De priones y hombres (II)

Teniendo las bases asentadas, creo que ya podemos introducirnos dentro del asunto que nos incumbe. Si no os acordáis de nada (a mí me pasaría lo mismo), os recomiendo leer la primera parte.

PrP^c, como cualquier otra proteína mundana, se sintetiza en el retículo endoplasmático (RE), se procesa en el aparato de Golgi y a continuación se lleva a la superficie de la membrana celular. Normalmente, esta proteína se localiza en zonas de la membrana ricas en colesterol y esfingolípidos, lo que se conoce como balsas lipídicas o lipid rafts. Más adelante veremos que esta información será de gran importancia tanto a la hora de conocer el mecanismo de infección, como para intentar combatir las TSE’s.

En cultivos celulares infectados, la generación de PrP^sc a partir de PrP^c ocurre después de la llegada de PrP^c a la superficie membranosa. Esta conversión está inducida directamente por la PrP^sc resistente y por cofactores a través de un mecanismo que todavía no está clarificado.




Éste es el posible mecanismo que se está elucubrando:

1.  En primer lugar, se piensa que el sitio de conversión puede ser tanto en la superficie celular o en el citosol; en este caso, la PrP^sc entraría mediante endocitosis, formando endosomas. 
2. El endosoma (o fagosoma) se fusiona con lisosomas, dando lugar a lo que se conoce como fagolisosomas. Como se observa en el esquema, las flechas con signos indican los posibles caminos que este fagolisosoma puede seguir. A saber:
   

2.1. El pH ácido del fagolisosoma no afecta al agregado de PrPsc, sale al citosol e induce la conversión de la PrPc que se sigue generando en el RE.

2.2. El fagolisosoma puede derivar en un autofagosoma. A su vez, el acúmulo que se libera por la primera vía puede ser también autofagocitado.

2.3. También se cree que este acúmulo podría inactivar la actuación de la maquinaria encargada de degradar proteínas defectuosas (el proteosoma). Esto podría explicar la  gran acumulación que se produce en el interior celular.

Como se mencionó en la primera parte de este post, se han descrito dos maneras de promover la conversión de PrP^c en PrP^sc. Una de ellas es la que ya conocemos (unión de PrP^sc a PrP endógena). La otra vía es dependiente de cofactores: básicamente, consiste en la unión de una molécula a la PrP^c; esa molécula actuará como un factor de conversión el cual, junto con la agregación de PrP^sc, dará como resultado la conversión de PrP^c.

Moduladores importantes de esta conversión incluyen polianiones (moléculas con cargas negativas) del tipo proteoglicanos de heparán sulfato y DNA/RNA y los lípidos de las balsas lipídicas (como el colesterol).

Hasta hace poco tiempo, tanto los lípidos como los polianiones han sido identificados como grandes influyentes en la infectividad del prión, pero como se ha dicho antes, los mecanismos no se han clarificado todavía. Sólo se sabe que estas moléculas alteran la conformación normal de la proteína, haciendo que ésta aumente su contenido en estructuras secundarias de tipo lámina-β y por tanto se transforme en PrP^sc.

Las balsas lipídicas, que son zonas de la membrana celular especialmente abundantes en colesterol y esfingolípidos, son clave en la conversión de PrP^c a PrP^sc. Los cofactores que promueven la conversión son proteoglicanos sulfatados, concretamente las moléculas de glucosaminoglucanos (GAGs) situados en sus cadenas laterales.

Deben de pensar ahora mismo: ¿Glico qué? Algo hay que no me encaja. No se preocupen que yo se lo explico.

Los proteoglicanos son glicoproteínas propias de la matriz extracelular, formadas por una proteína central. Se encuentran ampliamente distribuidas en todas las células, y lo que nos interesa saber es que también se expresan en células nerviosas.

Como indica la figura de arriba, están compuestas por una proteína central a la que se unen los GAGs de forma covalente: es decir, es una unión muy fuerte. Normalmente los GAGs son de naturaleza sulfatada, o al menos, poseen cargas negativas.

Básicamente el proteoglicano es proteína + GAG, pero frecuentemente se encuentran anclados, mediante proteínas de unión, a una molécula de ácido hialurónico, obteniendo una forma muy curiosa que recuerda a una escobilla de WC.

Como se comentó en la primera parte de “De priones y hombres”, la proteína priónica sufre una modificación post-traduccional en tanto que se acopla en su extremo carboxilo una molécula de glicosilfosfatidil inositol (GPI), lo cual facilita su asociación a las balsas lipídicas. Hay una región en su extremo amino que es la que se une a proteoglicanos de heparán sulfato (HSPGs). Se ha visto gran cantidad de este tipo de proteoglicanos en placas amiloideas en la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob, lo que indica que estas moléculas podrían ser inductores de la conversión y enfermedad, concretamente sus cadenas laterales de heparán sulfato.

El glypican-1 es un tipo de proteoglicano de heparán sulfato anclado al GPI, que facilita la endocitosis al reducir la asociación a la balsa lipídica, y el desplazamiento de PrP^c. Bajo condiciones normales, el glypican-1, con sus cadenas laterales de heparán sulfato, constituye un elemento clave dentro de las balsas lipídicas.

En la figura (A) se puede ver la “doble moral” que tiene el heparán sulfato (para abreviar, HS; sí, como el champú). Cuando PrP^c no se encuentra interactuando con HS, se induce la “salida” de PrPc de la balsa lipídica, y después se endocita. Este último proceso lo realiza otra proteína denominada “proteína asociada a receptores de lipoproteínas de baja densidad” (LRP1, para entendernos) a través de la interacción con la proteína priónica.

Se ha pensado que, cuando hay enfermedad, el glypican-1 actúa como una especie de apoyo a la hora de la interacción entre PrP^c y PrP^sc lo que permite el cambio de conformación de la isoforma no infectiva (flecha 2), ya que los deja muy próximos a las balsas lipídicas, para facilitar así la conversión.

 

¿Cómo se ha demostrado estas interacciones proteína-proteína entre PrP^c y glypican-1? Mediante la ruptura y digestión de las cadenas de HS y también por la adición de heparina exógena (proteoglicano muy similar al glypican-1), la cual compite con glypican-1 en la unión a PrPc. Esto nos dice que la interacción prión-glypican-1 depende de las cadenas laterales de HS.

De paso, se ha demostrado también con este experimento que la heparina desplaza a la PrP^c de las balsas lipídicas, promoviendo su endocitosis (se reducen sus niveles). Esto puede ser de gran utilidad en tratamientos terapéuticos, que pueden actuar, en parte, en la interrupción de la interacción PrPc-PrPsc, que como se ha dicho antes, se facilita por la interacción de las cadenas de HS de glypican-1 (figura (B)).

 

La eliminación de los niveles de colesterol lleva a una reducción de la extensión de PrP^sc, al menos, en cultivos celulares infectados.

Pero atentos, que aquí encontramos una paradoja: el heparán sulfato y otros GAGs sulfatados interrumpen la conversión en modelos animales, pero en cambio, se estimula la conversión en modelos de células libres. Una posible explicación sería que los GAGs exógenos compiten inhibiendo la unión de PrP^c y PrP^sc, o a proteoglicanos de heparán sulfato, o a glypican-1, impidiendo el contacto entre las dos isoformas; aunque como se ha comentado antes, sólo esto tiene lugar en cultivos animales.

¿Creen que esto ha terminado? No, esperen que todavía quedan cosas por desmigajar.

Datos experimentales nos indican, como ya pueden imaginar, que los ácidos nucleicos (particularmente, el RNA), además de ser portadores de la información genética, funcionan como componentes clave durante el desarrollo, respuesta fisiológica y señalización celular. Adentrándonos más aún, nos topamos con que estas moléculas, de apariencia más que simpática (por su forma helicoidal) también pueden inducir la conversión. Y nosotros pensando que teníamos bastante con las mutaciones…

Entonces, ¿cuál es el papel del RNA en la agregación de la proteína priónica?

Se ha demostrado que PrP^c interactúa in vitro con ácidos nucleico uniéndose a pequeñas secuencias de DNA 2C, adquiriendo una estructura secundaria con gran proporción de lámina-β y algunas características parecidas a las de PrP^sc. En el caso del RNA, se ha demostrado que la interacción puede hacer que PrP adquiera resistencia a las proteasas.

Se usaron extractos de RNA de cultivos celulares junto con pequeños fragmentos de RNA sintéticos y se buscaron cambios en las estructuras secundaria y terciaria de PrP. También se usaron dos mutantes a los que les faltaba el dominio N-terminal, para demostrar la importancia de la unión del RNA, y se evaluó la toxicidad del complejo PrP:RNA en cultivos celulares de neuroblastoma murino.

Los resultados del experimento mostraron que la mezcla heterogénea de RNA extraído de células de neuroblastoma era la única muestra capaz de mejorar la toxicidad y agregación masiva. Un tipo de proteína priónica con la que se estudió, rPrP23-231, pierde la mayoría de su estructura secundaria e inmediatamente se agrega a partir de la interacción con RNA. La interacción con secuencias pequeñas de RNA también lleva a cambios en el tamaño del complejo y cierta agregación, pero no llevaron a la toxicidad.

RNA no induce agregación de mutantes PrP con deleción del extremo N-terminal, indicando que la región N-terminal es importante para este proceso. También se observó que el complejo rPrP23-231:N2aRNA protege tanto a la proteína y el RNA de la degradación con proteinasa K y RNAsa A, respectivamente.

Por favor, no se me vuelvan paranoicos pensando: “Jo tío, que tengo RNA y proteínas en el cuerpo, me voy a morir…”

Basta, estoy harta de hipocondríacos.

Saludos.

PD: Ahora sí, la bibliografía consultada.

Prion Proteins: Unfolding Infectious Potential. Olivia May, Ph.D.

Aspectos inmunopatológicos de la infección por priones. Dr. Alberto Paniz-Mondolfi.

The cell biology of transmissible spongiform encephalopathies. Byron Caughey & Gerald S. Baron. Nature 443, 803-810(19 October 2006).

Glypican-1 Mediates Both Prion Protein Lipid Raft Association and Disease Isoform Formation. David R. Taylor, Isobel J. Whitehouse, Nigel M. Hooper.

The Prion Protein Has RNA Binding and Chaperoning Properties Characteristic of Nucleocapsid Protein NCp7 of HIV-1. Caroline Gabus, Edmund Derrington, Pascal Leblanc, Jonas Chnaiderman, Dominique Dormont, Wieslaw Swietnicki, Manuel Morillas, Witold K. Surewicz, Daniel Marci, Pradip Nandii, and Jean-Luc Darlix.

Glypican-1 facilites prion conversion in lipid rafts. Nigel M. Hooper.

The Role of Cofactors in Prion Propagation and Infectivity. Jiyan Ma.

The peculiar interaction between mammalian prion protein and RNA. Mariana P.B. Gomes, Yraima Cordeiro and Jerson L. Silva.

RNA molecules stimulate prion protein conversion. Nathan R. Deleault, Ralf W. Lucassen & Surachai Supattapone.

A novel generation of heparan sulfate mimetics for the treatment of prion diseases. Karim Tarik Adjou, Steve Simoneau, Nicole Salès, François Lamoury, Dominique Dormont, Dulce Papy-Garcia, Denis Barritault, Jean-Philippe Deslys and Corinne Ida Lasmézas.

The most infectious prion protein particles. Jay R. Silveira, Gregory J. Raymond, Andrew G. Hughson, Richard E. Race, Valerie L. Sim, and Byron Caughey.