Información

¿Cuál es la diferencia entre priones y proteínas similares a priones?

¿Cuál es la diferencia entre priones y proteínas similares a priones?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Si agrego un dominio priónico a una proteína, ¿eso convierte a la proteína en una proteína similar a un prión o se consideraría un prión en ese momento?

Estoy tratando de entender qué son los priones, cómo se agregan y a qué formas macroscópicas se ajustan (es decir, un anillo frente a micelas más pequeñas).

¡Muchos gracias!


Tengo entendido que la principal cualidad de un prión es que se comporta como un prión en las células; la lógica es un poco circular.

Algunos de estos criterios para actuar como un prión (en la levadura, donde los priones son más comunes):

  1. Se reproduce a sí mismo mediante "plantillas" (replegamiento de versiones no priónicas de sí mismo en versiones priónicas)
  2. Sensible a los agentes desnaturalizantes de proteínas (que eliminan la conformación de la proteína priónica).
  3. Dependencia de las proteínas chaperonas que reproducen priones liberando oligómeros priónicos de agregados priónicos más grandes. Estos oligómeros continúan "sembrando" nuevos agregados de priones.
  4. Forma agregados proteicos insolubles que constan de muchas copias de la proteína priónica.

Una sutileza importante aquí es que las proteínas con una secuencia de aminoácidos idéntica pueden ser tanto priónicas como no priónicas en la misma célula. Es una consecuencia bioquímica de la estructura de una proteína específica, más que simplemente una característica de la secuencia de la proteína. Por lo tanto, un dominio priónico confiere la capacidad de convertirse en prión, no necesariamente "prionidad" en sí mismo. Este artículo de Scientific American podría ser útil con respecto a este punto.

Como ejemplo de cómo se aplican estos criterios, este artículo utiliza algunos métodos bioquímicos y genéticos para detectar la presencia de nuevos priones en levaduras silvestres.

Como revisión de cómo los priones se oligomerizan y forman sus agregados clásicos, este artículo podría ser útil.

Ciertamente es cierto que la creación de proteínas de fusión con dominios priónicos candidatos es una forma común de confirmar que esos dominios son competentes para convertirse en priones (ver, por ejemplo, este documento). Pero generalmente existe un estándar más alto de evidencia para demostrar que alguna proteína en realidad es un prión, generalmente al demostrar la existencia de agregados de proteínas hereditarios mencionados en el punto (4).

Espero que ayude.


Proteínas similares a priones como dispositivos epigenéticos de adaptación al estrés

Las modificaciones epigenéticas permiten que las células alteren rápidamente su expresión genética y se adapten a diferentes tensiones. Además de las modificaciones directas de la cromatina, las proteínas similares a priones han surgido recientemente como un sistema que puede detectar y adaptar la respuesta celular a condiciones estresantes. Curiosamente, tales respuestas se mantienen a través de priones & # x27 conformaciones de autoplantación y se transmiten a la progenie de la célula que estableció un rasgo priónico. Alternativamente, los mnemons son proteínas similares a priones cuyo interruptor conformacional codifica recuerdos de eventos pasados ​​y, sin embargo, no se propaga a las células hijas. En esta revisión, exploramos la biología de los priones descritos recientemente que se encuentran en Saccharomyces cerevisiae incluyendo [ESI + ], [SMAUG + ], [GAR + ], [MOT3 + ], [MODIFICACIÓN + ], [LSB +] así como el mnemón Whi3. La reversibilidad de los fenotipos que codifican permite que las células eliminen rasgos que ya no son adaptables bajo el alivio del estrés y las chaperonas juegan un papel fundamental en todos los pasos de las funciones de las proteínas priónicas. Por lo tanto, la interacción entre los acompañantes y las proteínas priónicas proporciona un marco para establecer respuestas a entornos desafiantes.


Las proteínas similares a priones causan enfermedades

Ed Yong
3 de marzo de 2013

El hnRNPA2 normal permanece en el núcleo de las células del músculo de la mosca (izquierda) pero también se encuentran formas mutantes en todo el citoplasma (derecha) Fuente, J. Paul Taylor. Los individuos con un síndrome hereditario poco común llamado proteinopatía multisistémica (MSP) albergan proteínas que se comportan mal que se pliegan incorrectamente, cambian la forma de las proteínas circundantes y se agrupan, de la misma manera que lo hacen los priones que causan enfermedades. Los resultados, publicados hoy en Naturaleza, sugieren que las aproximadamente 250 proteínas humanas con dominios similares a priones similares también pueden estar involucradas en enfermedades del cerebro u otros órganos.

"Es un artículo sólido", dijo Lary Walker de la Universidad de Emory, quien estudia el papel de las proteínas mal plegadas en la enfermedad de Alzheimer y rsquos y no participó en el trabajo. & ldquoSon un caso convincente para la participación de estas proteínas mutantes en la enfermedad. & rdquo

"Es probable que la agregación de proteínas sembradas aparezca en muchas más enfermedades del cerebro y en otros lugares", añadió. & ldquoRNA-vinculante.

Las personas con MSP sufren una pérdida constante de tejido cerebral, muscular y óseo, así como de neuronas motoras. Experimentan los síntomas articulares de varias enfermedades, como la enfermedad de Lou Gehrig (ELA), la enfermedad ósea de Paget y la demencia frontotemporal.

Las causas de la MSP son en gran parte misteriosas. Estudios anteriores han demostrado que las mutaciones en un gen llamado VCP podría conducir a MSP, pero J. Paul Taylor del St. Jude Children's Research Hospital se encontró con dos familias con muchos miembros afectados y sin signos de mutaciones de VCP. Su equipo, codirigido por James Shorter de la Universidad de Pensilvania, secuenció sus exomas e identificó nuevas variantes que se encontraron solo en los individuos afectados, una en el gen hnRNPA2B1 y otra en hnRNPA1. Cuando se introdujeron en ratones y moscas, causaron el mismo tipo de pérdida muscular que se observa en pacientes humanos con MSP.

Ambas mutaciones convirtieron el aminoácido valina en otro aminoácido llamado aspartato, y ambas afectan partes de las proteínas que son similares a los dominios de los priones, proteínas infecciosas mal plegadas que también se agrupan y causan enfermedades cerebrales. Estos "dominios similares a priones" se encuentran en unas 250 proteínas humanas, y este estudio es la indicación más clara hasta ahora de que podrían desempeñar un papel en la enfermedad.

Los dominios similares a priones suelen adoptar una forma suelta y desplegada, pero las mutaciones clave les permiten actuar como cremalleras moleculares. Cuando encuentran una pareja, cierran la cremallera, transformándose de una estructura desordenada y flexible en una molécula rígida, convirtiendo proteínas que de otro modo flotarían libremente en grandes grupos. De manera similar, las proteínas mutantes identificadas en el nuevo estudio también pueden forzar a las versiones normales de las proteínas hnRNPA2B1 y hnRNPA1 a una estructura más ordenada y a sembrar racimos frescos.

En fisiología normal, las proteínas con dominios priónicos se ensamblan para crear estructuras temporales llamadas gránulos de ARN, que son necesarios para controlar el ARN. Por ejemplo, durante condiciones estresantes, los gránulos de ARN bloquean el uso de genes innecesarios al atrapar los ARN relevantes. Cuando las condiciones son mejores, los gránulos se desmontan y liberan su carga útil atrapada. Shorter y Taylor sospechan que las dos mutaciones que descubrieron impiden que los gránulos se desarmen, "lo que finalmente conduce a la enfermedad", dijo el dúo en un correo electrónico a El Científico.

Shorter y Taylor piensan que estudiar más familias con MSP puede ayudar a revelar el papel de otras proteínas con dominios similares a priones. "Ahora hemos identificado alrededor de dos docenas de familias similares, en su mayoría referidas por colegas clínicos, y las estamos secuenciando en este momento", dijeron.

H. J. Kim et al., "Las mutaciones en dominios similares a priones en hnRNPA2B1 y hnRNPA1 causan proteinopatía multisistémica y ELA", Naturaleza, doi: 10.1038 / nature11922, 2013.


Mal plegamiento de proteínas en enfermedades priónicas y similares a priones: reconsideración de un papel necesario para la pérdida de función de las proteínas

La investigación de la enfermedad priónica ha contribuido mucho a comprender otras enfermedades neurodegenerativas, incluidas las demostraciones recientes de que la enfermedad de Alzheimer (EA) y otras enfermedades neurodegenerativas son similares a los priones. Las enfermedades de tipo priónico implican la propagación de la degeneración entre individuos y / o entre células o tejidos a través de un plegado incorrecto dirigido por molde, en el que los conformadores de proteínas mal plegados propagan la enfermedad provocando el plegado incorrecto de las proteínas normales. Aquí usamos la premisa de que la EA, la esclerosis lateral amiotrófica, la enfermedad de Huntington y otras enfermedades similares son priónicas y preguntamos: ¿Podemos aplicar el conocimiento obtenido de los estudios de estas enfermedades priónicas para resolver los debates sobre las enfermedades priónicas clásicas? Nos centramos en las controversias sobre qué papel (s) podría tener la pérdida de función de las proteínas en las enfermedades priónicas porque esto tiene implicaciones terapéuticas, incluso para la EA. Examinamos qué eventos de pérdida de función son reconocibles en enfermedades similares a priones considerando las funciones normales de las proteínas antes de su plegamiento incorrecto y agregación. Luego delineamos escenarios en los que la ganancia de función y / o la pérdida de función serían necesarias o suficientes para la neurodegeneración. Consideramos los roles de la pérdida de función de PrPC en las enfermedades priónicas y en la EA, y concluimos que la sabiduría convencional de que las enfermedades priónicas son 'enfermedades tóxicas de ganancia de función' tiene limitaciones. Si bien las enfermedades priónicas ciertamente han requerido componentes de ganancia de función, proponemos que los fenotipos de la enfermedad son causados ​​predominantemente por déficits en la fisiología normal de PrPC y sus socios de interacción a medida que PrPC se convierte en PrPSc. En este modelo, la ganancia de función sirve principalmente para propagar la enfermedad y la pérdida de función media directamente la disfunción neuronal. Proponemos experimentos y predicciones para evaluar nuestra conclusión. Se necesitan más estudios sobre las funciones fisiológicas normales de estas proteínas clave.

Palabras clave: Enfermedad de Alzheimer Enfermedad de Huntington Precursor de la proteína β-amiloidea Esclerosis lateral amiotrófica Enfermedades por priones de la proteína huntingtina Enfermedades por plegamiento incorrecto de proteínas Tauopatías de la proteína tau de superóxido dismutasa 1.


Priones vs Viroides

Los priones y viroides son partículas infecciosas que causan enfermedades en animales y plantas, respectivamente. Los priones son pequeñas moléculas de proteínas infecciosas que causan enfermedades en los animales. Los priones no contienen ácidos nucleicos. Los viroides son patógenos vegetales que poseen solo una molécula de ARN circular monocatenaria. Los viroides no codifican ni contienen proteínas. Ésta es la diferencia entre priones y viroides.

Descargar la versión PDF de Prions vs Viroids

Puede descargar la versión PDF de este artículo y utilizarla para fines fuera de línea según las notas de cita. Descargue la versión PDF aquí Diferencia entre priones y viroides.

Referencias:

1. & # 8220 Prions and Viroids & # 8211 Boundless Open Textbook. & # 8221 Boundless. Boundless, 26 de mayo de 2016. Web. Disponible aquí. 23 de junio de 2017.
2. Diener, T. O., M. P. McKinley y S. B. Prusiner. & # 8220 Viroides y priones. & # 8221 Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU., Septiembre de 1982. Web. Disponible aquí. 23 de junio de 2017.

Imagen de cortesía:

1. & # 8220Prion estructura sec coloreada por subdominio & # 8221 Por Cornu (charla) 19:04, 5 de junio de 2009 (UTC) & # 8211 Trabajo propio (CC BY 2.5) vía Commons Wikimedia


EL PAPEL DE LOS AGREGADOS DE CPEB3 EN LA SÍNTESIS DE PROTEÍNA LOCAL

¿Se produce también en el cerebro una conversión priónica de CPEB3 evidente en la levadura y, de ser así, qué función cumple? Fioriti y col. (2015) encontraron que en el estado basal CPEB3 se une y reprime la traducción de sus ARNm diana en el cerebro, como las subunidades del receptor del ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA) GluA1 y GluA2 (Huang et al. 2006 Pavlopoulos et al. 2011). A su vez, CPEB3 promueve la traducción del receptor AMPA (AMPAR) después de la monoubiquitinación por la ubiquitina ligasa neuralizada (Pavlopoulos et al. 2011). Juntos, estos datos sugieren que CPEB3 puede actuar como represor en el estado basal y puede convertirse en un activador en agregación por modificación postraduccional.

Esto planteó la pregunta: ¿Cómo cambia CPEB3 de un estado a otro de ser un represor a ser un activador de la traducción? De manera similar, a lo observado en Aplysia y Drosophila, Fioriti y col. encontraron que CPEB3 de ratón forma agregados en la activación sináptica en cultivo, así como también realiza una tarea de comportamiento in vivo. Además, el papel dual en la traducción, el cambio de represión a activación, se correlaciona con el cambio de CPEB3 de una forma soluble a una agregada. La propensión de CPEB3 a formar agregados se deriva de su dominio amino terminal, que comprende, como hemos visto, dos regiones ricas en glutamina y una secuencia de baja complejidad, que se predice que estará mal estructurada y formará agregados (Fiumara et al. 2010). ).

La persistencia de la plasticidad sináptica y el almacenamiento de memoria requiere la síntesis de proteínas mediada por CPEB3 en el hipocampo

Para determinar el papel de CPEB3 en la persistencia de la plasticidad sináptica y la memoria, Fioriti et al. (2015) generaron una cepa de desactivación condicional de CPEB3 y estudiaron la contribución de CPEB3 al mantenimiento de la memoria. Descubrieron que la síntesis de proteínas mediada por CPEB3 es necesaria para el mantenimiento, pero no para la adquisición de la memoria (Fig. 11). El déficit de memoria se observa en dos paradigmas de comportamiento diferentes, el reconocimiento de objetos espaciales y la tarea del laberinto de agua de Morris, lo que sugiere que los procesos mediados por CPEB3 son necesarios para diferentes tipos de tareas de aprendizaje espacial basadas en el hipocampo. Fioriti y col. (2015) también encontraron que CPEB3 pierde su capacidad para mantener la plasticidad sináptica a largo plazo y la memoria a largo plazo si se elimina su dominio amino terminal similar a un prión. Fioriti et al., Por tanto, propone que, al igual que el Aplysia CPEB y el Drosophila Orb2A, CPEB3 puede mantener la persistencia de la memoria a través de un cambio de conformación inducido por estímulos, lo que provoca la agregación de proteínas y un cambio en la función que permite una mejor traducción de los ARNm diana de CPEB3, como las subunidades de AMPAR GluA1 y GluA2.

La proteína de unión al elemento de poliadenilación citoplasmática 3 (CPEB3) condicional knockout ratones muestran (A) mantenimiento de la plasticidad sináptica dependiente de la dopamina, y (B) memoria a largo plazo. LTP, WT de potenciación a largo plazo, KO de tipo salvaje, DG knockout, giro dentado.

Estos resultados proporcionan la primera evidencia de un mecanismo similar a un prión para mantener la memoria en el cerebro del ratón durante la consolidación y el mantenimiento.

SUMOylation inactiva, mientras que ubiquitination activa CPEB3

La naturaleza dominante de los agregados CPEB3 característicos de otros priones funcionales relacionados con CPEB llevó a Drisaldi y sus colegas (2015) a buscar restricciones inhibitorias que podrían ser importantes para regular la formación de agregados. Descubrieron que el modificador de tipo ubiquitina pequeña o SUMOylation de CPEB3 actúa sobre una restricción inhibitoria. En su estado basal, CPEB3 está SUMOilado en neuronas del hipocampo y en su forma SUMOilado CPEB3 es monomérico y actúa como represor de la traducción. Después de la estimulación neuronal, CPEB3 se convierte en una forma activa, que se asocia con una disminución de la SUMOilación y un aumento de la agregación. Una proteína CPEB3 quimérica fusionada con SUMO evita que la proteína se agregue y active la traducción de los ARNm diana. Estos hallazgos sugieren un modelo mediante el cual SUMO regula la traducción de ARNm y la plasticidad sináptica modulando la agregación de CPEB3

Debido a que SUMOylation lo mantiene en un estado inactivo, ¿qué activa CPEB3? Pavlopoulos y col. encontraron que CPEB3 es activado por Neuralized1, una ligasa de ubiquitina E3 (Pavlopoulos et al. 2011). CPEB3 interactúa con Neuralized1 en dendritas de neuronas hipocampales adultas. En ratones que sobreexpresan Neuralized1, específicamente en el prosencéfalo, los niveles de CPEB3 monomérico aumentan en el hipocampo, mientras que CPEB1 y CPEB4 no se ven afectados. Pavlopoulos y col. encontraron que CPEB3 interactúa con Neuralized1 a través de su dominio de tipo priónico amino-terminal, y que esta interacción conduce a la monoubiquitination y la consiguiente activación de CPEB3. Sorprendentemente, la sobreexpresión de Neuralized1 activa CPEB3 en neuronas del hipocampo cultivadas (Fig. 12).

La modulación de la proteína 3 de unión al elemento de poliadenilación citoplásmica (CPEB3) por Neuralized1 (Neurl1) y ubiquitina altera el número de espinas en las neuronas del hipocampo cultivadas. La modulación se bloquea mediante la eliminación de los dominios de ligasa de ubiquitina o similares a priones. Se muestran las dendritas de neuronas de hipocampo cultivadas que expresan proteína fluorescente verde potenciada (EGFP) sola (control) o EGFP y las proteínas indicadas. También se muestra la densidad promedio de las espinas. (De Pavlopoulos et al.2011 reimpreso, con autorización, de Elsevier © 2011.)

Estos resultados sugieren un modelo mediante el cual la ubicuinación mediada por Neuralized1 facilita la plasticidad del hipocampo y el almacenamiento de memoria dependiente del hipocampo al modular la actividad de la síntesis de proteínas dependiente de CPEB3 y CPEB3. En respuesta a la actividad sináptica, los niveles de proteína de Neuralized1 aumentan, lo que lleva a la ubicuinación y activación de CPEB3, y la consecuente producción de componentes sinápticos críticos para la formación de nuevas conexiones sinápticas funcionales. Debido a que CPEB3 puede SUMOilarse así como ubiquitinizarse, la relación entre estas dos modificaciones postraduccionales es de interés.

Finalmente, aunque está aumentando la evidencia de un papel plausible de la conversión de tipo priónico de CPEB neuronal en la memoria de larga duración, todavía quedan sin respuesta varias preguntas importantes. ¿La persistencia de la memoria requiere la presencia continua del estado priónico? ¿Coincide la decadencia de la memoria con la desaparición del estado priónico y puede estabilizarse una memoria transitoria mediante el reclutamiento artificial del estado priónico? ¿El estado priónico mantiene un estado alterado de síntesis de proteínas en un subconjunto de sinapsis durante toda la duración de un recuerdo? ¿Cuáles son las consecuencias bioquímicas de la conversión de tipo priónico a nivel traslacional?

Es probable que los priones funcionales tengan una estructura distintiva

Una observación particularmente fascinante que surge de estos estudios es que varias especies de CPEB en Aplysia, Drosophila, y los ratones pueden formar agregados prionogénicos funcionales en las neuronas adultas maduras que apoyan la memoria, mientras que otros priones y amiloides formados por varias otras proteínas del sistema nervioso provocan déficit cognitivo y neurodegeneración. ¿Cómo conciliar estos dos resultados diametralmente opuestos? La respuesta más simple y probable son algunas diferencias estructurales inherentes entre los amiloides y priones funcionales y tóxicos. Sin embargo, actualmente no se conocen las características estructurales y moleculares específicas, si las hay, que distinguen a los priones funcionales de los patológicos.

Se ha encontrado que los priones convencionales tienen una estructura rica en láminas β, y la transición estructural de formas solubles a agregadas se produce a través de transiciones estructurales incontroladas y el consiguiente plegamiento y agregación incorrectos. Con priones funcionales, como Aplysia CPEB, Drosophila Orb2 y CPEB3, la conversión de un estado a otro está regulada por señales fisiológicas. Para buscar una diferencia entre las dos clases de priones, patógenos y funcionales, Fiumara et al. (2010) buscaron otros tipos de estructuras y encontraron que, además de la hoja β, hay hélices α de espiral en espiral de ApCPEB que pueden mediar en la oligomerización de tipo priónico. Sin embargo, a diferencia de las láminas β, las bobinas en espiral responden a la señal ambiental y, por lo tanto, son regulables (ver Fiumara et al. 2010).

Raveendra y col. (2013) luego realizaron estudios estructurales más profundos sobre ApCPEB utilizando resonancia magnética nuclear funcional (RMN). De acuerdo con los estudios de Fiumara et al., Estos estudios funcionales de RMN revelaron que el dominio de tipo priónico no se compone únicamente de hoja β, sino que también tiene una estructura mixta novedosa que contiene tramos helicoidales y espirales aleatorios. Esta vista de estructura mixta es consistente con los estudios de bioinformática y mutagénesis (Fiumara et al. 2010) que predijeron que el dominio priónico rico en glutamina de ApCPEB tiene una propensión a formar estructuras α-helicoidales en espiral. Este "modelo de estructura mixta" (Fig. 13) tiene una ventaja plausible en el sentido de que podría permitir que la hoja β forme un andamio de eje de fibra. A su vez, esto permitiría que los dominios carboxi-terminales se apilaran juntos pero que estuvieran expuestos y libres para unirse al ARNm en la superficie del armazón del eje de la fibra de la hoja β. Este modelo de estructura mixta permitiría la traducción coordinada de la población de ARNm interrelacionados necesarios para la estabilización del crecimiento sináptico.

Un modelo de estructura mixta para la agregación priónica de Aplysia proteína de unión a elementos de poliadenilación citoplasmática (ApCPEB) y síntesis de proteínas. Los dominios priónicos se apilan, dejando el dominio de unión al ARN expuesto y libre para unirse a los ARN mensajeros (ARNm) en la superficie del andamio del eje de la fibra de la hoja β. Esto puede permitir la traducción coordinada de la población de ARNm interrelacionados necesarios para la estabilización del crecimiento sináptico (basado en Raveendra et al. 2013).

Una visión general: priones funcionales en perspectiva

La comprensión de que los interruptores conformacionales de las proteínas podrían proporcionar un medio para la herencia de fenotipos se remonta a 20 años atrás (Wickner 1994). Aunque los priones se descubrieron inicialmente como agentes proteicos infecciosos que están asociados con una clase de enfermedades degenerativas mortales del cerebro de los mamíferos, el descubrimiento de priones fúngicos, que no están asociados con enfermedades, sugirió por primera vez que los efectos de los mecanismos priónicos en la fisiología celular podrían ser visto bajo una luz diferente. Los priones fúngicos como determinantes epigenéticos alteran una variedad de procesos celulares, incluido el metabolismo y la expresión génica (Tompa y Friedrich 1998 Eaglestone et al. 1999 True y Lindquist 2000 True et al. 2004 Halfmann et al. 2012). Estos cambios conducen a una variedad de fenotipos asociados a priones. Los datos que revisamos aquí proporcionan uno de los primeros ejemplos de la existencia de un interruptor conformacional de proteína similar a un prión en el cerebro que puede, en lugar de causar pérdida de memoria, permitir la estabilización de la memoria. Las similitudes mecanicistas entre la propagación priónica de CPEB en caracoles, moscas y mamíferos sugieren que los priones no son una anomalía biológica, sino que, en cambio, quizás podrían incorporar un mecanismo regulador ubicuo. De hecho, ahora se han encontrado proteínas funcionales similares a priones u otras proteínas de autoensamblaje en otras especies, incluida la humana (Hou et al. 2011). Por lo tanto, es tentador especular que en el sistema nervioso podría haber otras proteínas además de la CPEB que cumplen funciones fisiológicas normales en el estado priónico y quizás la preponderancia de la enfermedad de base amiloide en el sistema nervioso esté relacionada con la presencia de priones en el sistema nervioso.


Introducción

Las enfermedades priónicas son una colección heterogénea de trastornos neurodegenerativos infecciosos fatales que afectan a los mamíferos, que incluyen: tembladera en ovejas, encefalopatía espongiforme bovina (EEB) en ganado, enfermedad de emaciación crónica (CWD) en ciervos y alces, y enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD) , Síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) e insomnio familiar fatal (FFI) en humanos. Estos trastornos actualmente intratables son inusuales porque pueden ser heredados, adquiridos por infección o surgir espontáneamente. Son causadas por partículas infecciosas proteínicas puras conocidas como priones (Prusiner, 1982 Prusiner, 1998). Los priones son proteínas que existen en varias conformaciones alternativas pero funcionalmente distintas, al menos una de las cuales es autoplanteante (Shorter y Lindquist, 2005 Soto y Castilla, 2004). Por lo general, la forma de autoplantación es una estructura fibrosa "cruzada-β" denominada amiloide, en la que las hebras de las láminas β se alinean ortogonalmente al eje de la fibra. Estas fibras se alargan en ambos extremos. De hecho, los extremos de las fibras son los sitios activos del prión. Los extremos de las fibras capturan y convierten las proteínas plegadas de forma nativa en la forma cruzada-β (Fig. 1A). Esta actividad de creación de plantillas o "siembra" forma la base de la infectividad. Debido a la notable estabilidad de la forma del prión β cruzado, que resiste los detergentes, las proteasas y la desnaturalización por calor (Dobson, 2003 Knowles et al., 2007 Prusiner, 1982 Prusiner et al., 1983 Smith et al., 2006), la transmisión entre individuos (por ejemplo, la EEB se transmite de una vaca a otra) y ocasionalmente incluso entre especies (por ejemplo, la variante de la ECJ se transmite de una vaca a un ser humano) es posible. Debido a su resistencia a ambientes hostiles, los priones se pueden encontrar en la saliva y la sangre (Mathiason et al., 2006 Saa et al., 2006), e incluso pueden sobrevivir al ambiente normalmente desnaturalizante del sistema digestivo (Beekes y McBride, 2007). . Por lo tanto, incluso antes de presentar síntomas de CWD, los ciervos excretan priones en las heces que persisten en el medio ambiente y permiten una rápida transmisión horizontal de CWD a través de una ruta fecal-oral dentro de las poblaciones de ciervos (Tamguney et al., 2009).

Ahora está claro que estas devastadoras encefalopatías espongiformes transmisibles (EET) se deben todas al plegamiento incorrecto de una proteína específica: la proteína priónica de mamíferos (PrP) (Prusiner, 1998), una proteína de la membrana plasmática anclada con glicosilfosfatidilinositol (GPI) de función incierta (Bremer et al., 2010 Le Pichon et al., 2009 Steele et al., 2007). Sin embargo, durante décadas, la identidad del agente infeccioso fue desconcertante y controvertida porque prácticamente carece de ácido nucleico, el agente canónico de la enfermedad en ese momento (Alper et al., 1967 Bruce y Dickinson, 1987). Más bien, se comprendió gradualmente que las formas amiloides infecciosas de una proteína codificada por el huésped, PrP, eran las causantes (Bolton et al., 1982 Oesch et al., 1985 Pan et al., 1993 Prusiner et al., 1983). Un fuerte apoyo para la hipótesis del prión proviene de experimentos que muestran que las formas amiloides de PrP generadas a partir únicamente de proteínas recombinantes pueden eventualmente inducir enfermedades neurodegenerativas transmisibles tras la inoculación en ratones transgénicos que sobreexpresan PrP (Colby et al., 2009 Legname et al., 2004) o hámsteres de tipo salvaje (Castilla et al., 2005). Es importante destacar que Ma y sus colegas han brindado recientemente un apoyo aún más fuerte (Wang et al., 2010). Utilizando una estrategia inteligente que combinaba factores facilitadores de lípidos y ARN específicos, se generó un prión potente a partir de PrP recombinante que indujo la rápida aparición de una enfermedad priónica clásica en ratones de tipo salvaje (Wang et al., 2010).

Evidencia genética convincente también ha relacionado la PrP con la patogénesis de las EET. Las mutaciones sin sentido en el gen PrP están estrechamente ligadas a formas familiares de GSS (Hsiao et al., 1989), FFI (Medori et al., 1992) y CJD (Goldgaber et al., 1989). Además, en ratones, una mutación ligada a FFI en PrP puede inducir una enfermedad neurodegenerativa y la generación espontánea de material infeccioso (Jackson et al., 2009). En el otro extremo, las mutaciones sin sentido en PrP pueden conferir resistencia a la enfermedad por priones (Mead et al., 2009). Es importante destacar que los ratones deficientes en PrP resisten la infección por priones exógenos inductores de EET (Bueler et al., 1993). Esta resistencia surge porque la forma infecciosa de PrP debe reclutar y convertir PrP endógena para transmitir la enfermedad. De hecho, si las neuronas que expresan PrP se injertan en ratones knockout para PrP, sólo los injertos se infectan tras la exposición al prión, mientras que el tejido circundante no se ve afectado (Brandner et al., 1996). Esta observación experimental podría resultar fundamental para diseñar estrategias para mitigar la transmisibilidad de otras proteínas de enfermedades neurodegenerativas humanas.


Proteína priónica detectada en bacterias por primera vez

Hasta ahora, los priones solo se veían en las células de organismos eucariotas como plantas y animales.

Los priones, los agentes infecciosos más conocidos por causar trastornos cerebrales degenerativos como la enfermedad de las "vacas locas", pueden haber sido detectados en bacterias.

Una sección de una proteína en Clostridium botulinum, el microbio que causa el botulismo, puede comportarse como un prión cuando se inserta en la levadura y Escherichia coli bacterias, informan los investigadores en la edición del 13 de enero de Ciencias 1 .

Los priones están formados por proteínas que pueden plegarse de varias formas estructuralmente distintas. Una versión priónica de una proteína puede perpetuarse de manera infecciosa al convertir formas normales de esa proteína en la versión priónica.

Los científicos descubrieron por primera vez los priones en la década de 1980 como los agentes detrás de los trastornos cerebrales fatales conocidos como encefalopatías espongiformes transmisibles. Desde entonces, los investigadores han encontrado proteínas mal plegadas en mamíferos, insectos, gusanos, plantas y hongos 2, y han descubierto que no todos los priones dañan a sus huéspedes.

Pero hasta ahora, los priones solo se veían en las células de organismos eucariotas, un grupo que incluye animales, plantas y hongos.

En el último estudio, los investigadores analizaron aproximadamente 60.000 genomas bacterianos utilizando un software capacitado para reconocer las proteínas formadoras de priones en la levadura. Se centraron en una sección de la proteína bacteriana Rho. En muchas bacterias, como C. botulinum y E. coli, Rho es un regulador global de la expresión génica, lo que significa que puede controlar la actividad de muchos genes.

Cuando la sección potencialmente formadora de priones de Rho tomada de C. botulinum fue insertado en E. coli, se forman grupos de proteínas malformadas que son características de la mayoría de los priones. Además, cuando el fragmento de proteína se insertaba en la levadura, podía reemplazar las funciones de una proteína de levadura conocida formadora de priones.

Los investigadores también encontraron que aunque la versión normal de Rho suprimió la actividad del gen en E. coli, muchos genes estaban activos cuando la proteína estaba en su forma priónica. Esto sugiere que los priones podrían permitir que las bacterias se adapten a ciertos tipos de estrés ambiental, dice Ann Hochschild, genetista bacteriana de la Escuela de Medicina de Harvard en Boston, Massachusetts, y coautora del estudio. Por ejemplo, los científicos encontraron que E. coli modificados con la versión priónica de Rho fueron más capaces de adaptarse a la exposición al etanol que las bacterias con Rho normal.

Estos hallazgos sugieren que los priones son anteriores a la división evolutiva entre eucariotas y bacterias hace unos 2.300 millones de años. “Es probable que los priones estén mucho más extendidos en la naturaleza de lo que se suponía”, dice Hochschild. "Creemos que otras proteínas formadoras de priones se descubrirán en las bacterias".

Debido a que los priones son hereditarios, los hallazgos sugieren que estas proteínas podrían permitir que las bacterias hereden rasgos sin la necesidad de una mutación genética. Eso podría ser útil "cuando las bacterias puedan necesitar respuestas rápidas a su entorno, como tratar con antibióticos", dice Peter Chien, bioquímico bacteriano de la Universidad de Massachusetts Amherst.

El siguiente paso para los investigadores es confirmar que Rho puede actuar como un prión en su huésped natural, dice Chien. Pero eso podría ser difícil, porque C. botulinum es menos manejable para los experimentos genéticos que los organismos de laboratorio convencionales, como E. coli, Agrega Chien.

Desarrollar la capacidad de experimentar con priones en bacterias podría ayudar a revelar más sobre el comportamiento de los priones humanos, que puede estar relacionado con enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson, dice Jeffrey Roberts, biólogo molecular de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York.


Posibles funciones neuroprotectoras de la PrP C

PrP C puede tener un papel neuroprotector en un modelo de ratón de isquemia cerebral, ya que los ratones deficientes en PrP C muestran lesiones más grandes en la isquemia cerebral aguda. Además, la sobreexpresión de PrP C puede reducir el tamaño de la lesión en comparación con los ratones de tipo salvaje [121,122,123,124]. Se ha propuesto que la atenuación de la señalización de NMDA por PrP C es la base de un papel neuroprotector de PrP C contra la toxicidad mediada por NMDA en la isquemia [125]. Además, se encontró que la escisión de PrP C en sus fragmentos N- y C-terminales aumenta en condiciones isquémicas y estos productos de escisión pueden ser neuroprotectores por sí mismos [124]. In particular, the N-terminal cleavage fragment (N1) might be neuroprotective against staurosporine-induced Caspase-3 activation in a model of pressure-induced ischemia in the rat retina [126]. These results are supported by several in vitro studies, where expression of PrP C was protective against staurosporine or anisomycin-induced apoptosis [127, 128]. Conversely, loss of PrP C was beneficial against glutamate-induced excitotoxicity in vitro, an effect supposedly mediated by increased uptake of glutamate in PrP C -ablated astrocytes [129].

The protective function of the N1 fragment is also very intriguing in the context of the Aβ oligomer-related synaptotoxicity. This intrinsically disordered N-terminal portion of PrP C is involved in binding to β-sheet-rich peptides like Aβ oligomers [99, 101] and mediates the detrimental effects of Aβ oligomers on synaptic function as mentioned before. However, in its soluble form as secreted upon PrP C cleavage, N1 acted in a decoy receptor-like mode: it prevented Aβ peptide fibrillization and reduced the neurotoxicity of amyloid-β oligomers in vitro and in vivo [130]. Additionally, the rate of PrP C alpha-cleavage is increased in brain tissue from patients suffering from AD and it was proposed that alpha-cleavage represents an endogenous protective mechanism against amyloid-β toxicity in humans [131].

However, PrP C -deficient mice do not exhibit altered amyloid-β toxicity [102,103,104,105] and there was no protective effect of PrP C in mouse models of other neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's disease, as well as a mouse model of tauopathy [124, 132].

Based on in vitro studies, by virtue of its ability to bind copper, PrP C has been proposed to participate in resistance to oxidative stress by preventing reactive oxygen species (ROS) generation via free copper-mediated redox reactions. Also, PrP C was at some point thought to regulate the function of superoxide dismutase (SOD) [133]. It was even proposed that PrP C could act as a SOD by itself [27, 134]. However, a function of PrP C in copper metabolism is still controversial and the influence of PrP C on either SOD level or the intrinsic dismutase activity of PrP C was shown by us and others to be artifactual [135, 136]. There might be, however, alternative ways in which PrP C protects against ROS toxicity. For instance, PrP C -dependent expression of antioxidant enzymes was suggested as an explanation for resistance to oxidative stress mediated by PrP C [137, 138] as well as a conjectured PrP C function in iron metabolism and control of redox-iron balance in cell lines [139, 140].


Resultados

The relationship between amyloidogenicity and prion propensity

Ross and Toombs have shown that the sequence of a short eight-residue stretch of a variant of Sup35 PFD suffices to determine the priogenicity of the complete protein, revealing that the presence of hydrophobic residues, which are otherwise under-represented in PFDs, highly increase the overall prion propensity [17]. The presence of hydrophobic residues is recurrently observed in amyloid sequences and, in fact, when we analysed the 62 sequence variants they tested in this short Sup35 region using WALTZ (with default settings) we observed that 44.4% of prion-promoting sequences were predicted as amyloidogenic, whereas only 14.2% of non-prionic sequences were identified as such (S1 Table). This suggests that the enrichment in hydrophobic residues in prion-promoting stretches acts by increasing their sequential amyloid propensity and therefore that the presence of short and specific amyloid sequences might be an important contributor to the prionogenicity of a Q/N rich sequence, as previously proposed [18], [19]. Based on this hypothesis, we wondered if prediction of amyloidogenicity might aid to discriminate prion from non-prions in the protein dataset experimentally characterized by Alberti et al. The authors of that study scored the domains from 0 to 10 according to their combined performance in four different assays that include tests for both amyloid and prion forming ability. We considered as non-prions those sequences scoring ≤2 and being positive in one assay at maximum, meaning that they do not exhibit amyloid and prion forming ability at the same time, yielding a total of 39 sequences (Table 1). We considered as prions those domains being positive in all four assays and scoring ≥9, with a total of 12 sequences, including the known prions NEW1, RNQ1, SWI1, SUP35 and URE2 proteins (Table 1).


Ver el vídeo: Priones y viroides (Junio 2022).


Comentarios:

  1. Chaz

    Su mensaje, simplemente el encanto

  2. Rai

    Arnés de diablos

  3. Meztijora

    Qué palabras ... el pensamiento fenomenal y magnífico

  4. Fitzpatrick

    Considero, que estás equivocado. Discutámoslo.



Escribe un mensaje