottoposte ad una trasformazione spongiforme. Questa trasformazione comporta la formazione di minuscoli vacuoli all’interno nel neuropilo e talvolta nel soma dei neuroni. Tramite uno studio microscopico, è possibile constatare come tali vacuoli siano localizzati esattamente nel citoplasma dei processi neuronali. Ulteriori segni patologici, tipici delle fasi più avanzate della malattia, includono perdita neuronale e gliosi. Anche la comparsa delle placche Kuru rappresenta uno dei segni patologici tipici della Creutzfeldt-Jakob. Queste placche sono costituite da depositi extracellulari di amiloide, ovvero un’anormale e patologica aggregazione proteica.
Varianti della Malattia di Creutzfeldt-Jakob
Esistono diverse varianti della malattia di Creutzfeldt-Jakob:
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- Malattia di Creutzfeldt-Jakob sporadica: Di eziologia sconosciuta, si manifesta quando una normale proteina presente nel cervello cambia totalmente conformazione (misfolded protein) trasformandosi in un prione vero e proprio. Nonostante questa sia la variante più comune della malattia di Creutzfeldt-Jakob, è comunque considerata una malattia rara che colpisce 1 o 2 persone ogni milione all’anno nel Regno Unito.
- Malattia di Creutzfeldt-Jakob variante: Si riferisce all’infezione da prione contratta a causa dell’ingestione di carne di bovino affetto da encefalopatia spongiforme bovina (BSE), o morbo della mucca pazza. Il periodo di incubazione di questa infezione potrebbe essere molto ampio (più di dieci anni), mentre l’età media della comparsa dei sintomi è ancora dibattuta.
- Malattia di Creutzfeldt-Jakob familiare o ereditata: È una variante molto rara di eziologia genetica che colpisce all’incirca 1 persona su un milione all’anno nel Regno Unito. Nei pazienti affetti da questa malattia, il gene PRNP codificante le proteine prioniche possiede una mutazione ereditata dai genitori che causa la comparsa delle proteine nel cervello in età adulta, scatenando la comparsa dei sintomi della Creutzfeldt-Jakob.
- Malattia di Creutzfeldt-Jakob iatrogenica: Si dice iatrogenica quando l’infezione si trasmette da un individuo all’altro attraverso interventi chirurgici o trattamenti medici.
Scoperta della Correlazione tra Infezione da Prioni e Malattia di Creutzfeldt-Jakob
La correlazione definitiva tra l’infezione da prioni nei bovini e la malattia di Creutzfeldt-Jakob nell’uomo fu scoperta nel 1996 dal biochimico e neurologo statunitense Stanley Ben Prusiner, che per questa scoperta verrà successivamente insignito del premio Nobel nel 1997. In seguito a questa scoperta, il Regno Unito intensificò i controlli sulla carne bovina, per scongiurare ulteriori casi di infezione in animali e uomini. Ad oggi, sono attive in Europa diverse misure di controllo riguardo l’allevamento e la macellazione di bovini. In Italia, tali norme sono legalizzate dal Regolamento CE n.
Trasmissione Iatrogenica e Misure di Prevenzione
In passato, una comune causa della malattia di Creutfeldt-Jakob iatrogenica era il trattamento a base di ormone della crescita, o GH, prelevato da pazienti infetti deceduti. Proprio per queste ragioni, dal 1985, si adopera l’utilizzo di ormone della crescita sintetico, azzerando così il rischio di contrarre la malattia. Un altro fattore di rischio è rappresentato dagli strumenti chirurgici che vengono utilizzati da un paziente all’altro senza essere accuratamente sterilizzati. Oggigiorno, il rischio di contrarre la malattia di Creutzfeldt-Jakob iatrogenica è davvero molto raro.
Progressione e Sintomi della Malattia
La Creutzfeldt-Jakob è una malattia che compromette le funzioni neuronali dal momento che il numero di neuroni si riduce drasticamente con l’avanzare della patologia. Con l’avanzare della malattia, i sintomi peggiorano inevitabilmente. In molti casi, lo stato comatoso rappresenta il culmine di questo peggioramento, con il paziente che giunge ad exitus generalmente nell’arco di un anno. Insufficienza cardiaca o respiratoria, polmonite ed altre infezioni sono le cause più comuni che portano il paziente alla morte. Nella malattia di Cretutzfeldt-Jakob variante, i sintomi compaiono precocemente e generalmente si protraggono fino a 14 mesi. Nella variante, i sintomi psichiatrici si presentano in maniera più importante sin dall’inizio, con la comparsa di demenza (perdita di memoria, ragione e pensiero) che si manifesta più tardi nel corso della patologia.
Trattamento e Gestione dei Sintomi
Al giorno d’oggi, non esiste alcuna cura per la malattia di Creutzfeldt-Jakob. L’unico percorso terapeutico percorribile risulta essere quello dell’alleviamento del dolore e dei sintomi in generale tramite antidolorifici o psicofarmaci per combattere ansia e depressione.
Caratteristiche non Convenzionali del 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).
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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.
Proteina Prionica Patologica (PrPEST) e Cellulare (PrPC)
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.
Meccanismo di Replicazione del Prione
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.
Ceppi di Prioni e Metodi di Studio
Come per altri agenti microbici, esistono vari ceppi di prioni che, in mancanza di un acido nucleico specifico, possono essere isolati e caratterizzati solo mediante le caratteristiche cliniche, biochimiche e neuropatologiche che inducono negli animali da laboratorio. Ogni ceppo produce nel topo (o in altri roditori) un caratteristico tempo di incubazione, un pattern elettroforetico della PrPEST e una specifica distribuzione delle lesioni (in particolar modo la spongiosi) nel cervello. Con questa metodica sono stati isolati circa venti ceppi di scrapie, uno o forse due di encefalopatia spongiforme bovina, e almeno tre distinti ceppi di malattia di Creutzfeldt-Jakob. Lo studio di queste patologie si avvale di modelli animali, transgenici e non transgenici.
Diffusione del Prione nell'Organismo
Studi condotti con modelli sperimentali di scrapie dimostrano che in seguito a infezione sperimentale per via periferica (endovenosa, intraperitoneale, intramuscolare, sottocutanea oppure orale) l'agente si diffonde nell'organismo attraverso la via ematica, dando inizio a una prima fase replicativa nelle cellule follicolari dendritiche dei tessuti linfatici (milza, linfonodi, tonsille, placche di Peyer dell'intestino). Dagli organi linfatici attraverso i nervi periferici, mediante il trasporto assonale, il prione raggiunge il midollo spinale e quindi l'encefalo, dove continua a replicarsi provocando la formazione di PrPEST e le tipiche lesioni neuropatologiche, quindi l'insorgenza dei sintomi clinici e la morte dell'animale.
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Approcci Terapeutici e Prevenzione
L'origine endogena della PrPEST e la mancanza di anticorpi anti-PrPEST negli animali infetti hanno per anni indotto a credere che non fosse possibile attuare terapie immunologiche nelle EST. Tuttavia, recenti studi hanno evidenziato che la somministrazione di anticorpi anti-PrPC rallenta la formazione di PrPEST negli animali infetti con conseguente ritardo della comparsa di segni clinici. Sarebbe quindi possibile 'vaccinarsi' contro i prioni se si riuscisse a superare la tolleranza immunologica che ogni organismo mette in atto verso proteine endogene, quale di fatto è la PrPC. Questo ostacolo pare possa essere superato introducendo, con tecniche di ingegneria genetica, la PrPC in batteri che sarebbero in grado di aggirare la tolleranza immunologica dell'ospite. Tra gli approcci terapeutici più tradizionali vi è la sperimentazione di farmaci o molecole attive, basati sul presupposto che la PrPEST rappresenti l'elemento patogenetico principale e quindi indirizzati sia alla destabilizzazione della PrPEST e alla disgregazione degli accumuli di essa sia alla stabilizzazione della PrPC.
Encefalopatia Spongiforme Bovina (BSE)
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.
Misure di Prevenzione e Controllo della BSE
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.
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.
Trasmissione e Controllo della Scrapie
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.
La seguente tabella riassume le principali encefalopatie spongiformi trasmissibili:
| Malattia | Specie colpita | Modalità di trasmissione |
|---|---|---|
| Encefalopatia Spongiforme Bovina (BSE) | Bovini | Ingestione di mangimi contaminati |
| Scrapie | Ovini e Caprini | Trasmissione orizzontale e verticale |
| Malattia di Creutzfeldt-Jakob (MCJ) | Umani | Sporadica, genetica, iatrogenica, variante (BSE) |
| Kuru | Umani | Pratiche di cannibalismo (storico) |