LE MALATTIE DA PRIONI
Sandro Sorbi e Silvia Bagnoli
PRIONE:
libero acronimo di proteinaceus
infective particle.
Prusiner et al., 1981
Mucca pazza in verità mucca atassica
LE MALATTIE DA PRIONI
La stessa malattia può essere:
- ereditaria (genet. determinata)
- sporadica
- “infettiva” (iatrogena – GH da cadavere,
trapianti di cornea e dura madre, elettrodi di
profondità - alimentare)
Alterazioni spongiformi del neuropilo
A) Tasso di mortalità per CJD forma sporadica per paese dal 1999 al 2002
B) Tasso di mortalità per forme
genetiche di EST per paese dal
1999 al 2002
vCJD
Sono stati presi provvedimeti dai governi di tutti i paesi per la
prevenzione della vCJD
TASSO DI MORTALITÀ PER ENCEFALOPATIE
SPONGIFORMI TRASMISSIBILI (EST) IN EUROPA DAL
1999 AL 2002.
ENCEFALOPATIE SPONGIFORMI
TRASMISSIBILI (EST) O MALATTIE DA
PRIONI NEGLI ESSERI UMANI
9 Malattia di Creutzfeldt-Jakob (CJD)
9 Insonnia Fatale Familiare (FFI)
9 Sindrome di Gerstmann-Sträussler-Scheinker
(GSS)
9 Nuova Variante CJD (nvCJD or vCJD)
9 Kuru
Malattie da prioni nell’animale
• Scrapie (pecore)
• Encefalopatia spongiforme dei bovini
(BSE)
• Encefalopatia del visone
• Malattia cronica debilitante dell’alce e del
cervo
• Encefalopatia spongiforme del felino
Cosa sono le encefalopatie spongiformi
trasmissibili?
™ Sono rare forme di malattie neurodegenerative
progressive che colpiscono sia gli esseri umani (EST)
che gli animali (BSE)
™ Sono causate da agenti infettivi simili (PRIONI)
™ Sono così chiamate perchè producono modificazioni
spongiformi nel cervello
™ L’agente infettivo che causa la malatia ha la sua
massima concentrazione nelle zone cerebrali
Prioni
9 Libero acronimo di proteinaceus infective particle
(Prusiner et al., 1981
9 Sono singole molecole contenenti circa 250 aminoacidi
9 Sono varianti di proteine che sono normalmente espresse
nelle cellule
9 I Prioni hanno l’abilità di convertire la loro struttura terziaria
da α-elicha a foglietti β.
9 Nelle malattie da prioni si verifica
un accumulo intraneuronale della
proteina prionica , con formazione
di placche
Il polimorfismo 129 Met/Val nelle malattie da prioni
• Il polimorfismo 129 Met/Val è fondamentale
• Nella popolazione generale, il 50% è omozigote
Met/Met, il 40% eterozigote Met/Val ed il 10%
Val/Val
• L’omozigosi Met/Met costituisce un importante
fattore di rischio per la CJD e la CJDv e ne
modifica la storia naturale di malattia (età di
esordio, caratteristiche cliniche, durata).
• L’omozigosi Met/Met determina, a parità di
mutazione, il quadro clinico FFI in contrapposizione
a quello fCJD.
Mutazioni ed espansioni nel gene della Prion
Protein
•
L’evento patogenetico fondamentale delle EST è l’accumulo
a livello cerebrale di una proteina amiloidea caratteristica
denominata PrPsc (da scrapie).
Questa proteina deriva da un precursore fisiologico PrPC
(costitutivo).
•
PrPsc e la PrPC sono identiche per struttura primaria e
modificazioni post-traduzionali ma differiscono fortemente dal
punto di vista conformazionale.
Modificazione strutturale della proteina prionica
(PrP). Da PrPc con α-eliche a PrPsc con stuttura
a foglietti β.
Malattie da prioni e β-amiloide
Nelle malattie da prioni si accumulano
prodotti di degradazione della PrP
sotto forma di depositi fibrillari
multipli. In associazione all’amiloide
possono essere presenti anche depositi
non fibrillari di PrP
Il carico parenchimale di amloide
caratteristico della GSS è presente solo
nel 10% dei pazienti con CJD mentre
l’angiopatia amiloidosica è
virtualmente assente.
Unica eccezione la PrP-CAA dove
l’amiloide si deposita nei vasi
parenchimali e leptomeningei in
associazione a NFT.
Proteina prionica (PrP)
Glicoproteina di membrana, PM=33-35 kDA
ricca in regioni ad α-elica costituita da:
ƒ dominio NH2-T (sequenza ripetuta
octapeptidica)
ƒ dominio COOH-T patogenetico che può
strutturarsi in aggregati amiloidogenetici
proteasi resistenti
Funzione cellulare sconosciuta
Possibili ruoli:
ƒ trasmissione sinaptica
ƒ regolazione del livello intracellulare del
rame (attività chelante della regione
NH2-T)
Mutazioni sul gene PRNP chr 20p13 (31 sostituzioni nucleotidiche,
13 delezioni/duplicazioni)
La conversione PrPc a PrPsc avviene attraverso due fasi: la nucleazione e l’estensione.
La nucleazione è la tappa limitante, una volta formato il nucleo l’ aggiunta di PrPsc
permette
una
rapida
polimerizzazione
e
fibrillogenesi.
Ciclo cellulare della proteina
prionica
All’interno delle cellule in degenerazione si possono ritrovare
aggregati proteici contenenti la forma mutata della PrP associata o
meno alla presenza della PrP wilde type.
Oltre a ciò sono stati ritrovati nel citoplasma frammenti peptidici
della PrPsc, PrPctm, con probabile azione neurotossica ma con
meccanismo sconosciuto.
?
Reticolo Endoplasmico
Che cosa è la PrPc
¾ Glicoproteina di membrana, PM=33-35 kDA
¾ Funzione cellulare sconosciuta
¾ Alcuni possibili ruoli:
9
nella trasmissione degli impulsi nervosi data la sua
localizzazione in aree sinaptiche
9
nella regolazione del livello intracellulare del Rame,
vista la capacità della regione N-terminale di chelare
questo metallo
¾ Mutazioni sul gene PRNP chr 20-p13 (31 sostituzioni
nucleotidiche, 14 delezioni/duplicazioni)
Differenze biochimiche tra PrPc e PrPsc
PrPc
PrPsc
Peso molecolare della forma processata
33-35KDa
33-35KDa
Glicosilazione
SI
SI
Localizzazione
Membr. citoplasmatica
Intracellulare
Resistenza alle proteasi
NO
SI
Solubilità in soluz. acquosa
SI
NO
Struttura secondaria prevalente
α-elica
foglietti-β
Formazione di fibrille amiloidi
NO
SI
PrPsc forma aggregati che portano alla neurodegenerazione
I meccanismi della conversione patologica della PrP
ma, soprattutto, la natura stessa dell'agente infettivo
responsabile dell'evento patologico rimangono
sconosciuti.
GENE PRNP situato sul
chr 20-p13
Mutazioni:
™31 sostituzioni
nucleotidiche
™14 delezioni/duplicazioni
Fattore di
rischio
genetico:
Polimorfismo
codone 129
(met-val)
Placche amiloidee con positività per la PrP
Sezione di tessuto cerebrale di mucca
affetto da BSE
Meccanismi patogenetici delle malattie da prioni
La malattia di Creutzfeldt-Jakob (CJD)
•
Descritta per la prima volta da Hans Creutzfeldt (1921) e,
successivamente da Alfons Jakob (1929).
•
Può essere sporadica (85%), familiare (15%) od “infettiva”
•
Ha una prevalenza di circa 1 caso ogni 1.000.000 di abitanti
•
Non vi è prevalenza di sesso o di etnia
•
L’età di esordio è, in genere, tra i 50 e di 70 anni
•
La durata della malattia è compresa tra 4 e 6 mesi. Vi è una estrema
variabilità dei segni e dei sintomi clinici osservati, sia all’esordio di
malattia che durante il suo decorso.
Criteri diagnostici per la malattia di Creutzfeldt-Jacob
Creutzfeldt-Jakob variante (CJDv)
• In Gran Bretagna, tra il 1985 ed il 2000, si è verificata
una epidemia di BSE dovuta alla diffusione di farine
animali fatte con carcasse di pecore morte per scrapie.
• Si stima che la carne di un milione di capi ammalati sia
entrata nella catena alimentare umana.
• Dal 1995, sono stati descritti numerosi casi (più di 150 in
GB, 6 in Francia, 1 in Italia) di CJD con caratteristiche
“atipiche” (CJDv)
Creutzfeldt-Jakob variante (CJDv)
• L’esordio della malattia è più precoce: 15-40 anni vs 6080 anni.
• La durata della malattia è più lunga: 12-24 mesi vs 4-12
mesi
• L’esordio è più subdolo, prevalgono nelle fasi inziali di
malattia i sintomi “psichiatrici” ed i disturbi atassici; il
deterioramento cognitivo è più lento.
L’Insonnia Fatale Familiare (FFI)
• E’ una malattia neurodegenerativa descritta per la prima
volta nel 1986 da Lugaresi e coll.
• Sono stati descritti diversi pedigree con tale patologia e, più
recentemente, anche casi sporadici (sFI)
• E’ caratterizzata, clinicamente, da una compromissione
progressiva della capacità di dormire, da disautonomia e da
segni motori. La durata di malattia è compresa tra i 6 ed i 30
mesi.
La malattia di Gerstmann-Straussler-Schenker
(GSS)
• Descritta per la prima volta nel 1936 nella Family H.
• Attualmente note circa 50 famiglie, tutte con
trasmissione autosomico-dominante del fenotipo
• La malattia è rara (1 caso su 10.000.000). L’esordio
è nella 4 o 5 decade di vita e la durata di malattia è
compresa tra i 5 ed i 15 anni
• Sono state descritte due diverse modalità di
esordio: la forma ad esordio atassico e quella ad
esordio demenziale.
History: Kuru
• New Guinea in early 1900’s
– People practicing cannibalism
– 1957-1968
• Over 1,100 people died
– Majority of deaths
• Women, children and elderly
– Incubation period >30 days
History: CJD
• Sporadic human encephalopathy
• Worldwide 1-2 cases/million people
• Different forms
– Spontaneous (85%)
– Genetic (10-15%)
– Iatrogenic (<1%)
• Average age of onset 65 years
• Duration of illness, 4.5 months
KURU
• Per molti anni, malattia endemica nella
popolazione Fore della Nuova Guinea.
• Era collegata al rito cannibalico di cibarsi del
cervello dei familiari defunti
• E’ andata progressivamente diminuendo sino
a scomparire
Le forme familiari di EST
Tutte le forme familiari sono legate a mutazioni puntiformi
del gene PRNP.
CJD: Sono state descritte più di 40 mutazioni. Quelle più
frequenti in Italia sono quelle al codone 200 e 210.
FFI: La mutazione più frequente è al codone 178 associata
sempre con la metionina al codone 129.
GSS: si manifesta solo in forma familiare ed è sempre
legata a mutazioni del gene PRNP. La mutazione più
frequente, e l'unica identificata in Italia, è quella al codone
102. Nei soggetti portatori di questa mutazione la malattia
compare intorno ai 50 anni con una atassia cerebellare
cronica.
EREDITARIETA’ FORME FAMILIARI
Il polimorfismo 129 Met/Val nelle malattie da prioni
• Il polimorfismo 129 Met/Val è fondamentale
• Nella popolazione generale, il 50% è omozigote
Met/Met, il 40% eterozigote Met/Val ed il 10%
Val/Val
• L’omozigosi Met/Met costituisce un importante
fattore di rischio per la CJD e la CJDv e ne
modifica la storia naturale di malattia (età di
esordio, caratteristiche cliniche, durata).
• L’omozigosi Met/Met determina, a parità di
mutazione, il quadro clinico FFI in contrapposizione
a quello CJD.
Indagini neuroradiologiche: Risonanza Magnetica Nucleare
NORMALE
CJD
Degenerazione del tessuto cerebrale in
paziente affetto da CJD
Esami per una corretta diagnosi di CJD in vita:
9ElettroEencefaloGramma (EEG)
9Liquido cefalorachidiano (LCR)
EEG: Le anomalie EEG caratteristiche della CJD sono i
complessi periodici trifasici punta-onda (1-2 cicli al secondo)
che però non sono costanti durante l'intera fase clinica.
LCR: L'identificazione mediante western blot della proteina
14-3-3 (una proteina citoplasmatica neuronale non correlata
alla PrP) è di grande aiuto per confermare il sospetto clinico di
CJD.
Metodica per ricerca 14-3-3 nel liquor:
Elettroforesi Bidimensionale e Western Blotting
Rivelazione mediante
elettrochemioluminescenza
(ECL) con l’impressionamento di
una lastra fotografica.
30 KDa
Alcune patologie neurologiche, oltre alla CJD, possono
occasionalmente dare una risposta positiva al test della
14-3-3, tra cui:
le encefaliti virali, l'infarto cerebrale acuto, alcune
encefalopatie metaboliche, tumori cerebrali e
l'encefalopatia paraneoplastica.
Pertanto, questo test non dovrebbe essere eseguito di
routine per escludere la CJD, ma solo in quei casi in cui
vi sia una ragionevole possibilità di CJD.
In questi pazienti la presenza della 14-3-3 nel liquido
cefalorachidiano ha un alto valore predittivo positivo
(97%).
Ricerca 14-3-3 in liquor di pz affetti da CJD ed in pz affetti
da altre malattie neurodegenerative
numero delle segnalazioni di casi sospetti di MCJ e numero di
decessi distribuiti per anno
(fonte: ISS)
Numero di decessi per EST e tassi di mortalità per Regione
(1993-2005)