Monomero prionico ad α-elica altamente neurotossico

                                                                                                                                           

 

DIANE RICHMOND

 

 

 

NOTE E NOTIZIE - Anno X – 18 febbraio 2012.

Testi pubblicati sul sito www.brainmindlife.org della Società Nazionale di Neuroscienze “Brain, Mind & Life - Italia” (BM&L-Italia). Oltre a notizie o commenti relativi a fatti ed eventi rilevanti per la Società, la sezione “note e notizie” presenta settimanalmente lavori neuroscientifici selezionati fra quelli pubblicati o in corso di pubblicazione sulle maggiori riviste e il cui argomento rientra negli oggetti di studio dei soci componenti lo staff dei recensori della Commissione Scientifica della Società.

 

 

[Tipologia del testo: RECENSIONE]

 

L’interesse per i prioni è dovuto soprattutto al loro rilievo per la patologia, in quanto causa di encefalopatie spongiformi trasmissibili e di recente reperiti in altri processi patologici, ad esempio nelle placche amiloidi della malattia di Alzheimer. Le malattie da prioni, che colpiscono tanto l’uomo quanto gli animali, rappresentano una categoria sui generis in patologia, perché esistono nelle tre diverse tipologie eziologiche delle malattie sporadiche, genetiche e infettive. Nella massima parte dei casi consistono in processi neurodegenerativi ad esito fatale, per i quali non esistono ancora trattamenti efficaci. Descritte in passato come encefalopatie spongiformi subacute, malattie da virus lenti e demenze trasmissibili, includono lo scrapie della pecora, l’encefalopatia spongiforme bovina (BSE) e le forme umane, ossia la malattia di Creutzfeldt-Jacob (CJD e la variante vCJD), la malattia di Gertsmann-Sträussler-Scheinker, l’insonnia familiare fatale (FFI) e il kuru. Attualmente le forme patologiche causate da prioni si fanno rientrare nella classe delle malattie neurodegenerative da misfolding proteico.

Il polipeptide che, contravvenendo alla regola della biologia molecolare di Watson e Crick, si replica, e per questo motivo ha meritato il nome di prione (prion), ha nella sua forma cellulare prevalentemente una configurazione ad α-elica. Il dominio C-terminale è costituito da tre α-eliche e un breve tratto antiparallelo in β-configurazione. Le eliche 2 e 3 sono stabilizzate da un singolo ponte disolfuro. Vi sono anche due siti di glicosilazione associati all’asparagina. La regione N-terminale è caratterizzata da un segmento che contiene cinque ripetizioni di una sequenza di otto aminoacidi - la cui espansione per mutazione determina lo sviluppo di malattie ereditarie da prioni - e dalla presenza di due siti di legame ad alta affinità per il Cu2+ che possono legare anche lo Zn2+. Evidenze sperimentali suggeriscono un ruolo nel metabolismo e nel trasporto del rame e dello zinco e, probabilmente, la transizione nell’isoforma associata alla patologia disturba questa funzione contribuendo alla neurotossicità[1].

Nelle malattie da prioni, la disfunzione e la morte cellulare sono causate da una particolare forma modificata nella configurazione (misfolded) della proteina prionica (PrP), ma, a differenza di quanto ritenuto fino a tempi recenti, non si può fare la semplice relazione: forma cellulare (PrPC) innocua, forma infettiva (PrPSc) tossica. Fino ad oggi si è ritenuto che le malattie da prioni si sviluppino quando la proteina prionica converte la sua normale struttura ad α-elica in una β-configurazione patologica, e si è attribuita a quest’ultima la tossicità ( Note e Notizie 27-11-10 Nella chimica del prione le basi della suscettibilità al contagio). Si stanno accumulando prove sperimentali di una realtà molto più complessa. La definizione di tutte le forme neurotossiche dei prioni richiederà ancora molto studio, ma per certo si sa che alcune differiscono dalla nota configurazione della forma infettiva (PrPSc).

Zhou e collaboratori, senza fare assunzioni ipotetiche sulla tipologia conformazionale, hanno cercato le forme tossiche della PrP dopo dilution refolding, size fractionation, e valutazione biologica sistematica di tutte le frazioni (Zhou M., et al. Highly neurotoxic monomeric α-elical prion protein. The Proceedings of the National Academy of Science USA [Published online before print doi:10.1073/pnas.1118090109], 2012).

Gli autori dello studio provengono dal Department of Infectology, The Scripps Research Institute, Jupiter, Florida, USA.

La sperimentazione ha mostrato che la specie di PrP più neurotossica (TPrP, da toxic PrP), in vivo e in vitro, è una forma monomerica con alta conformazione ad α-elica.

TPrP causava autofagia, apoptosi e un profilo molecolare straordinariamente simile a quello osservato nel cervello degli animali affetti da encefalopatie spongiformi.

E’ interessante notare che intermedi altamente conformati ad α-elica sono stati descritti per altre proteine amiloidogeniche, anche se il loro significato biologico resta da stabilire.

La sperimentazione condotta da Zhou e collaboratori, ha fornito un’evidenza sperimentale unica del fatto che un monomero α-elica di una proteina amiloidogenica costituisca una specie citotossica. Sebbene PrP tossiche devono ancora essere purificate da cervelli infettati da prioni, TPrP potrebbe essere l’equivalente di una specie di PrP altamente neurotossica generata durante la replicazione dei prioni. In ogni caso, si può osservare che TPrP, in quanto rappresenta una forma misfolded ed altamente neurotossica di PrP, in grado di riprodurre vari elementi della morte neuronica indotta da prioni, potrà costituire un utile modello utile per indagare i meccanismi molecolari della neurodegenerazione causata da queste singolari proteine.

 

L’autrice della nota ringrazia la dottoressa Isabella Floriani per la correzione della bozza e invita alla lettura delle numerose recensioni di lavori di argomento connesso che compaiono nelle “Note e Notizie” (utilizzare il motore interno nella pagina “CERCA” del sito).

 

ALCUNI APPROFONDIMENTI

 

1) Note e Notizie 18-02-12 Aggregati di tau, β-amiloide e sinucleina trasmessi come prioni

2) Note e Notizie 27-11-10 Nella chimica del prione le basi della suscettibilità al contagio

3) Note e Notizie 13-03-10 I prioni proteggono la mielina

4) Note e Notizie 17-10-10 Sviluppo spontaneo della forma infettiva di prione nella FFI

5) Note e Notizie 09-05-09 Il prione nella malattia di Alzheimer

6) Note e Notizie 02-05-09 Interazione prione beta-amiloide nella malattia di Alzheimer

7) Note e Notizie 24-01-09 Il prione ha un ruolo nell’olfatto

8) Note e Notizie 13-09-08 L’interferenza RNA per le malattie da prioni

9) Note e Notizie 25-10-08 I prioni e la barriera fra le specie

10) Note e Notizie 14-06-08 La proteina prionica attenua l’eccitotossicità

11) Note e Notizie 02-10-04 Prione: prove dell’azione patogena

12) Aggiornamenti. Nuove prospettive per l’encefalopatia da prioni. Firenze, 24 luglio 2004, scheda introduttiva: “Lo stato dell’arte di Stanley B. Prusiner”.

 

Diane Richmond

BM&L-18 febbraio 2012

www.brainmindlife.org

 

 

 

 

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[1] Si veda in G. Perrella, Appunti di Neurochimica. BM&L-Italia, Firenze 2006. A lungo la PrP è stata studiata quasi esclusivamente nell’isoforma ritenuta responsabile delle malattie trasmissibili e indicata con PrPSc, ma poi è andato aumentando l’interesse per la forma endogena “cellulare” (PrPC), che ha rivelato il profilo di una glicoproteina di membrana, normalmente espressa sulla superficie di molti tipi cellulari, e maggiormente concentrata nelle aree presinaptiche e post-sinaptiche, incluse le placche neuromuscolari del muscolo striato. La sigla PrPSc deriva dal suo primo isolamento da pecore affette da scrapie (Sc = scrapie). La maggior parte dei ricercatori usa questo acronimo per indicare in generale l’isoforma patologica delle malattie trasmissibili, mentre una minoranza preferisce una maggiore precisione siglando, ad esempio, PrPCJD il prione nella malattia di Creutzfeldt-Jakob. La banca-dati internazionale delle proteine, per il polipeptide umano ha adottato la sigla PRNP e il nome prion protein [Homo sapiens]; sono numerosi i sinonimi in sigla e per esteso in inglese: CD230 antigen, PrP, PrP27-30, PrP33-35C, PRIP, ASCR, CJD, GSS, prion protein, prion related protein, major prion protein, etc.