thumb|direita|200px|Representação de uma proteína priônica humana é um agente infeccioso composto por proteínas com forma aberrante. Tais agentes não possuem ácidos nucleicos (DNA e/ou RNA) ao contrário dos demais agentes infecciosos conhecidos (vírus, bactérias, fungos e parasitas). O termo "prion" (partículas infecciosas proteicas com ausência de ácidos nucléicos) foi cunhado em 1982 por Stanley B. Prusiner através de um amálgama entre as palavras proteinaceous (proteica) e infection (infecção). Os príons são responsáveis pelas encefalopatias espongiformes transmissíveis em uma variedade de mamíferos, incluindo os humanos.
Os príons são um tipo de proteína intrinsecamente desordenada que mudam sua conformação a menos que estejam ligados a um parceiro específico, como outra proteína. Com um príon, duas cadeias de proteínas são estabilizadas se uma se ligar a outra na mesma conformação. A probabilidade de isso acontecer é baixa, mas quando acontece, a combinação das duas é muito estável. Então, mais unidades podem ser adicionadas, formando uma espécie de "fibrila". Os príons formam agregados anormais de proteínas chamados amiloides, que se acumulam em tecidos infectados e estão associados a danos nos tecidos e morte celular. Os amiloides também são responsáveis por várias outras doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.
Descoberta O especialista em radiação Tikvah Alper e o matemático John Stanley Griffith desenvolveram, na década de 1960, a hipótese de que as encefalopatias espongiformes transmissíveis (TSEs) são causadas por um agente infeccioso constituído unicamente por proteínas. Esta hipótese foi formulada para explicar a descoberta que o misterioso agente infeccioso, causador da scrapie e da doença de Creutzfeldt-Jakob, ser resistente à radiação ultravioleta (o UV causa dano direto ao DNA pela excitação de moléculas individuais do polímero de DNA, causando erro ao ser introduzido na seqüência de pares de bases).
Francis Crick reconheceu a potencial importância da hipótese de Griffith para a propagação do scrapie na segunda edição de seu famoso "Dogma Central da Biologia Molecular": embora afirmando que o fluxo da sequência de informações de proteína para proteína ou de proteína para RNA e DNA foi "impedido", ele observou que a hipótese de Griffith era potencialmente contraditória (embora ela não tenha sido somente promovida por Griffith). Uma hipótese revisada foi posteriormente formulada, em parte, para acomodar a descoberta da transcrição reversa por Howard Temin e David Baltimore.
Stanley B. Prusiner, da Universidade da Califórnia, anunciou em 1982 que sua equipe havia purificado o hipotético agente infeccioso, e que tal agente consistia principalmente de uma proteína específica - apesar de ele não conseguir isolar satisfatoriamente a proteína até dois anos depois de seu anúncio. Prusiner conferiu o nome "prion" (proteinaceous infection) ao agente infeccioso, e a proteína específica que compõe o príon foi chamada de "PrP" (Prion Protein), embora esta proteína possa ser encontrada tanto nas formas infecciosas como não infecciosas. Prusiner foi premiado com o Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1997 pela sua pesquisa com príons, mas não sem controvérsia.
Proteína priônica
Estrutura
Os príons consistem em uma forma mal dobrada da proteína priônica principal (PrP), uma proteína que é uma parte natural do corpo de humanos e outros animais. A PrP encontrada em príons infecciosos tem uma estrutura diferente e é resistente a proteases, as enzimas do corpo que normalmente podem quebrar proteínas. A forma normal da proteína é chamada PrPC, enquanto a forma infecciosa é chamada PrPSc – o C refere-se à PrP 'celular', enquanto o Sc refere-se à 'scrapie', a doença priônica prototípica, que ocorre em ovelhas. A PrP também pode ser induzida a se dobrar em outras isoformas mais ou menos bem definidas in vitro; embora suas relações com as formas patogênicas in vivo sejam frequentemente obscuras, análises estruturais de alta resolução começaram a revelar características estruturais que se correlacionam com a infectividade do príon.
PrPC A PrPC é uma proteína normal encontrada nas membranas das células, "incluindo vários componentes sanguíneos, dos quais as plaquetas constituem o maior reservatório em humanos". Tem 209 aminoácidos (em humanos), uma ligação dissulfeto, uma massa molecular de e uma estrutura principalmente alfa-helicoidal. Existem várias formas topológicas; uma forma de superfície celular que é ancorada via glicolipídeo, e duas formas transmembranas. A proteína normal não é sedimentável; ou seja, não pode ser separada por técnicas de centrifugação. Tem uma função complexa, que continua sendo investigada. A PrPC liga-se a íons cobre(II) (aqueles em um estado de oxidação +2) com alta afinidade. Acredita-se que essa propriedade desempenhe um papel nas propriedades antioxidantes da PrPC via oxidação reversível dos resíduos de metionina da porção N-terminal em sulfóxido. Além disso, estudos sugeriram que, in vivo, devido à baixa seletividade da PrPC a substratos metálicos, a função antioxidante da proteína fica prejudicada quando em contato com metais diferentes do cobre. A PrPC é facilmente digerida pela proteinase K e pode ser liberada da superfície celular pela enzima fosfoinositídeo fosfolipase C (PI-PLC), que cliva a âncora de glicolipídeo glicofosfatidilinositol (GPI). A PrP desempenha um papel importante na adesão célula-célula e na sinalização intracelular in vivo, e pode, portanto, estar envolvida na comunicação célula-célula no cérebro.
PrPSc alt=Fotomicrografia de neurônios de camundongo mostrando inclusões coradas em vermelho identificadas como proteína priônica de scrapie.|miniaturadaimagem|upright=0.8|PrPSc (corada em vermelho) revelada em uma fotomicrografia de células neuronais de camundongo infectadas com scrapie. A isoforma infecciosa da PrP, conhecida como PrPSc, ou simplesmente o príon, é capaz de converter as proteínas normais PrPC na isoforma infecciosa, alterando sua conformação, ou forma; isso, por sua vez, altera a maneira como as proteínas interagem. A PrPSc sempre causa doença priônica. A PrPSc tem uma proporção maior de estrutura β-folha no lugar da estrutura normal α-hélice. Várias estruturas de PrPSc derivadas do cérebro, altamente infecciosas, foram descobertas por crio-microscopia eletrônica. Outra estrutura de fibrila derivada do cérebro, isolada de humanos com síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker, também foi determinada. Todas as estruturas descritas em alta resolução até agora são fibras amiloides nas quais as moléculas individuais de PrP são empilhadas via folhas beta intermoleculares. No entanto, arranjos cristalinos 2-D também foram relatados em resolução mais baixa em preparações ex vivo de príons. Nos amiloides priônicos, as âncoras de glicolipídeo e os glicanos ligados à asparagina, quando presentes, projetam-se para fora das superfícies laterais dos núcleos das fibras. Frequentemente, a PrPSc está ligada a membranas celulares, presumivelmente por meio de seu conjunto de âncoras de glicolipídeo; no entanto, às vezes as fibras são dissociadas das membranas e se acumulam fora das células na forma de placas. A extremidade de cada fibra atua como um modelo ao qual as moléculas de proteína livres podem se ligar, permitindo que a fibra cresça. Esse processo de crescimento requer o redobramento completo da PrPC. Cepas diferentes de príons têm modelos ou conformações distintos, mesmo quando compostas por moléculas de PrP da mesma sequência de aminoácidos, como ocorre em um genótipo hospedeiro específico. Na maioria das circunstâncias, apenas moléculas de PrP com uma sequência de aminoácidos idêntica à PrPSc infecciosa são incorporadas à fibra em crescimento. No entanto, a transmissão entre espécies também ocorre raramente.
PrPres A proteína semelhante à PrPSc resistente a proteases (PrPres) é o nome dado a qualquer isoforma da PrPC que é estruturalmente alterada e convertida em uma forma mal dobrada resistente à proteinase K. Para modelar a conversão de PrPC em PrPSc in vitro, Kocisko et al. mostraram que a PrPSc poderia causar a conversão da PrPC em PrPres em condições sem células. No entanto, os autores afirmam que seus resultados não descartam o envolvimento de outros constituintes não-PrP, como ácidos nucleicos. Soto et al. demonstraram amplificação sustentada de PrPres (amostra derivada de homogeneizado de cérebro infectado com scrapie) e infectividade priônica por um procedimento envolvendo amplificação cíclica de mal dobramento de proteínas. O termo "PrPres" pode se referir a formas resistentes a proteases da PrPSc, que é isolada de tecido infeccioso e associada ao agente da encefalopatia espongiforme transmissível, ou a outras formas resistentes a proteases da PrP que, por exemplo, podem ser geradas in vitro. Assim, diferentemente da PrPSc, a PrPres pode não ser necessariamente infecciosa.
miniaturadaimagem|Modelos das formas normal (PrPC) e infecciosa (PrPSc) da proteína priônica em uma membrana: polipeptídeo (turquesa); glicanos (vermelho); âncoras de glicolipídeo (azul). As estruturas do núcleo são baseadas em espectroscopia de RMN (PrPC) e crio-microscopia eletrônica (PrPSc).
Função normal da PrP A função fisiológica da proteína priônica permanece pouco compreendida. Embora dados de experimentos in vitro sugiram muitos papéis diferentes, estudos em camundongos knockout para PrP forneceram apenas informações limitadas, pois esses animais exibem apenas anormalidades menores. Pesquisas em camundongos descobriram que a clivagem da PrP em nervos periféricos causa a ativação do reparo da mielina nas células de Schwann, e que a falta de proteínas PrP causa desmielinização nessas células.
PrP e morte celular regulada MAVS, RIP1 e RIP3 são proteínas semelhantes a príons encontradas em outras partes do corpo. Elas também se polimerizam em fibras amiloides filamentosas que iniciam a morte celular regulada no caso de uma infecção viral para evitar a propagação de vírions para outras células circundantes. Há evidências de que a PrP e a PrPSc patogênica contribuem para a sensibilidade à ferroptose, uma condição que é aumentada pela expressão de RAC3.
PrP e memória de longo prazo Uma revisão de evidências em 2005 sugeriu que a PrP pode ter uma função normal na manutenção da memória de longo prazo. Além disso, um estudo de 2004 descobriu que camundongos sem os genes para a proteína PrP celular normal apresentam potenciação de longo prazo hipocampal alterada. Um estudo recente que também sugere por que isso pode ser o caso descobriu que a proteína neuronal CPEB tem uma sequência genética semelhante às proteínas priônicas de levedura. A formação semelhante a príon da CPEB é essencial para manter as alterações sinápticas de longo prazo associadas à formação da memória de longo prazo.
PrP e renovação de células-tronco Um artigo de 2006 do Whitehead Institute for Biomedical Research indica que a expressão de PrP em células-tronco é necessária para a auto-renovação da medula óssea em um organismo. O estudo mostrou que todas as células-tronco hematopoéticas de longo prazo expressam PrP em sua membrana celular e que os tecidos hematopoiéticos com células-tronco nulas para PrP exibem maior sensibilidade ao esgotamento celular.
PrP e imunidade inata Há algumas evidências de que a PrP pode desempenhar um papel na imunidade inata, uma vez que a expressão de PRNP, o gene da PrP, é regulada positivamente em muitas infecções virais e a PrP tem propriedades antivirais contra muitos vírus, incluindo o HIV.
Replicação miniaturadaimagem|Modelo heterodímero da propagação de príons miniaturadaimagem|direita|Modelo de fibrila da propagação de príons