informe priones
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Facultad medicina humana
Escuela académica profesional – tecnología médica
CURSO: BIOLOGÍA
DOCENTE: GIANCARLO TORRES GAMARRA
ESTUDIANTE: ARIAS AYALA JOSE
GALVAN CRISOSTOMO GIANCARLO
HORMAZA CACERES KEVIN BRIAN
NOVIEMBRE - 2013 - II
HUANCAYO – PILCOMAYO
SEMESTRE I
DEDICATORIA:
EL Presente trabajo está dedicado a nuestros padres; que cada día lo dan todo por
forjarnos un mejor futuro, haciendo un esfuerzo por apoyarnos de la mejor manera
posible, dejando en ello su tiempo y poniendo sus esperanzas en nosotros.
INDICE:
INTRODUCCIÓN
CAPITULO 1
1.1 HISTORIA Y ESTRUCTURA
1.1.1 Reseña historia
1.1.2 Estructura primaria de la PrP
1.1.3 Morfología estructural de la PrP
CAPITULO 2
2.1 LOCALIZACION, EXPRECION Y TEORIAS DEL CAMBIO CONFORMACIONAL
2.1.1 Localización y expresión de la PrP
2.1.2 Potenciales funciones de la PrPC
2.1.3 Teorías del cambio conformacional de los priones
2.1.3.1 Desestabilización de la PrPC debida a mutaciones del gen PRNP
2.1.3.2 Interacciones moleculares entre PrPC y PrPSc
2.1.3.3 Procesos postraduccionales
2.1.3.4 Glicosilación de la PrPC
2.1.3.5 Intermediario de plegado de la PrP
2.1.4 Rol de la hélice 1 en la patogénesis
CAPITULO 3
3.1 ENFERMEDADES CAUSADAS POR PRIONES
3.1.1 Historia
3.2 Etiología Y Caracterización De Las Enfermedades Por Priones
3.3 Neuroinvasión
3.4 Clasificación De Las Enfermedades Priónicas Humanas
3.4.1 Enfermedad De Creutzfeldt-Jakob
3.4.1.1 Epidemiología
3.4.1.2 Características Clínicas
3.4.1.3 Nueva Variante De La Enfermedad De Creutzfeldt-Jakob
3.4.1.4 Neuropatología
3.4.2 Enfermedad De Gertsmann – Straussler – Scheinker
3.4.3 Kuru
3.4.4 Insomnio Familiar Fatal (Iff)
3.5 Similitud Con Otras Enfermedades Neurodegenerativas:
3.6 Tratamiento
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
INTRODUCCIÓN
Existe un grupo de enfermedades degenerativas del sistema nervioso central (SNC), que
afectan al ser humano y a algunos animales, que poseen carácter transmisible y que se
manifiestan mediante diversas formas clínicas. Desde el punto de vista patológico, se
caracterizan por presentar astrocitosis reactiva, lesiones vacuolizantes (espongiformes)
y depósitos amiloideos, en ausencia de reacción inflamatoria; entre su sintomatología
se incluyen ataxia, temblor generalizado, alteraciones de la memoria, pérdida de
coordinación, detrimento de las habilidades cognitivas, disfunción motora, demencia
progresiva e, infaliblemente, la muerte. En conjunto, dichas cuadros patológicos se
conocen bajo el nombre de enfermedades neurodegenerativas transmisibles,
encefalopatías espongiformes transmisibles (EETs), o simplemente enfermedades
causadas por priones o prionopatías (EPRs). En el ser humano, las más destacadas son
el kuru, la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ), el insomnio familiar fatal (IFF), la
angiopatía amiloide cerebral causada por priones (AAC-PRP) y el síndrome de
Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), y en animales, la encefalopatía espongiforme
bovina (EEB, conocida vulgarmente como “mal de la vaca loca”) y el scrapie (o prurito
lumbar) en ovinos, siendo esta última la enfermedad en la que se han centrado la mayor
parte de los estudios experimentales. A pesar de su capacidad de transmisión, no se ha
demostrado convincentemente que estas patologías estén causadas por ningún agente
microbiano convencional, y se supone que son ocasionadas por una proteína
denominada “prión” (Prusiner, 1991 y 1995).
Un prión se define como un agente patógeno infeccioso de estructura estrictamente
proteica, resistente a los procedimientos que modifican o hidrolizan los ácidos nucleicos
(Tyler et al, 1995). El término fue introducido por Prusiner en 1982, con el propósito de
destacar que se trata de agentes distintos de virus y viroides. Justamente, la palabra
prión resulta ser el apócope de la expresión proteinaceous infectious particles –del
inglés: partícula proteica infecciosa- (Prusiner, 1987). Resultan sorprendentes dos
hechos relacionados con estos procesos patológicos: en primer lugar, que el agente
causal de la enfermedad sea una proteína transmisible que se multiplica en el huésped
y que no se halla asociada a ácidos nucleicos, por lo que no parece un componente
estructural o enzimático de un microorganismo o agente biológico convencional (virus,
viroide u otro), y en segundo lugar, aparentemente, en contradicción con el anterior,
algunas de las enfermedades englobadas en esta clasificación pueden presentarse de
tres modos distintos: esporádicamente, por infección exógena o como una enfermedad
familiar (genética, heredable), siendo todas las formas transmisibles
experimentalmente.
Sin embargo, ambos hechos podrían tener una explicación común. Las células del ser
humano y de los animales producen en condiciones fisiológicas una proteína normal de
elevada homología en todas las especies estudiadas, de 253-254 aminoácidos (33-35
kDa de masa); esta proteína se ha denominado PrP (proteína del prión). Si bien se
desconoce su función fisiológica, se ha postulado que podría estar relacionada con el
desarrollo neuronal, dado que su expresión es más abundante en las células del SNC que
en otros tejidos. No obstante, animales transgénicos en los que se ha suprimido el gen
que la codifica presentan un desarrollo normal. La proteína, también denominada PrPC
(c por celular), es procesada y exportada a la superficie celular, donde se une a un
residuo de fosfatidilinositol glucosilado (GPI). Posteriormente, la proteína podría ser
endocitada en vacuolas citoplásmicas y ser catabolizada o bien regenerada, volviendo a
la superficie. En las preparaciones del tejido cerebral de los animales con scrapie se
detectó una proteína con características fisicoquímicas diferentes a la PrPC, ya que era
resistente a las proteasas y a otras sustancias con actividad proteolítica (Bolton et al,
1982; McKinley et al 1983) y capaz de formar agregados y depósitos fibrilares (Prusiner
et al, 1983; Merz et al, 1981). Presentaba la misma secuencia de aminoácidos que la PrP
normal (PrPC), pero había sufrido un cambio conformacional (de plegamiento) que
podría justificar las diferencias con aquel, y se la denominó PrPSc (sc por scrapie). En las
demás enfermedades degenerativas transmisibles se han hallado proteínas con estas
características: igualdad de secuencia y cambio conformacional respecto a la PrPC se
han denominado según la enfermedad PrPECJ, PrPGSS y otras, pero algunos autores,
dada la homología de la secuencia primaria entre todas ellas, las denominan
colectivamente PrPSc. Esta proteína constituiría el prión. Además de las evidencias
epidemiológicas, estas enfermedades (humanas y animales) se han podido transmitir a
animales de experimentación, inicialmente ovejas y cabras. La posibilidad de transmitir
el scrapie a pequeños roedores de laboratorio y reducir el tiempo de incubación de la
enfermedad facilitó el análisis empírico de estos procesos (Kimberlin et al, 1977) y la
obtención de cantidades sustanciales de proteína altamente purificada, y se observó
que la proteína depositada intracelularmente es la PrP 27-30 (27-30 kDa), que es un
fragmento (proteasa resistente con 67 aminoácidos menos) de la PrPSc (de 33-35 kDa).
La PrP 27-30 sería un catabolito de la PrPSc; ambas son capaces de transmitir y
reproducir la enfermedad (Pablos-Méndez et al, 1993). Como se ha señalado, no existen
diferencias en la secuencia de aminoácidos entre la PrPC y la PrPSc de una misma
especie animal (y escasa diferencia interespecífica; aproximadamente 5-30
aminoácidos), ni tampoco se han detectado diferencias en la organización del gen en
animales sanos o enfermos, lo que implicaría que la diferencia entre ambas no es una
mutación, sino un plegamiento diferente de la proteína elaborada (Oesch et al, 1985).
En el presente trabajo, se discutirán los puntos de mayor relevancia concernientes a la
proteína prión humana, en cuanto a su estructura, composición, localización y posibles
funciones, con la finalidad de confluir en la problemática del plegado proteico y su
impacto en el desarrollo de patologías neurodegenerativas asociadas al cambio
conformacional de la proteína en cuestión. Para ello, se recabará información
bibliográfica en la cual se discuta en profundidad cuestiones biofísicas inherentes a la
PrP, de modo de fundamentar nuestras observaciones en base al estudio minucioso y
experimental de la bioquímica de esta macromolécula.
CAPITULO 1
1.1 HISTORIA Y ESTRUCTURA
1.1.1 Reseña historia
A mediados del siglo XVIII, se manifestaron las primeras referencias de enfermedades
espongiformes transmisibles, cuando ganaderos europeos describieron una
enfermedad neurodegenerativa letal que afectaba a ovejas y cabras, la cual fue
denominada “tembladera” (en inglés, scrapie). El cerebro de estos animales presentaba
un aspecto de "esponja", del cual deriva el término "espongiforme". Recién a principios
del siglo XX, se detallaron los primeros casos de encefalopatía espongiforme en
humanos, padecimiento que fue bautizado como enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
Posteriormente, se demostró que estas enfermedades eran transmisibles. El
descubrimiento del agente patógeno fue atribuido a Stanley Prusiner en 1982, quien
demostró que se trataba de partículas puramente proteicas, libres de ácidos nucleicos,
y designó al agente infeccioso con el nombre de prión. Gracias a este descubrimiento,
le fue otorgado el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, en 1997. Aunque la naturaleza
del agente infeccioso aún era una incógnita, Prusiner sometió los priones a distintos
tratamientos con el fin de alterar las proteínas, de modo tal de perturbar su capacidad
infecciosa. Observó que perdían infectividad una vez tratados con fenol (agente
desnaturalizante de proteínas, pero no de ácidos nucleicos), aunque eran resistentes a
algunos de los procesos de degradación proteica, en particular, al tratamiento con
proteasas. Sin embargo, si los sometía a la acción de enzimas que atacaban a los ácidos
nucleicos (ADN y ARN nucleasas), radiación UV o a la modificación con hidroxilamina, las
partículas no perdían infectividad. Estos estudios llevaron a concluir que los priones eran
partículas patógenas de naturaleza proteica y sin asociación a ácidos nucleicos (Prusiner,
1982). Este investigador consiguió, más adelante, infectar ratones con el prión de la
tembladera, logrando un modo para reproducirlos, aislarlos y estudiarlos más a fondo
(Prusiner, 1984).
1.1.2 Estructura primaria de la PrP
La proteína prión celular humana (hPrPC o simplemente PrPC) consta de 253
aminoácidos y, mediante secuenciación proteica y espectrofotometría de masas, se ha
establecido que la PrPSc también contiene la misma cantidad de residuos, idénticos a
los que se deduce de la secuencia del gen que codifica para la proteína prión normal.
Ambas isoformas son codificadas por un único gen llamado PRNP, que en el ser humano
se localiza en el brazo corto del cromosoma 20 (Caughey et al, 1988; Chesebro et al,
1985; Oesch et al, 1985). Este gen está presente en mamíferos, aves e incluso en los
reptiles y la secuencia de aminoácidos para la cual codifica ha mantenido gran
homología en la escala filogenética.
PrPC y PrPSc poseen un peso molecular aparente de 33-35 kDa en geles de SDS
poliacrilamida. Después del tratamiento con proteínasa K (serin hidrolasa de amplio
espectro para la digestión general de proteínas en muestras biológicas), PrPSc se acorta
a un tamaño de 27-30 kDa, en tanto que PrPC desaparece como consecuencia de la
digestión.
La PrPC es sintetizada en los ribosomas del retículo endoplásmico (RE) y es translocada
de manera cotraduccional al interior de esta organela, debido a la acción de una
secuencia señal constituida por los primeros 22 aminoácidos del extremo amino
terminal (N-terminal) de la proteína (Hölscher et al, 2001). Una vez dentro del RE, la
secuencia señal (residuos 1-22) es escindida en forma proteolítica, como parte del
procesamiento postraduccional normal al cual es sometido la proteína. De igual forma,
ocurre la eliminación de 22 aminoácidos de su extremo carboxilo terminal (Cterminal).
Luego del procesamiento de los fragmentos N- y C- terminales, tanto PrPC como PrPSc
poseen un total de 209 residuos. El dominio C-terminal, un segmento altamente
hidrofóbico, contiene una señal para la incorporación de una o dos cadenas de
oligosacáridos conocidas como glicosilfosfatidilinositol (GPI), probablemente en la
serina número 231 (Prusiner, 1982, 1984, 1995, 1998; Coria, 2002). El GPI se une
covalentemente a los lípidos de la membrana plasmática de las células, de manera que
la proteína queda expuesta al medio extracelular. Cerca del extremo N-terminal, se
localiza una región que contiene de 5 a 6 repeticiones en tandem del octapéptido
PHGG(G/S)WGQ (entre los residuos 60 y 93), rico en aminoácidos prolina y glicina.
Además, posee una secuencia homóloga que ha perdido un residuo de histidina
(PQGGGGWGQ, entre los residuos 52 y 60). Este dominio, junto con dos residuos de
histidina en las posiciones 96 y 111, constituye un sitio de unión de Cu2+. Por otra parte,
el dominio N-terminal posee además una secuencia palindrómicas, AGAAAAGA, que
podría estar involucrada en la fribrillogénesis (Jobling et al, 1999). Continuando con el
análisis de la secuencia aminoacídica, luego de las repeticiones octapeptídicas, la PrP
posee un segmento central, altamente conservado, rico en aminoácidos hidrofóbicos
(aminoácidos 110/113 a 128). Esta secuencia constituye un dominio transmembrana. La
PrPC muestra dos sitios susceptibles de glicosilación. Como se analizará posteriormente,
este evento postraduccional se produce particularmente en forma de N-glicosilación, en
las asparaginas 181 y 197. Por último, cabe destacar la formación de un único puente
disulfuro entre los residuos de cisteína 179 y 214.
1.1.3 Morfología estructural de la PrP
En condiciones normales, la molécula de PrPC adopta una disposición enmadejada,
plegada en múltiples hélices (espirales o cilíndricas) denominadas hélices-α. Dado que
no ha sido posible producir cristales de la proteína priónica, la estructura tridimensional
de la PrPC se ha estudiado principalmente por resonancia magnética nuclear (RMN).
Estos estudios señalan que la hPrPC posee un dominio desestructurado N-terminal, que
involucra por los residuos 23-119, y un dominio globular C-terminal, que se extiende
desde el aminoácido 125 hasta el 231. Este último dominio presenta tres estructuras α-
hélice en los residuos 143-153, 171-192 y 199-226 (H1, H2 y H3, respectivamente), y dos
láminas β-plegada antiparalelas localizadas en los residuos 128-131 y 160-163 (S1 y S2,
respectivamente) (James et al, 1997; Riek et al, 1997). Además, puede ser dividido en
dos subdominios: un subdominio largo en forma de hebilla (hairpin), constituido por la
H1 y las láminas antiparalelas, y un subdominio puramente alfa helicoidal, que contiene
las estructuras H2 y H3 (Jamin et al, 2002). Asimismo, dentro de este dominio C-terminal,
se han localizado tres regiones de irregularidad estructural: la primera consta de un asa
compuesta por los aminoácidos 167-171, la segunda comprende a los aminoácidos 187-
194 y la tercera, a los residuos 219-228.
Por otra parte, estudios de un PrP sintético han demostrado la existencia de una región
adicional que no se dispone en hélice-α, la cual está comprendida por los residuos 90-
145. Dentro de esta secuencia, los aminoácidos 113-128 están muy conservados, y como
ya se ha mencionado, corresponden a una región transmembrana.
PrPC y PrPSc han podido ser diferenciadas experimentalmente gracias a que ambas
isoformas difieren notablemente en sus propiedades fisiológicas y conformacionales.
Estudios de dicroísmo circular (CD) en el UV lejano, han permitido determinar la
composición en cuanto al contenido de estructura secundaria presente en cada una
variantes, permitiendo su fácil diferenciación: PrPC está compuesta por un 42% de
estructuras α-hélices y un 3% de láminas β-plegada, mientras que PrPSc está formada
por un 43% de hojas β-plegada y 30% de hélices α.
La Figura 1 muestra los espectros característicos de CD en el UV lejano para las isoformas
evaluadas.
Figura 1. Espectros de CD en el UV lejano característicos de PrPC y PrPSc. El espectro de línea llena
corresponde a la isoforma normal caracterizada por un alto contenido de a -hélices. Se observan las
bandas típicas de este tipo de estructura secundaria: bandas negativas a 208 y 222 nm y banda positiva a
190 nm. El espectro de línea punteada correponde a la isoforma scrapie caracterizada por un alto
contenido de hojas-b. Se observan las bandas típicas de láminas beta: banda negativa a 215-218 nm y
banda positiva en torno a los 195 nm. Adaptado de Baskakov et al, 2004.
Figura 2. Modelos postulados para la estructura terciaria de PrPC y PrPSc. [A]: Estructura tridimensional
de la PrPC. N-t: extremo amino terminal; C-t: extremo carboxilo terminal; H1, H2 y H3: regiones de
estructura secundaria en a - hélice; S1 y S2: hojas b antiparalelas 1 y 2. Propuesto por Huang et al, 1994.
[B]: Modelo tridimensional de la PrPSc, propuesto por Huang et al, 1996. Adaptado de Prusiner, 1996.
La Figura 2 muestra las estructuras tridimensionales propuestas para las isoformas
anteriormente mencionadas. En la Tabla 1 se apuntan las diferencias más significativas
existentes entre ambas.
CAPITULO 2
2.1 LOCALIZACION, EXPRECION Y TEORIAS DEL CAMBIO CONFORMACIONAL
2.1.1 Localización y expresión de la PrP
La PrPC puede hallarse anclada a las membranas plasmáticas celulares, habiéndose
reportado la mayor concentración en las neuronas, particularmente en las membranas
pre y post-sinápticas, lo que sugiere que posee importancia en el funcionamiento de
éstas (Brown, 2001). También se ha encontrado en las células dendríticas, en las uniones
neuromusculares, en varios tejidos periféricos y en los leucocitos (Brown et al, 1997). En
el cerebro de ratones y embriones de pollo, el mRNA de la PrP se detecta al comienzo
de la embriogénesis, incrementándose sus niveles en dichas localizaciones a medida que
tiene lugar el desarrollo embrionario. En el sistema nervioso central (SNC) de animales
adultos, la PrP y su mRNA están ampliamente distribuidos, aunque se concentran
particularmente en la región neocortical y el hipocampo, en las células de Purkinje del
cerebelo y en las neuronas motoras espinales (Rodriguez Ferri, 2001). Por otra parte,
estudios recientes han demostrado que esta isoforma normal de la PrP se expresa
considerablemente en las células del epitelio intestinal, distribuyéndose
predominantemente sobre la membrana apical de este tipo celular. Esto permitiría
explicar cómo, durante la ingestión oral, la PrPSc exógena es capaz de propagarse desde
el tracto gastrointestinal al sistema nervioso, debido a su interacción y posterior
conversión de la PrPC del epitelio del huésped (De Keukeleire et al, 2007).
Por su parte, la PrPSc, puede localizarse dentro de la célula, en estructuras del sistema
endocítico, y extracelularmente, formando placas amiloides. Según se desprende del
uso de ratones transgénicos, esta isoforma se localiza en el cerebro, principalmente en
el interior de las neuronas. Además, puede presentarse en tejido nervioso, muscular y
en células del sistema inmunitario (Horiuchi et al, 2004). Por otra parte, mediante
estudios de inmunofluorescencia efectuados sobre cultivos de células infectadas, se ha
verificado cierta acumulación de la isoforma en el aparato de Golgi. También se ha
localizado PrPSc a nivel endosómico y lisosómico. Otra técnica aplicada al estudio del
prión scrapie (tanto de origen infeccioso como mutante), es la tinción inmune con oro
en la superficie celular.
2.1.2 Potenciales funciones de la PrPC
Actualmente, las funciones biológicas de PrPC son poco claras. Sin embargo, dado que
su secuencia aminoacídica es altamente conservada entre especies, se sugiere que
posee especial importancia en procesos fisiológicos. Como ya se ha mencionado, ésta
proteína liga iones de cobre, lo cual estimula la endocitosis de la PrPC desde la superficie
celular de manera rápida e irreversible (Quaglio et al, 2001). Esto indicaría la posibilidad
de que esta proteína funcione como receptor celular de Cu2+, asignándole un papel
activo en la homeostasis de este catión implicado en procesos de óxido reducción
(Brown et al, 2001).
Además, se ha propuesto que la función de PrPC es “suavizar” las respuestas de las
neuronas para evitar el daño que les causaría estar activas demasiado tiempo. Es decir,
actúa como transductor de señales intracelulares para la protección de las células
nerviosas. De este modo, tanto la falta de estas proteínas como su funcionamiento
incorrecto, causarían la pérdida de dicha función protectora. Esto último constituiría
parte del motivo por el cual, en prionopatías, las neuronas de los pacientes mueren. Y
con ellas, los propios enfermos (Martins et al, 2002).
Otros estudios relacionan la PrPC con la señalización en la superficie celular o con
mecanismos de adhesión célula-matriz extracelular, debido a su unión a la membrana
plasmática a través del GPI, anteriormente mencionada. También se la ha relacionado
con la posibilidad de que esté involucrada en el fenómeno de potenciación a largo plazo
y en procesos fisiológicos del sueño (Martins et al, 2002). Asimismo, se sabe que PrPC
es capaz de unirse a la proteína precursora al receptor de laminina (LPR), glicoproteína
estructural más abundante en la membrana basal (Rieger et al, 1999).
2.1.3 Teorías del cambio conformacional de los priones
Tal como ya se ha mencionado, el evento cardinal y factiblemente causal de las EPRs es
el cambio de la conformación de la PrPC a la de la proteína prión anómala o “scrapie”
PrPSc, por lo que, actualmente, la mayoría de las investigaciones sobre la etiología de
las EPRs se han encaminado en la elucidación de este fenómeno. La conversión de PrPC
en PrPSc resulta ser un evento postraduccional que ocurre una vez que la proteína
“normal” PrPC ha alcanzado su localización en el dominio extracelular de las membranas
neuronales, o inclusive, más tarde, durante el transporte vesicular de la PrP al interior
de la neurona (Weissmann et al, 1999). Debido a la existencia de diversos mecanismos
de adquisición de las EPRs –hereditario, esporádico e infeccioso- se han propuesto varias
teorías que pretenden explicar el cambio conformacional, las cuales se mencionan a
continuación.
2.1.3.1 Desestabilización de la PrPC debida a mutaciones del gen PRNP
Las variantes hereditarias de las EPRs son causadas por mutaciones puntuales del gen
PRNP, las cuales se manifiestan en la sustitución de un residuo aminoacídico por otro en
la proteína madura (Cohen et al, 1999) o por la inserción de repeticiones octapeptícicas
(Fernandez-Escamilla et al, 2004). Además, se ha propuesto que la localización de
aminoácidos incorrectos, especialmente en los dominios α-hélice, desestabilizaría la
estructura terciaria de la PrPC, acrecentando la posibilidad de que la hélice afectada y
sus vecinas se replieguen dando origen a nuevas estructuras en lámina β-plegada,
inexistentes en la forma normal (Prusiner et al, 1982). Hasta la fecha, si bien se han
caracterizado alrededor de 30 mutaciones en familias con EPRs, únicamente el 10% de
los casos reportados son de origen hereditario, por lo que la mayoría se consideran
ocasionales o de naturaleza infecciosa, y además, no evidencian ningún tipo de
mutación en el gen, ni modificaciones en la secuencia de aminoácidos de la proteína
(Prusiner et al, 1982). Debido a lo anteriormente postulado, esta teoría no resultaría
estar lo suficientemente argumentada como para explicar el cambio conformacional del
90% de los casos restantes (Liemann et al, 1999). Para probar la validez de esta teoría
en las EPRs hereditarias, se ha estudiado la estabilidad termodinámica de ocho
diferentes PrPC cuya secuencia difiere únicamente en un aminoácido. Si bien se ha
demostrado que estas mutaciones puntuales están asociadas a EPRs, ningún cambio
aminoacídico causa la inestabilidad suficiente para provocar el cambio de conformación
característico de la PrPSc, por lo que se sugiere que la desestabilización de la PrPC no es
el mecanismo causal de la formación de la isoforma patológica en las variantes
hereditarias (Liemann et al, 1999).
2.1.3.2 Interacciones moleculares entre PrPC y PrPSc
Esta teoría supone dos modelos posibles: En primer lugar, el denominado “Modelo de
Nucleación”, postula que la isoforma “normal” PrPC se encuentra en equilibrio
conformacional con la isoforma patológica PrPSc, o bien, con un precursor de ésta. En
este sentido, si bien la estructura de PrPC sería la favorecida, el cambio conformacional
constituiría un proceso estocástico que tendría su origen cuando unas cuantas
moléculas de conformación anormal actúan como una semilla o núcleo capaz de inducir
un cambio masivo sobre moléculas normales, convirtiéndolas en moléculas con la
conformación anómala (Aranda et al, 1992) y es el resultado de interacciones directas
entre la PrPC y la PrPSc (Prusiner et al, 1995) (Figura 9A). Una vez que se inicia la
transformación, ésta se propaga como una reacción en cadena, y debido a la
insolubilidad que caracteriza a las moléculas de PrPSc, éstas se depositan en el
citoplasma neuronal, formando extensos agregados y causando efectos citotóxicos (Pan
et al, 1993). Por otro lado, un segundo modelo conocido como “Modelo de
Plegamiento”, plantea que la conversión de la PrPC requiere que ésta se encuentre
desplegada y que se vuelva a plegar de manera anormal, bajo la influencia de una
molécula de PrPSc (Georgieva et al, 2004) (Figura 3). Este proceso involucraría atravesar
una barrera energética muy grande (Weissmann et al, 1999). La presencia de la PrPSc
que iniciaría este proceso estaría adjudicada a una infección o a la transformación
ocasional de moléculas PrPC (Satheeshkumar, 2004). Este modelo ha sido sustentado en
estudios in vitro en los cuales se ha reportado que la PrPC, conformada
mayoritariamente por estructuras α-hélice, es capaz de modificar espontáneamente su
conformación hacia estructuras β-plegada, que constituyen la PrPSc.
Figura 3. Esquema de las dos teorías que postulan que las interacciones moleculares entre PrPC y PrPSc
son la base del cambio conformacional de los priones. [A]: Modelo de nucleación; [B]: Modelo de
plegamiento. Modificado de Masters and Beyreuther, 1997.
Como implicación inmediata de estos dos modelos del cambio conformacional, se intuye que es necesaria
la presencia de la PrPC en el huésped para que pueda ser establecida una infección. Esto fue corroborado
por Prusiner en 1982, al demostrar la resistencia de ratones con el gen PRNP suprimido, y que por lo tanto,
no producían PrPSc al ser infectados por scrapie (Prusiner et al, 1992).
2.1.3.3 Procesos postraduccionales
Dado que no se han encontrado diferencias químicas entre la PrPC y la PrPSc, se
presume la existencia de otros fenómenos implicados en el cambio conformacional y en
la agregación de la PrP. Esto permite explicar el carácter patológico de las prionopatías
a través de las modificaciones postraduccionales de la PrP. Una proteína no es
biológicamente activa hasta que adquiere la conformación plegada nativa, determinada
por su secuencia de aminoácidos. La cadena polipeptídica adopta de forma espontánea
dicha conformación cotraduccional o postraduccionalmente -durante o después de su
síntesis-. De este modo, el mensaje genético lineal del que esportador el ARN mensajero,
se convierte en una estructura tridimensional específica del nuevo polipéptido
sintetizado. Sin embargo, en muchos casos, se requiere que la cadena polipeptídica -
recién sintetizada- experimente una modificación postraduccional. De este modo, la
proteína adopta su conformación nativa respectiva. A estos cambios, se les denomina
modificaciones postraduccionales y dependen de la naturaleza de la proteína. Uno de
los mecanismos postraduccionales de mayor importancia en la fisiopatogénesis de las
EPRs es la glicosilación.
2.1.3.4 Glicosilación de la PrPC
La glicosilación consiste en la formación de un enlace glicosídico, catalizada
enzimáticamente, entre un oligosacárido y proteínas o lípidos. Las proteínas glicosiladas
o glicoproteínas poseen funciones importantes en membranas, lisosomas y en el espacio
extracelular, participando principalmente como moléculas de reconocimiento celular.
En contraste, pocas proteínas citosólicas se encuentran glicosiladas. Las glicoproteínas
contienen una o más cadenas de carbohidratos, que pueden clasificarse de acuerdo al
aminoácido al que se une el azúcar: de tipo Nglicosídico, si se enlaza sobre una
asparagina (Asn) o de tipo O-glicosídico, cuando la transferencia afecta un residuo de
serina (Ser) o treonina (Thr). La PrPC posee dos sitios propicios para la N-glicosilación,
en los residuos de asparagina 181 y 197. Estos sitios pueden ser glicosilados en forma
variable, dando origen a cuatro glicoformas de dicha proteína. Una de estas formas está
doblemente glicosilada, dos son monoglicosiladas y una no se encuentra glicosilada
(Clausen et al, 1996). Los oligosacáridos unidos a la PrPC establecen formas ortogonales,
con carga negativa. Éstos cubren a la proteína impidiendo, por efecto estérico,
interacciones intra o intermoleculares. El hecho que la PrP contenga tal variedad de
complejos oligosacarídicos, sugiere que se modifican las propiedades que distinguen
entre la PrPC y PrPSc. Sin embargo, células tratadas con un inhibidor de la glicosilación,
como la tunicamicina, produjeron especies simples de la PrP no glicosiladas, pero
resistentes a proteasas. En este experimento se concluyó que la N-glicosilación no es
esencial para la síntesis de la PrP resistente a proteasas. Sin embargo, no hay evidencia
de que las moléculas de PrPSc no glicosiladas se asocien a la infectividad en las
enfermedades por priones. Hasta el momento se ha sugerido que las modificaciones
postraduccionales que pudieran dar lugar al cambio conformacional de PrPC a PrPSc son
producto de la N-glicosilación (Chen et al, 2002). La O-glicosilación no ha sido tomada
en cuenta para explicar la trasformación de la PrP, ya que en las fracciones aisladas,
tanto de PrPC como de PrPSc, no se han encontrado este tipo de cadenas de
carbohidratos. No obstante, dada la dificultad para purificar fracciones de ambas
isoformas y por la degradación, es factible suponer que los carbohidratos Oglicosilados
pudieran estar presentes en la proteína prión y que no hayan sido detectados (Rudd et
al, 2001).
2.1.3.5 Intermediario de plegado de la PrP
Se ha demostrado experimentalmente la existencia de poblaciones de intermediarios
cinéticos durante el plegado de la proteína prión humana (Apetri y Surewicz, 2002).
Estas especies representarían un precursor monomérico crucial en la conversión de la
conformación normal a la isoforma patogénica PrPSc. Los estudios se han centrado en
el plegado de una proteína recombinante correspondiente al fragmento 90-231 de la
PrP. Esta región es de especial importancia dado que posee todos los elementos de la
secuencia resistente a proteinasa hallada en la isoforma patogénica, contiene todas las
mutación puntuales asociadas a desordenes priónicos familiares y es suficiente para la
propagación de la enfermedad. Dado que la fluorescencia de un único Trp nativo,
ubicado en la posición 99, varía poco con el desplegado de la proteína, se han estudiado
variantes de la PrP portando Trp en el dominio plegado C-terminal. Esto fue posible
mediante la sustitución de Trp99 por Phe y de Phe o Tyr en diferentes posiciones por
Trp y estudios de folding y unfolding por stopped-flow. En particular, el análisis de los
gráficos de Chevron de dos mutantes, Y218W y F175W, a pH neutro y ácido (Figuras 4A,
C y E), muestra que los datos experimentales no pueden ajustarse a una transición en
dos estados, dado que el comportamiento del logaritmo de la constante de velocidad
de replegado versus concentración de desnaturalizante, a bajas concentraciones de
urea, claramente se desvía de la linealidad. Por otra parte, experimentos de unfolding
en presencia de urea a pH neutro o levemente acídico, permitieron ajustar los datos
obtenidos a modelos de tres estados (Figura 4B, D y F). De esta manera, se evidenció
que la proteína prión se pliega mediante un mecanismo de tres estados involucrando un
intermediario monomérico. Este intermediario temprano, sugiere ser relativamente
compacto y especialmente estable en condiciones de acidez. Estas condiciones resultan
de potencial relevancia en el desarrollo de prionopatías, dado que varios reportes han
indicado que la transición PrPC _ PrPSc ocurre en compartimentos celulares con bajo
pH. Esto último, en conjunto con la alta hidrofobicidad y la tendencia a la agregación,
típico de intermediarios de plegado, postularía al intermediario como un mejor
candidato respecto del estado desplegado a ser precursor monomérico de la PrPSc.
Figura 4. Datos de plegado y desplegado para la mutante Y218W a pH 4,8 y 7 ([A] y [B], y [C] y [D],
respectivamente) y la mutante F175W a pH 7 ([E] y [F]). [A], [C] y [E]: Gráficos de Chevron para cada
mutante en cada condición de pH. Se observa la curvatura de las curvas de plegado a bajas
concentraciones de caótropo, lo cual resulta ser una desviación del comportamiento de dos estados. [B],
[D] y [F]: Gráficos de intensidad de fluorescencia inicial extrapoladas a tiempo cero para el replegado (▼)
y la reacción de desplegado (Δ), junto a las intensidades de fluorescencia en el equilibrio a tiempos largos
(●), en función de la concentración de urea. Las líneas punteadas corresponden a las extrapolaciones
lineales de las líneas de base para los estados nativo y completamente desplegado. La línea sólida
representa el mejor ajuste no lineal de los datos experimentales, de acuerdo a un modelo secuencial de
tres estados: N <--> I <---> U. Tomado de Apetri y Surewicz, 2002.
2.1.4 Rol de la hélice 1 en la patogénesis
La hélice alfa 1 (H1: residuos 144-154) se caracteriza por poseer una secuencia
sumamente inusual, que podría tener un rol central en la infectivdad de los priones. En
las proteínas, las hélices a y las hojas b normalmente contienen residuos hidrofóbicos
que forman contactos terciarios con el core proteico. Dichas interacciones actúan
estabilizando la estructura secundaria y pueden ser acrecentadas por la formación de
pares iónicos (puentes salinos) o puentes disulfuros. No obstante, la H1 cuenta con una
serie de características que atentan contra dicha regla general. En primer lugar, la H1
está compuesta casi exclusivamente por residuos hidrofílicos (DWEDRYYRENM), por lo
cual es incapaz de formas interacciones hidrofóbicas estabilizantes con el core de la
proteína. Además, 6 de los 11 residuos poseen carga a pH neutro (Asp, Glu y Arg), lo cual
convierte a la H1 en la hélice más hidrofílicas de todas las conocidas hasta el momento.
En segundo lugar, esta estructura está estabilizada por la formación de dos puentes
salinos intrahelicoidales. Sin embargo, no forma puentes salinos externos (terciarios)
con el resto de la PrPC. Esto se debe a que la mayor parte de las cargas residen sobre la
cara externa de la hélice, en dirección opuesta a la localización del resto del dominio
globular C-terminal. En tercer lugar, el ordenamiento secuencial de las cargas interactúa
favorablemente con el momento dipolar intrínseco de la a hélice. Por último, la
estructura muestra una elevada superficie expuesta y un número significativo de enlaces
de hidrógeno accesibles al solvente. A partir de modelos computacionales basados en la
estructura cargada de H1, se ha previsto que los puentes salinos internos –que según se
supone, estabilizan la hélicepodrían también sufrir un rearreglo para formar enlaces
iónicos intermoleculares que promoverían la agregación de PrP en isoformas ricas en
láminas beta. Esto ha llevado a proponer a la H1 como un posible sitio de asociación de
PrPC a PrPSc durante la formación del complejo heterodimérico. No obstante, la
presencia de estos puentes salinos en ausencia de la isoforma patogénica estabilizaría a
la PrPC, evitando su conversión. Por otro lado, se ha sugerido que durante la conversión
de PrPC_PrPSc, las hélices H2 y H3 permanecerían intactas y unidas mediante el enlace
disulfuro nativo de la PrP, mientras que los segmentos N terminales a H2 sufrirían un
rearreglo para dar origen a una hélice beta levógira, utilizando residuos que sobresalen
de la estructura de la H1 como un asa (loop) adjacente a las moléculas vecinas de PrP,
lo cual expondría a la hélice en una zona que podría influenciar la replicación del prión
(Govaerts et al, 2004; Wille et al, 2002). La Figura 5 esquematiza el rearreglo propuesto
que sufre el elemento H1.
Figura 5. Vista esquemática del cambio conformacional de la PrPC en la forma patogénica PrPSc. Se
muestran la estructura del dominio carboxi-terminal de PrPC (entrada en PDB: 1QLX) y un modelo
estructural de PrPSc (basado en cristalografía electrónica de baja resolución y modelado por homología
propuesto por Wille et al) para la misma secuencia aminoacídica. Nomenclatura de elementos de
estructura secundaria:
respectivamente). En ambas isoformas, se esquematiza el puente disulfuro Cys179-Cys214 que conecta a
H2 y H3. Modificado de Masters and Beyreuther, 1997.
CAPITULO 3
3.1 ENFERMEDADES CAUSADAS POR PRIONES
Las enfermedades causadas por priones son un grupo de enfermedades
neurodegenerativas, de curso fatal, que afectan a los animales y a los humanos. Algunas
de ellas eran conocidas desde hace muchos años, como el scrapie de las ovejas, y se
sabía de su naturaleza infecciosa. Otras, como la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, o el
síndrome de Gerstmann-Sträussler- Scheinker en los humanos fueron conocidas más
recientemente y, en general, no se las atribuía a agentes infecciosos o a la posibilidad
de un contagio humano-humano. El descubrimiento de que una de estas enfermedades
por priones, la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), conocida vulgarmente como
“enfermedad de la vaca loca” es transmisible a los humanos, y que hasta el momento
109 personas han fallecido por la contraparte humana de la BSE, denominada variante
de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (vCJD) ha estimulado la investigación de estas
enfermedades, tanto en los animales como en el hombre, con resultados en muchos
casos inesperados.
3.1.1 Historia
Los registros más antiguos de las enfermedades por priones corresponden a las
observaciones efectuadas a mediados del siglo XVIII sobre una enfermedad que afectaba
a las ovejas en muchos países de Europa y que por sus síntomas se denomina “scrapie”
en Inglaterra, “traberkrankheit des Schafes” en Alemania, o “la tremblante du mouton”
en Francia. Esta enfermedad, de la cual la Argentina es país libre, se caracteriza por un
desarrollo lento y progresivo que termina con la muerte del animal. Sus síntomas
incluyen prurito (scrapie), incoordinacion motora, temblores (traberkrankheit des
Schafes), rechinar de dientes (la tremblante du mouton) y debilidad progresiva. A partir
de 1936 los trabajos de Cuillé y Chelle demostraron el carácter contagioso de la
enfermedad y su largo período de incubación. Trabajos posteriores demostraron la
transmisión del “scrapie” a otras especies (cabra, visón, ratón, rata, hámster). Es
interesante notar que los visones contagiados experimentalmente con “scrapie”
presentaron una sintomatología similar a la encefalopatía transmisible del visón, que es
propia de este animal.
En 1959, Hadlow relaciona el “scrapie” con una rara enfermedad endémica de los
nativos de Nueva Guinea, kuru. Algunos años más tarde, Gajdusek y sus colaboradores
contagian experimentalmente a los chimpancés, comprobando la transmisibilidad de la
enfermedad. Poco después, Gibbs y colaboradores contagian la enfermedad de
Creutzfeldt-Jacob (CJD) a los chimpancés. En los años siguientes distintas encefalopatías
fueron transmitidas experimentalmente a los animales y son clasificadas entonces como
encefalopatías espongiformes transmisibles (TSEs). Son ejemplos el síndrome de
Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) en los humanos la encefalopatía transmisible en
el visón, o encefalopatías de cérvidos silvestres (“chronic wasting disease” o CWD)
Curiosamente, durante la última década se descubren nuevas formas de encefalopatías
espongiformes transmisibles. Ellas son la encefalopatía espongiforme bovina (BSE), la
encefalopatía espongiforme en el gato y encefalopatías espongiformes en el nyala, el
ciervo eland, el oryx de Arabia y el kudu. De estas nuevas TSEs, la encefalopatía
espongiforme bovina es la de mayor publicidad al demostrarse su transmisión al hombre
como vCJD.
3.2 Etiología Y Caracterización De Las Enfermedades Por Priones
La etiología de las enfermedades por priones comprende tanto la transmisión horizontal
(individuo-individuo) como la vertical (madre-hijo), así como la existencia de una
predisposición genética. Sin embargo, en muchos de los casos la etiología permanece
incierta. Tienen en común un prolongado tiempo de incubación que puede ser de meses
a décadas según la enfermedad. Clásicamente, para el scrapie en la oveja el período de
incubación es de 2 a 4 años, para la BSE en la vaca es de 3 a 6 años y para el hombre más
de 10 años. La sintomatología clínica incluye incoordinación motora y, en el hombre,
alteraciones mentales seguida de demencia. Una vez que aparecen los primeros
síntomas, el desenlace fatal de la enfermedad ocurre en unos pocos meses. La típica
imagen histopatológica muestra astrogliosis y vacuolización o espongiosis del
citoplasma de las neuronas, en ocasiones acompañado por la formación de depósitos
amiloides (en las formas lentas). En 1980 se estableció que el elemento característico de
todas estas enfermedades es la acumulación de una isoforma anormal de la proteína
prion en el tejido nervioso de los sujetos enfermos, tanto animales como humanos.
Fig. 6 Mecanismo posible de propagación pr iónica. Las isoformas celulares alfa- helice de la proteína priónica (PrPc) pasan a través de un estado “no plegado” (A) a otro en el que se repliegan en forma beta -plegada, beta-PrP (B). Esta isoforma beta- PrP tiende a la agregación en concentraciones salinas fisiológicas. La replicación prionica puede requerir un tamaño crítico de esta isoforma aberrante que actué como semilla para la agregación de más monómeros de beta- PrP o de PrP no plegada, proceso que tiene lugar de manera irreversible.
3.3 Neuroinvasión
Se denomina neuroinvasión al proceso por el cual los priones migran desde el sitio de
inoculación, por ejemplo, el aparato digestivo (ingesta de derivados bovinos
contaminados con BSE), hasta el sistema nervioso central donde causan la
sintomatología y la alteración histológica clásica de estas enfermedades. Las medidas
terapéuticas que se basen en la interrupción de este proceso son de vital importancia
por la sospecha de la existencia de personas infectadas por BSE, que se hallan en el
período de incubación.
Los datos sugieren que la invasión por el prión se produce en dos etapas (Fig. 7). La
primera de ellas (linfoinvasión) comprende el pasaje a través de la mucosa
gastrointestinal, aparentemente a nivel de las placas de Peyer del intestino. Las células
linfáticas que fagocitan al prión, viajan a otros órganos como el bazo, las tonsilas o los
linfonódulos. En esos órganos, que están bien inervados, tiene lugar la primera
replicación de la isoforma anormal PrPsc. Para que la infección desde tejidos periféricos
tenga éxito, estos deben expresar el gen PrP.
En una segunda etapa (neuroinvasión), la PrPsc asciende retrógradamente por los
axones que inervan a estos órganos linfáticos, alcanzado la médula espinal y finalmente
al encéfalo. A pesar de ser escasos los datos sobre esta etapa de la propagación del
prión, se ha demostrado la utilización de los nervios del sistema nervioso autónomo para
la propagación del prión.
Ambas etapas dependen de la presencia de linfocitos B. Se postula que su función
principal es el mantenimiento de las células dendríticas foliculares del bazo y de los
linfonódulos, por la producción de la linfotoxina-ß. Es así que la supresión de la
producción de la linfotoxina-ß detiene la patogénesis periférica del prión. La entrada de
los priones en las células dendríticas está facilitada por factores del sistema del
complemento.
También son posibles otras formas de invasión. La vía sanguínea es una posibilidad
cierta, como lo demuestra la infección experimental de BSE, por transfusión de oveja-
oveja. En el hombre se especula sobre la posibilidad de la transmisión de la vCJD u otras
TSEs a través de las transfusiones de sangre.
Aucouturier y sus colaboradores investigaron la participación de las células dendrítas en
la neuroinvasión. En este trabajo, la inyección intravenosa de células dendríticas de
ratones infectados por scrapie produce la enfermedad en ratones B- and T-cell deficient
Rag-1–/–, sin necesidad de la primera etapa de propagación o linfoinvasión. Sin
embargo, no es concluyente que las células dendríticas transportan los priones desde
las células M de las placas de Peyer del intestino, hasta el sistema nervioso en las
infecciones naturales. Posiblemente, estén involucradas en la transferencia de los
priones de las células foliculares dendríticas a las terminaciones simpáticas en los
órganos linfáticos. En resumen, este mecanismo es muy complejo; y a pesar de que los
órganos linfáticos principales (bazo, tonsilas, linfonódulos) muestran acumulación
temprana de priones, y además se demostró la participación de los linfocitos B y de las
células foliculares dendríticas en la propagación de los priones; probablemente la
entrada al sistema nervioso central también ocurra a través de los nervios periféricos
utilizando un mecanismo PrPc dependiente.
Fig. 7- Algunos aspectos celular es y molecular es de la neuroinvasión priónica. Las enfermedades priónicas tales como el Scrapie se manifiestan como una afección del SNC. Luego de ingresar por la vía digestiva el prion debe atravesar el epitelio intestinal, probablemente a través de las células M. Antes de llegar al cerebro ellos colonizan varios órganos. Los experimentos de Aucouturier y colaboradores, indican que las células dendríticas foliculares aisladas de bazos de ratones infectados pueden inducir la enfermedad cuando son inyectados intravenosamente en ratones inmunodeficientes Rag-1+, sugiriendo a las células dendríticas como posible ruta para la neuroinvasión.
3.4 Clasificación De Las Enfermedades Priónicas Humanas
La presente clasificación se deriva de la historia de estas enfermedades y refleja las
incógnitas que aún persisten sobre estas, por lo que tiene carácter provisional.
I. Esporádicas:
Enfermedad de Creutzfeldt - Jacob o Clásica o Variante de Heidenhain o Variante de Brownell – Oppenheimer o Panencefalopatía
II. Adquiridas:
Kuru (canibalismo)
Enfermedad de Creutzfeldt – Jacob iatrogénica o Hormona de crecimiento
o Gonadotropina o Trasplante de córnea o Electrodos de EEG de implantación directa o Implante de duramadre o Neurocirugía
Nueva variante británica (¿EEB?) III. Familiares:
Enfermedad de Creutzfeldt – Jacob familiar
Síndrome de Gerstmann – Sträussler – Scheinker
Insomnio familiar fatal
Enfermedades por priones atípicas
3.4.1 Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob
A pesar de que la mayor parte de los casos de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob son
esporádicos, 10 a 15% son familiares y se trasmiten de forma autosómica dominante. El
gen PRNP, que codifica para PrP, se localiza en el brazo corto del cromosoma 20. A la
fecha se han descubierto 24 mutaciones diferentes, ya sea puntuales o inserciones que
incorporan un número mayor de repeticiones octapeptídicas, que causan la
enfermedad.
Existe un polimorfismo en el codón 129, en el que hay un cambio de ATG por GTG que
produce una valina (val) por metionina (met); la presencia de homocigotos met/met
incrementa cuatro veces el riesgo de llegar a padecer enfermedad de Creutzfeldt-Jakob
y reduce a una tercera parte su duración que cuando hay heterocigotos. La prevalencia
en la población general es de 38%, mientras que la frecuencia de val/val es de 11% y de
51% para met/val. Todos los casos descritos de la nueva variante de la enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob tienden a ser homocigotos met/met.
Los polimorfismos en el codón 129 pueden influir en la susceptibilidad del fenotipo de
la enfermedad (cuadro 2).
Cuadro 2. Polimorfismo en el codón 129 relacionado con el fenotipo
El tipo esporádico se ha calificado de acuerdo con el genotipo del polimorfismo del
codón 129 del PrP. Se ha sugerido una división simple que reconoce diferentes
fenotipos: MM1, MV1, VV1, MM2, MV2 y VV2. Un 70% de los casos se clasifican como
MM1 o MV1 y clínicamente tienen las manifestaciones clásicas de la enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob.
En la variante familiar hay dos tipos de mutaciones: las puntuales y las inserciones. La
E200K se ha observado principalmente entre los judíos de Libia, en Eslovaquia y en Chile
En otras zonas geográficas se han encontrado mutaciones insercionales de una repe-
tición de un octapéptido del gen PRNP. La mutación en el codón 200 con una sustitución
de glutamato a lisina en PrP, frecuente en el tipo familiar, se ha hallado en más de 60
familias predominantemente judías. Hay que destacar que la incidencia en este grupo
es 100 veces mayor que en el resto del mundo. Se ha reportado que en una zona rural
de Eslovaquia la incidencia llega a ser hasta mil veces mayor que en el resto del país.26
La mutación del codón 178 induce la sustitución del ácido aspártico a aspargina, como
se ha corroborado inicialmente en Finlandia, y posteriormente en varias familias de
Europa y Asia. La expresión fenotípica de la mutación se modifica de acuerdo con el
polimorfismo del codón 129; si éste codifica para valina los signos clínicos serán de
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica, y si codifica para metionina, se
manifestará como un insomnio fatal familiar.
3.4.1.1 Epidemiología
La forma esporádica de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob es la más común,
representa 85% de los casos y afecta de igual manera a hombres y mujeres; los síntomas
comienzan, en promedio, a los 65 años de edad. La incidencia es de 0.5 a un caso por
millón de personas al año; en Japón es de 0.5 por millón, en tanto que en Inglaterra,
Francia y Alemania es de 0.75 por cada millón. De acuerdo con la distribución según la
edad, la incidencia es superior a tres por cada millón para el grupo de 65 a 74 años de
edad, y menor a 0.2 por cada millón en los menores de 40 años. La trasmisibilidad de los
trastornos humanos mediante los priones se comprobó experimentalmente al inocular
tejido cerebral infectado. La inoculación directa en el sistema nervioso central es la
forma más efectiva para su trasmisión, lo que no ocurre con la diseminación oral. Esta
última se ha demostrado claramente en el caso del kuru propagado en caníbales. Existe
una alta incidencia en los habitantes de zonas rurales y en los ganaderos, quienes se
encuentran en contacto con otras especies animales portadoras de la enfermedad.
Se ha sugerido también que es causada por algunos agentes tóxicos como pesticidas que
pueden llegar a cambiar las propiedades físicas y químicas de los priones.
Respecto a la trasmisión de la enfermedad iatrogénica por medio de la transfusión de
productos sanguíneos, ha existido controversia, ya que hay reportes anecdóticos que no
se han comprobado. Algunos resultados indican un riesgo mínimo con la transfusión de
crioprecipitados, inmunoglobulinas y fibrinógeno. Las normas oficiales de transfusión
sanguínea de Estados Unidos y Canadá prohíben el uso de productos sanguíneos
derivados de pacientes con la nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob,
pero no de pacientes con la forma esporádica.
Existe un riesgo mínimo, aunque real, en los trabajadores de la salud. Se han
desarrollado técnicas para el manejo de tejido de los pacientes con sospecha de
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, con el fin de evitar la trasmisión mediante
instrumentos quirúrgicos contaminados, los cuales deben desecharse después de
usarse. La trasmisión entre humanos se reportó por primera vez en 1974 en un individuo
que desarrolló la enfermedad 18 meses después de recibir un trasplante de córnea de
un donador que falleció de este padecimiento. Posteriormente se comunicaron dos
casos en sujetos intervenidos quirúrgicamente por epilepsia, lo cual se vinculó con el
uso de electrodos electroencefalográficos estereotácticos. Se considera que los
instrumentos neuroquirúrgicos facilitan la diseminación de la enfermedad. Se han
registrado más de 80 casos de pacientes que manifestaron el padecimiento en promedio
18 meses después de haber recibido un injerto de duramadre de cadáver humano.
También se conjetura que la enfermedad puede trasmitirse por el tratamiento con la
hormona de crecimiento humana (Gh), que empezó a aplicarse a partir de 1958.
En Inglaterra, en 1985, se reportaron cuatro casos de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob
en individuos manejados con esta hormona, por lo que se abandonó el tratamiento
(cuadro 2). Swerdlow y colaboradores realizaron un estudio para determinar el riesgo
de estos pacientes de llegar a padecer la enfermedad; analizaron un total de 1,848
sujetos a de Creutzfeldt-Jakob. Se incluyeron 4,441 casos, 3,720 de la forma esporádica,
455 familiares, 138 iatrogénicos y 128 de la nueva variante. El promedio anual de
mortalidad del periodo de 1999 al 2002 fue de 1.67 por cada millón para todos los casos
y de 1.39 por millón para la forma esporádica. La tasa de mortalidad fue similar en todos
los países. Hasta la fecha no se ha encontrado un tipo nuevo de encefalopatía
espongiforme posterior a la descripción de la nueva variante.
En otro estudio de los mismos investigadores, se establecieron los predictores de
supervivencia de la forma esporádica, la cual fue mayor mientras menor era la edad de
inicio, así como en las mujeres y si había heterocigocidad para el codón 129 y proteína
14-3-3 en el líquido cefalorraquídeo.
Para la forma iatrogénica se consideró que existe menos riesgo en mujeres y mientras
mayor sea la edad de inicio de la enfermedad.
Los que se les administró hormona de crecimiento de 1959 a 1985, con un seguimiento
hasta el año 2000. Los resultados indicaron que el riesgo de contraer el padecimiento
fue mayor en los que recibieron la hormona preparada con el método de extracción
Wilhelmi y en los que tenían ocho a diez años de edad al momento de tomarla. En
promedio, la enfermedad se manifestó 20 años después de la primera toma. Se estima
un riesgo acumulado de 4.5%.
Hace poco se publicaron los resultados de un estudio iniciado en 1993 con los registros
epidemiológicos de varios países, entre ellos Francia, Alemania, Eslovaquia, Italia,
Holanda e Inglaterra, que se extendió incluso a España, Austria, Suiza, Canadá y
Australia. Se consideraron los datos de todos los pacientes reportados desde 1993 hasta
2002 que padecieron todas las variantes de enfermedad.
Cuadro 3. Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob iatrogénica (hasta el 2000)
3.4.1.2 Características Clínicas
No existen diferencias significativas en la manifestación clínica de las variantes de
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (esporádica, iatrogénica y familiar). Por lo general, en
los casos familiares el síndrome demencial es más prolongado. La mayoría de los
pacientes (60%) refieren los síntomas clásicos de demencia y mioclonías vinculados con
un patrón electroencefalográfico específico. Puede haber una fase prodrómica en la que
predomina la fatiga, el malestar general y alteraciones del sueño y alimenticias.
Conforme avanza la enfermedad aumenta el deterioro demencial y de la conducta, se
agregan trastornos cerebelosos, extrapiramidales, visuales y piramidales. Aparecen
rigidez, temblor, coreoatetosis y, ocasionalmente, crisis mioclónicas. La duración
promedio del padecimiento es de seis a siete meses; 90% de los pacientes fallecen
durante el primer año.
Se han descrito algunas variantes clínicas de acuerdo con el síndrome predominante:
atáxica, de Heidenhain, panencefalítica y amiotrófica.
La variante atáxica ocurre en 10% de los casos con síndrome pancerebeloso. Prevalecen
las alteraciones cognitivas y las mioclonías. Por lo general, la demencia antecede a los
problemas motores. Esta variante también se conoce como de Oppenheimer.
En la variante de Heidenhain la característica principal es la afección visual temprana,
que se observa en 20% de los casos. Estas alteraciones pueden incluir defectos
campimétricos, visión borrosa, agnosia de los colores, metamorfopsias, alucinaciones
visuales y ceguera cortical.
La variante panencefalítica predomina en Japón y consiste en una afección extensa de
las sustancias blanca y gris, además de alteraciones cognitivas y manifestaciones
cerebelosas.
Existen manifestaciones clínicas externas al sistema nervioso central. Algunos pacientes
sufren amiotrofia y fasciculaciones que semejan una esclerosis lateral amiotrófica. Se ha
reportado la coexistencia de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob con polineuropatías
periféricas sensitivo-motoras con daño axonal o desmielinizante. Niewiadomska y
colaboradores realizaron un estudio de 16 pacientes con el tipo esporádico de este
padecimiento para analizar los cambios electromiográficos y compararlos con los
hallazgos neuropatológicos de las neuronas motoras espinales. Sólo tres pacientes
tuvieron signos clínicos de daño en el sistema nervioso periférico; las pruebas
neurofisiológicas confirmaron dicha alteración y demostraron anormalidades en once
pacientes más, con daño axonal en nueve, desmielinizante en cuatro y enfermedad de
neurona motora en uno.
Criterios de la Organización Mundial de la Salud para la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob
I
A. Alteración neuropsiquiátrica progresiva B. Duración de la enfermedad mayor de seis meses C. Ningún otro diagnóstico alternativo D. Sin historia de exposición iatrogénica posible E. Sin antecedente familiar de enfermedad por priones
II
A. Síntomas psiquiátricos tempranos B. Síntomas sensitivos dolorosos persistentes C. Ataxia D. Mioclonías, corea o distonía E. Demencia
III
A. Electroencefalograma sin patrón típico de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob o no realizado
B. Signo del pulvinar bilateral en la resonancia magnética
IV
A. Biopsia positiva
Definitivo: I A y confirmación neuropatológica.
Probable: I y 4/5 de II y III A y III B o I y IV A
Posible: I y 4/5 o II y III A
3.4.1.3 Nueva Variante De La Enfermedad De Creutzfeldt-Jakob
En 1996, en Inglaterra, Will y colaboradores realizaron un estudio en 207 pacientes, 10
de los cuales mostraban diferentes manifestaciones clínico-patológicas de la
enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.
Estos individuos tenían una edad promedio de 29 años y rango de duración del
padecimiento de 7.5 a 22.5 meses. Nueve sujetos exhibieron cambios conductuales
tempranos; cuatro, disestesias en los miembros inferiores como inicio, y nueve, ataxia
temprana; sólo dos pacientes mostraron alteración de la memoria al principio; siete
sufrieron mioclonías y ninguno tuvo un electroencefalograma típico. Todos fueron geno-
típicamente homocigotos a la metionina en el codón 129 del gen PrP.
A partir de ese momento se inició el estudio de una nueva variante de la enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob (nvECJ). El mismo año se publicó un caso similar en Francia y para
1998, la Unidad de Vigilancia Epidemiológica del Reino Unido contabilizó 27 casos.
La aparición de esta nueva encefalopatía espongiforme en los seres humanos en el país
en donde años antes había ocurrido una epidemia en el ganado bovino, abrió la
posibilidad de una trasmisión entre especies, y dio inicio a una serie de investigaciones
para corroborarla. Las mezas y colaboradores inocularon a dos adultos y a un neonato
de macacos por vía intracerebral con tejido cerebral infectado de encefalopatía bovina;
a las 150 semanas exhibieron un comportamiento anormal, depresión, aumento del
apetito, ataxia y mioclonías. El examen neuropatológico fue similar al de los pacientes
con diagnóstico de nueva variante de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. En 1996,
Collinge y colaboradores publicaron los análisis moleculares de la PrP con base en los
patrones de glucosilación mediante Western Blot; su conclusión llevó a pensar que la
cepa del prión que produce la encefalopatía espongiforme bovina y la nueva variante
era la misma. En 1997, Bruce y Hill difundieron sus estudios de trasmisión al ratón
transgénico, normal o ambos de la encefalopatía espongiforme bovina y la nueva
variante. Esto indica que desde el punto de vista de trasmisibilidad, ambas
enfermedades son muy similares y pueden explicarse por una cepa en común.
Spencer realizó un estudio retrospectivo para conocer las manifestaciones clínicas en
los primeros 100 pacientes con nueva variante: la edad promedio de inicio fue de 26
años y la duración de la enfermedad de 13 meses; de los 100 pacientes, 63 requirieron
un psiquiatra. Las alteraciones psiquiátricas antecedieron a las neurológicas en 63
individuos, mientras que las neurológicas a las psiquiátricas en 15; en los restantes
aparecieron al mismo tiempo. Las más comunes fueron disforia, aislamiento, ansiedad,
irritabilidad, insomnio y pérdida del interés. También mostraron características tardías,
como problemas de memoria, agresión, trastornos de la marcha, disartria y alteraciones
sensitivas. Para diciembre del 2003, se habían reportado 153 casos de nueva variante
en todo el mundo, la mayor parte en Inglaterra.
3.4.1.4 Neuropatología
En cuanto al examen neuropatológico, las características principales son la degeneración
espongiforme de las neuronas, una gliosis astrocítica severa que no guarda relación con
la pérdida neuronal, la formación de placas amiloides y la ausencia de procesos
inflamatorios. Dichas alteraciones se encuentran con mayor frecuencia en la corteza
cerebral, los ganglios basales y la capa molecular del cerebelo. En la variante
panencefalítica se ha comprobado la participación de la sustancia blanca. En la de
Heidenhain estos cambios son más prominentes en la corteza occipital.
En cuanto a la nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, existe un aspecto
espongiforme en los ganglios basales, con una intensa astrocitosis talámica, además de
placas floridas formadas por un núcleo denso y rodeadas por un halo espongiforme,
principalmente en la corteza occipital y el cerebelo. La proteína priónica muestra otros
tipos de patrones de tinción; en los ganglios de la base tienen una positividad en forma
de placas uni o multicéntricas, positividad perivacuolar, depósitos granulares lineales o
en tractos. El cerebelo tiene una acumulación de PrPsc en la capa molecular y granular.
Esto permite diferenciar los casos de nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-
Jakob de los esporádicos o iatrogénicos.
3.4.2 Enfermedad de Gertsmann – Straussler – Scheinker
Se caracteriza por una ataxia grave acompañada de paraparesia espástica. Su inicio
puede ser tan temprano como a los 20 años, pero puede aparecer hasta los 60 años. La
duración es entre 2 y 10 años y los pacientes fallecen generalmente por infecciones
secundarias. La mutación más frecuentemente registrada es en el codón 102, que
determina un cambio de prolina a leucina. También se han encontrado mutaciones en
los codones 105, 145 y 117. Sigue una herencia autosómica dominante.
El estudio anatomopatológico evidencia varios tipos de placas focales o difusas en la
corteza cerebral y cerebelosa, que resultan ser inmunorreactivas a los anticuerpos anti
PrP humanos. Además aparece degeneración espinocerebelosa.
3.4.3 Kuru
El término Kuru significa en lengua aborigen “temblor, con fiebre y frío”. Fue
inicialmente descrita en la tribu Papúa de Nueva Guinea y aparecía después de la
ingestión de tejidos cerebrales de personas fallecidas con la finalidad de adquirir su
sabiduría. Predomina en niños y mujeres adultas. La enfermedad se desarrolla
lentamente, y el período de incubación puede prolongarse hasta 30 años. Progresa
usualmente hasta la muerte en aproximadamente 1 año. Gajdusek descubrió tres etapas
en su curso clínico:
Fase ambulatoria: aparece temblor generalizado con pérdida de la capacidad
para coordinar los movimientos y disartria, lo cual evidencia una afectación
cerebelosa incipiente.
Fase sedentaria: se manifiesta incapacidad de deambulación independiente,
temblores más fuertes, ataxia, labilidad emocional, depresión y bradipsiquia.
Están conservados los reflejos tendinosos y aún no es perceptible la
degeneración muscular.
Fase terminal: hay incapacidad para la sedestación independiente, ataxia severa,
temblores, disartira, incontinencia urinaria y fecal, disfagia y ulceraciones
cutáneas. Está caracterizada por extensa vacuolización, gliosis, infiltrado
inflamatorio mínimo o ausente y placas amiloides.
3.4.4 Insomnio familiar fatal (IFF)
Constituye una variedad rara de enfermedad priónica. Su aparición tiene lugar entre los
35 – 55 años, con una edad media de inicio a los 45 años. El tiempo de vida media una
vez que comienza clínicamente la enfermedad es de 1 año. Ha sido descrita la mutación
en el codón 178 que provoca cambios en metionina y valina. Se caracteriza por un
insomnio intratable que dura semanas o meses. Aparece seguidamente disautonomía,
ataxia y signos piramidales y extrapiramidales. Las funciones cognoscitivas se conservan
relativamente hasta períodos avanzados de la enfermedad. Estos pacientes pueden
presentar alteración episódica de la tensión arterial, la frecuencia cardíaca y respiratoria
y de la temperatura. En el EEG puede encontrarse un enlentecimiento difuso con más
frecuencia que descargas periódicas. La neuropatología de esta enfermedad incluye
anomalías en tálamo y oliva bulbar inferior. En el tálamo se puede apreciar pérdida
marcada o subtotal de neuronas, especialmente en los núcleos anterior y dorso medial,
asociada con astrogliosis. No se observa espogiosis en el tálamo, pero pueden
encontrarse focos aislados en la corteza cerebral y la sustancia blanca subyacente,
fundamentalmente en áreas límbicas y en la capa de células de Purkinje del cerebelo.
Hay notable pérdida de células de Purkinje en cerebelo. En resumen, a nivel
neuropatológico, se puede considerar una degeneración tálamo – olivar con cambios
corticales leves, especialmente límbicos, en relación con la duración de la enfermedad.
En la tabla se muestran las principales manifestaciones clínicas de algunas
enfermedades priónicas humanas, así como la edad de inicio de los síntomas y la
duración.
Tabla1. Manifestaciones clínicas de las enfermedades criónicas
3.5 Similitud con otras enfermedades neurodegenerativas:
En algunos estudios se ha encontrado similitud de estas afecciones con la enfermedad
de Parkinson, la esclerosis lateral amiotrófica y la enfermedad de Alzheimer. Esta
relación se basa en que en estas enfermedades hay casos esporádicos y familiares. En la
enfermedad de Creutzfeldt – Jacob y en la de Alzheimer aparece un cambio en la
configuración espacial de proteína priónica en la primera, y en la beta – amiloide en la
segunda. Se ha observado también una variante vascular de la proteína priónica, la
presencia de ovillos neurofibrilares intraneuronales como fenotipo de una mutación en
el codón 145 del gen PRNP. En la enfermedad de Alzheimer, la alipoproteína E podría
incidir como un chaperón molecular respecto a la proteína A4 de la beta – amiloide.
3.6 Tratamiento
La comunidad científica dirige sus esfuerzos para encontrar un medicamento que
cumpla con el principio farmacológico de traspasar la barrera hematoencefálica y sea
capaz de impedir la conversión de la proteína priónica normal en proteína anormal. Con
estos fines han sido utilizados ciertos tipos de medicamentos ya conocidos en el
tratamiento de enfermedades neurológicas, estos son derivados de la quinacrina y la
clorpromazina, utilizados en el tratamiento de la malaria y la esquizofrenia,
respectivamente. Estudios recientes in vitro han indicado que los anticuerpos
monoclonales anti-PrP, con escasa o nula afinidad por la PrPsc, pueden prevenir la
incorporación de PrPc a los priones infectantes. Igualmente estos estudios mostraron
un efecto similar in vivo. Estos hallazgos son esperanzadores y señalan a las estrategias
inmunoterapéuticas en humanos como una posibilidad de tratamiento para las
enfermedades por priones. En consecuencia, no existe actualmente un tratamiento que
cure, mejore o controle las manifestaciones clínicas de estas enfermedades. Además los
ensayos con las drogas mencionadas y con anticuerpos monoclonales en modelos
animales, se han probado la amantadita, los esteroides, el interferón, el aciclovir,
diversos agentes antivirales y antibióticos; sin embargo, ninguno ha demostrado
claramente su eficacia.
CONCLUSIONES
Las enfermedades causadas por priones son, por múltiples razones, patologías sin
precedente. Son enfermedades neurodegenerativas de carácter esporádico, infeccioso
y hereditario; el mecanismo de transmisión de éstas contradice el Dogma Central de la
Biología Molecular ya que el agente etiológico es capaz de replicarse a sí mismo en
ausencia de ácido nucleico, y además, viola el principio biológico que establece que la
secuencia de aminoácidos de una proteína determina de manera unívoca el plegamiento
o estructura terciaria de ésta. La generación de estos nuevos conocimientos fue motivo
del otorgamiento de dos premios Nobel; al doctor Carleton Gajdusek en 1976 por haber
demostrado la transmisibilidad del kuru, y al doctor Stanley Prusiner en 1997 por
descubrir la naturaleza química del agente causal de estas enfermedades. Sin embargo,
el evento clave en el desarrollo de las EPRs, el cambio conformacional de la proteína
prión, permanece en el ámbito de las hipótesis. De esta manera, se pone de manifiesto
la necesidad de involucrar esfuerzos para la generación y rectificación de conocimiento
concerniente a este fenómeno.
Todavía constituye una controversia el hecho de que una proteína provoque una
enfermedad infecciosa. Otro punto sin respuesta es el mecanismo por el cual el agente
infeccioso se multiplica en el individuo afectado si no contiene ácidos nucleicos, y esta
misma característica genera otra interrogante no resuelta, relacionada con la memoria
genética: ¿cómo puede la proteína priónica guardar la información sin alterar los
aminoácidos que la forman?, simplemente moldea o cambia su forma por mecanismos
desconocidos aún. También es interesante tener en cuenta que una proteína que se
expresa en el cerebro y otros tejidos durante el desarrollo embrionario, en todos los
mamíferos, puede ser prescindible sin efectos negativos. Las respuestas a estas
interrogantes constituyen hoy un desafío a la comunidad científica.
Como hemos desarrollado y discutido a lo largo de este trabajo, las prionopatías o
enfermedades causadas por priones constituyen, por múltiples razones, patologías
atípicas y ciertamente paradigmáticas. Esto se debe primordialmente a que el
dispositivo de transmisión de estas afecciones contradice el Dogma Central de la
Biología Molecular, puesto que el agente etiológico de estas enfermedades es capaz de
replicarse a sí mismo en ausencia de ácido nucleico, y además, se opone al principio
biológico que establece que la estructura primaria de una proteína determina de
manera unívoca el plegamiento o estructura terciaria de la misma. Este cambio
conformacional de la proteína prión, el cual resulta ser el evento clave en el desarrollo
de las EPRs, aun en la actualidad continúa siendo investigado. Por dichas razones, resulta
imperioso involucrar esfuerzos para la generación y profundización del conocimiento
referente a este fenómeno, en particular, para desarrollar terapias eficientes al
respecto, y en general, para dilucidar en forma fehaciente la dicotomía conformacional
que manifiestan estas macromoléculas, de modo de adquirir nuevos conocimientos
biofísicos que permitan en forma determinante resolver cuestiones asociadas a la
naturaleza el plegado de proteínas in vitro e in vivo.
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