Le malattie da PRIONI
Io…paura della
mucca pazza??
Perché dovrei????
sono un gallo!!!!
I prioni
Il termine di prioni è stato coniato per indicare agenti patogeni di
natura proteica provvisti di proprietà infettanti, in grado di
provocare una serie di encefalopatie degenerative dell’uomo e di
alcuni animali.
Le malattie da prioni: malattie “genetiche” o malattie “da
infezione”?
•
I prioni sono isoforme patologiche di proteine normali (presenti
soprattutto nei neuroni) che hanno la loro origine nella presenza
di mutazioni nel gene codificatore e che si accumulano nelle
cellule neuronali, danneggiandole irreversibilmente.
Le proteine prioniche, pur essendo il risultato di una mutazione
genica, sono capaci di moltiplicarsi nell’ospite e di indurre una
patologia………..
•
L’inoculazione o l’ingestione di sospensioni contenenti prioni è in
grado di indurre la comparsa della patologia in soggetti normali,
i quali a loro volta diventano sorgente di possibile infezione.
Le encefalopatie spongiformi
I prioni sono gli agenti responsabili di una serie di encefalopatie spongiformi
caratterizzate, dal punto di vista istologico, dalla presenza di lesioni
degenerative, che conferiscono al tessuto nervoso un aspetto spongioso
(spongiforme: comparsa di vacuoli a livello dei dendriti neuronali e dei
neuroni)
•
•
•
•
Si manifestano con:
atrofia
perdita di cellule neuronali
proliferazione delle cellule gliali
deposizione di fibrille di natura glicoproteica (placche)
Sistema nervoso normale
Patologico (vacuolo all’interno
del nervo facciale)
TSE
Illustrazione schematica delle più frequenti localizzazioni delle lesioni da malattie prioniche.
prioniche.
Nella BSE è colpito il midollo allungato, nella FFI la regione talamica, nel CJD la corteccia
cerebrale, mentre nel KURU e nella GSS viene maggiormente interessato il cervelletto.
TSE
TSE umane
non si trasmettono
per via verticale.
Alcune (GSS e 10%
di CJD ) hanno
meccanismo
di tipo ereditario
Gruppo
malattie
eterogeneo
Trasmissione
verticale
probabile
per Scrapie
TSE
 Lungo periodo di incubazione
 Sintomatologia di tipo neurologico
 Decorso clinico progressivo e costantemente fatale
 Lesioni di tipo degenerativo al SNC
 No lesioni di tipo infiammatorio o risposte immunitarie
 Costante presenza di una proteina specifica (PrPres
(PrPres
o PrPsc)
PrPsc) responsabile delle lesioni degenerative
TSE
PRIONE: fattori patogeneticamente importanti
Mancata risposta immunitaria o infiammatoria
Elevata resistenza alla degradazione
Estrema resistenza a numerosi agenti fisici o chimici in
grado di inattivare altri microorganismi
TRATTAMENTI INEFFICACI PER INATTIVARE GLI
AGENTI INFETTANTI TSE
AGENTI FISICI
AGENTI CHIMICI
Calore umido (100°C per 1 ora)
Etanolo
Congelamento
Formaldeide
Radiazioni ultraviolette
Acqua ossigenata
Radiazioni ionizzanti
Iodofori
pH 2,1 - 10,5
Permanganato
Disinfettanti fenolici
Procedure in grado di inattivare agenti TSE
Procedure ad alta
efficienza
Temperatura o
concentrazione
Tempo
ipoclorito di sodio
2% di Cloro attivo
1 ora
Autoclave in NaOH
(idrossido di Na) 2M
121°C
30 minuti
Acido formico
(tessuto cerebrale
fissato in formalina)
98%
1 ora
Transmissible Spongiform
Encephalopathy
• Le TSE sono attualissime, dopo l’epidemia
BSE nel Regno Unito (anni 1985 – 1995 )
• La scrapie è la TSE meglio conosciuta (TSE
prototipo)
Le encefalopatie spongiformi sono trasmissibili
Scrapie: è stata la prima encefalopatia spongiforme di cui è stata
dimostrata l’infettività, manifestatasi nelle greggi di pecore (1936). Si
manifesta clinicamente con mancanza di coordinamento muscolare
(atassia), tremori, deperimento organico (cachessia) e intenso
prurito.
La trasmissione orizzontale fu dimostrata per la prima volta nel 1936 da Cullié
e Chelle.
Le encefalopatie spongiformi sono trasmissibili
Scrapie: L’infezione avviene attraverso la via orale.
La trasmissione può avvenire sia per via orizzontale (principalmente
durante i parti) sia, probabilmente, per via materna (???).
La malattia può essere diffusa da animali infetti ma ancora
asintomatici. Inoltre, sembra sussistere una relazione dose-risposta:
tanto più lunga (e precoce) è l’esposizione degli animali sani ad
animali infetti tanto maggiore è l’incidenza nell’allevamento, con un
accorciamento dei tempi di incubazione
Le encefalopatie spongiformi sono trasmissibili
Kuru: atassia progressiva dimostrata nella Nuova Guinea (1950).
C. Gajdusek dimostrò che le lesioni encefaliche presenti nei soggetti
affetti da Kuru erano identiche a quelle presenti negli animali infetti
da scrapie. Inoltre, l’inoculazione intracerebrale di materiale
cerebrale proveniente da soggetti deceduti per kuru provocava nello
scimpanzé manifestazioni cliniche e anatomo-patologiche identiche.
12-18 mesi
Trasmissione orrizontale
Le encefalopatie spongiformi riguardanti la
patologia animale
•Scrapie (pecore)
•Cachessia cronica (alce, cervo)
•Encefalopatia spongiforme dei felini
•Encefalopatia trasmissibile del visone
•Encefalopatia spongiforme del bovino (BSE)
sembrano tutte imputabili ad infezioni esogene contratte
per via alimentare, in seguito alla introduzione nella
catena alimentare animale, di materiali provenienti da
animali portatori di patologie di questo tipo
Le encefalopatie spongiformi riguardanti la
patologia umana
• SPORADICHE : CJD (malattia di Creutzfeldt-Jacob)
1 caso ogni 2.000.000 persone/anno. Alterazione spontanea
PrP?
• FAMILIARI: Malattia di Gerstmann-Straussler-Scheinker;
Insonnia Familiare Fatale. Alterazione trasmissibile PrP?
• INFETTIVE: KURU; nv CJD (variante della malattia di
Creutzfeldt-Jacob)
Insonnia Familiare Fatale (FFI)
•
•
Età media: 40 anni.
A differenza di altre encefalopatie spongiformi, i cambiamenti
della sostanza grigia sono confinate ai nuclei talamici e provocano
disturbi del ritmo sonno-veglia.
•
Negli stadi precoci della malattia, il paziente può avere difficoltà
nell’addormentarsi e difficoltà motorie intermittenti. Questo stadio
può durare mesi, ma alla fine progredisce nell’insonnia, in
iperattività simpatica e nella demenza.
•
Il corso della malattia dura in media 13 mesi
I Ricercatori del Service de Neurologie dell’Hopital Saint-Joseph a Parigi hanno
segnalato il 5° caso di insonnia familiare fatale in Francia, caratterizzato da una
mutazione al codone 178 del gene della proteina prionica e da una condizione di
eterozigosi Met/Val al codone 129.
Malattia di Gerstmann-Straussler-Scheinker
(GSS)
•
•
•
•
Simile alla malattia di Creutzfeldt-Jakob, è trasmissibile ad
animali da esperimento. La malattia è riscontrata ovunque; ad
ogni modo, l’incidenza è di circa 100 volte inferiore rispetto alla
malattia di Creutzfeldt-Jakob.
Età di esordio più precoce (40 anziché 60 anni) e una più lunga
durata media di malattia (5 anni anziché 9 mesi).
I pazienti presentano una degenerazione spinocerebellare o una
degenerazione olivo ponto cerebellare, con un’atassia cerebellare
che si verifica precocemente.
La malattia progredisce verso un’atassia degli arti, disartria,
demenza, parkinsonismo, sordità, cecità e paralisi dello sguardo.
Infine si ha una compromissione del tratto corticospinale.
Malattia di Creutzefeldt-Jacob (CJ)
CJ sporadica, familiare, iatrogena e nv
diffusa in tutto il mondo con incidenza di:
1 caso/anno/106 individui.
•
•
•
Declino delle capacità motorie e cognitive, rapida (dal momento
dei sintomi) evoluzione letale della patologia.
Nella maggior parte dei casi si presenta in casi isolati (CJ
sporadica), mentre occasionalmente (10%) nella forma familiare
(CJ familiare-1924) con trasmissione ereditaria, autosomica,
dominante.
1970: dimostrazione della trasmissibilità interumana, in
conseguenza di interventi sanitari: verifica di alcuni casi di CJ
iatrogena in pazienti trattati con ormoni della crescita, in soggetti
sottoposti ad allotrapianti di cornea o in pazienti trattati con
elettrodi stereotassici.
Encefalopatia spongiforme del bovino (BSE)
•
•
•
•
•
1986: Gran Bretagna.
Origine: dallo scrapie (salto di specie??)
Utilizzo di farine animali
Paventato rischio trasmissione bovino-uomo.
1995-96 ad oggi: una nuova forma di CJ:
Creutzefeldt-Jacob new-variant
Creutzefeldt-Jacob New Variant
•
•
•
Sintomi psichiatrici: decorso relativamente protratto (fino a 38
mesi dall’inizio della sintomatologia alla morte del paziente).
Insorge spontaneamente (in assenza di possibili cause di
trasmissione iatrogena) in soggetti relativamente giovani (età
media 27 anni) rispetto alla CJ sporadica (età media 65 anni).
Le evidenze epidemiologiche (patologia riscontrata solo nelle
popolazioni interessate dalla epidemia di BSE) e alcune
caratteristiche del prione fanno considerare la CJ-nv come
infezioni esogena contratta per via alimentare.
I prioni…..eziologia
L’ agente eziologico si dimostra
resistente a trattamenti
1) in grado di inattivare i virus convenzionali
2) trattamenti in grado di inattivare gli acidi nucleici
sensibile a trattamenti
1) (urea, fenoli) in grado di inattivare le proteine.
Eziologia
•
La trasmissibilità sperimentale della patologia coincide con una proteina,
parzialmente glicosilata formata da 254 aminoacidi e dal p.m. di 33-35kd,
denominata PrP (proteina prionica)
Questa proteina è formata prevalentemente da zone strutturali ad α-elica,
lega atomi di rame nell’octarepeat (N(N-term) e svolge numerose funzioni
nei fenomeni di plasticità neuronale.
a elica
b elica
PrPSc proteina prionica associata allo scrapie e
PrPc proteina prionica cellulare
•
Tutte le cellule dei mammiferi contengono un gene Prnp (cromosoma 20)
che codifica una proteina molto simile chiamata PrPc
Prnp
PrPc
•
La PrPc codificata dal gene Prnp è costituita da 254 aminoacidi, è
glicosilata a livello di due asparagine in posizione 181 e 197.
La PrPc si ancora (mediante un gruppo glicosil-fosfadil-inositolo) alla
membrana delle cellule (neuroni, polmoni, cuore, rene, pancreas, testicoli,
leucociti e piastrine).
•
PrPSc proteina prionica patologica e
PrPc proteina prionica cellulare
La PrPSc e la PrPc differenze
PrPc
PrPSc
dimensioni
33-35kd
27-30kd
c.molecolare
a helix
b helix
Resistenza alla digestione con enzimi
proteolitici (proteasi)
La “PrPc”(Prion Protein
Cellular) è una proteina
solubile le cui funzioni non
sono ancora ben note ma
importante
nella
trasmissione dei segnali
nervosi.
La “PrPsc”(Prion Protein
Scrapie), è una proteina
misfolded, in cui si ha la
conversione delle α-eliche
in
foglietti
β,
cambiamento che provoca
un ripiegamento diverso
della proteina che la rende
insolubile e resistente alle
proteasi.
Nel cervello queste proteine misfolded causano il
cambiamento della proteina prionica nativa, PrPc, nella forma
PrPsc.
La proteina prionica PrPsc porta
alla formazione di aggregati
proteici, chiamate fibrille
amiloidali che possono formare
delle placche che sembrano
apparire al microscopio come dei
buchi al cervello. Questo causa
deterioramento delle capacità
fisiche e mentali, e alla fine la
morte.
Trasmissione sperimentale di prioni
1° inoculazione
da una specie ad
un altra
p.i. lungo
Passaggio successivo in
animali della stesse specie
Comparsa di
sintomi morbosi
p.i. più breve
Se tentiamo di nuovo di inoculare nella
specie di origine abbiamo lo stesso
andamento, periodo lungo di incubazione
prima della comparsa dei sintomi morbosi
Barriera di specie…..e….
Barriera di specie…..e….
la sequenza della Prpsc è sempre quella della Prpc codificata dalle cellule
dell’animale ospite e non la Prpsc utilizzata nell’inoculo iniziale
e questo indica che..
La trasmissibilità dei prioni è un fenomeno che richiede la cooperazione di
Prpc codificata dall’ospite con Prpsc esogena
Trasmissione
efficiente
La barriera di specie
Trasmissione
inefficiente
criceto
1:
topo nel cui genoma
è inserito il gene Prnp
di criceto
criceto
Topo t1
Topo
Topo
criceto
La barriera di specie è
superata se nell’animale
sono presenti geni eterologhi
in grado di codificare la
PrPc di origine
Modello sperimentale di trasmissione dei prioni
Encefalopatie umane o animali trasmissibili:
•
PrPc viene usualmente sintetizzata e degradata durante il normale
metabolismo. Possono avvenire in modo assolutamente casuale delle
modificazioni che portano la PrPc a forme parzialmente srotolate (PrP*)
che rappresenterebbero una fase intermedia verso la transizione b sheet
Prione
esogeno
PrPc
degradazione
PrP*
PrPsc
Modello sperimentale di trasmissione dei prioni
•
I prioni esogeni P legandosi ad una molecola PrP* * dell’ospite ne
catalizzano la definiva transizione verso la forma patologica, con la
produzione finale di due molecole di PrPsc.
P
*
* P
P
P
P
accumulo P
P
P
Dopo un certo periodo
(incubazione) sufficiente
all’accumulo delle quantità di
proteina prionica patologica
compaiono i sintomi
Encefalopatie spongiformi a carattere familiare
•
•
Si ha una trasmissione ereditaria autosomica e dominante.
Nei soggetti portatori di una mutazione nel gene che codifica la
PrP, la PrPc presenta delle mutazioni che diminuiscono la
probabilità di assumere un normale aspetto. Le proteine prioniche
neoformate intervengono nel passaggio PrP* ---PrPsc
PrPc
PrP*
PrPsc
P
P
PP
P
Encefalopatie spongiformi: forme sporadiche
•
Non sono mai state riscontrate mutazioni del gene.
•
La patologia potrebbe essere il risultato di mutazioni somatiche
(che occorrono solo nelle cellule neuronali coinvolte dalla
patologia) o di eventi casuali non noti.
Encefalopatie spongiformi: CJ nuova variante
Sono dovuti all’infezione da prioni esogeni, introdotti nell’organismo
per via alimentare.
Le evidenze:
1) correlazione spazio-temporale con l’ epidemia BSE negli animali
2) il prione della BSE è facilmente trasmissibile a topi transgenici per
la proteina PrPc bovina
3) il prione della CJ nuova variante è trasmissibile ai topi nei quali
provoca una patologia identica a quella indotta dal prione di
origine bovina, risultando estremamente affine.
Predisposizione genetica alle malattie da
prioni
•
Una aumentata predisposizione genetica è individuabile nel polimorfismo
presente a livello del codone (posizione 129) nel gene Prnp dove può essere
normalmente presente sia il codone per l’aa valina (VAL), sia il codone
per l’aa metionina (MET).
Popolazione generale
37% Met/Met
51% Met/Val
12% Val/Val
CJ sporadica la frequenza
di omozigosi
Val/Val
Met/Met
è del 90%
Fattore di rischio
Predisposizione genetica alle malattie da
prioni
•
•
•
L’omozigosi non è un elemento predittivo (Giappone: elevata
frequenza di Met/Met) ma un fattore predisponente in grado di
agire in concomitanza con l’esposizione con altri fattori (?)
essenziali per la comparsa della patologia.
Una omozigosi Met/Met è comunque associata ad una forma di
demenza rapida e progressiva
Una omozigosi Val/Val è associata ad un decorso prolungato con
prevalenti sintomi iniziali di atassia.
CJ iatrogena
•
•
Una omozigosi Met/Met o Val/Val è stata dimostrata anche in casi di
CJ iatrogena associata alla somministrazione di ormone della crescita
di origine estrattiva umana
Una omozigosi Met/Met è stata dimostrata in tutti i casi di CJ nuova
variante
Quindi
Il polimorfismo a livello del codone 129 svolge un ruolo genetico
predisponente anche nei confronti della patologia da prioni esogeni,
essendo il grado di influenzare l’interazione tra proteina prionica
patologica e proteina normale
Rischio di trasmissione orizzontale delle
encefalopatie
Una significativa trasmissibilità delle malattie da prioni è stata
accertata nello scrapie delle pecore e delle capre (assunzione di
annessi embrionali, per via alimentare, tra animali dello stesso
gregge).
Gli altri casi sono dovuti ad interventi artificiali:
• cannibalismo nel Kuru
• interventi sanitari nella CJ iatrogena
• farine proteiche animali nella BSE
CJD: infettività mediante sangue?
E’ stato dimostrato che il sangue di animali infettati sperimentalmente può
contenere livelli –bassi-dell’agente infettante identificato come causa di
CJD, anche se al momento non si hanno prove certe della trasmissione
tra umani.
Ma…”l’assenza di evidenza non è evidenza di assenza”
L’assenza di dati relativi alla trasmissione via sangue potrebbe essere dovuta
a:
1.
Assenza di infettività – plasma - prima dell’inizio della fase sintomatica
e bassi livelli di infettività durante la fase sintomatica.
2.
La necessità di una “carica infettante” di almeno 5 volte superiore a
quella necessaria per la trasmissione via intracerebrale
CJD: infettività mediante sangue?
•
•
Al momento, non ci sono casi accertati casi CJ iatrogena (via
sangue), anche se sono note donazioni effettuate da persone con
CJD. Il rischio potenziale potrebbe essere variabile da 1/500.000 a
1/100.000.000.
In realtà i trattamenti eseguiti durante la processazione del sangue
sottolineano un rischio uguale a 0.
Precauzioni
•
•
•
Impiego di prodotti (farmaci cosmetici) contenenti materiali di
origine bovina)
Impiego sanitario di materiali di origine umana (sangue, organi,
tessuti)
Trattamento ed eliminazione di materiali di origine umana in cui
si sospetti il rischio (una notevole garanzia è rappresentata dal
trattamento con NaOH 1N per 60 min e successivo trattamento in
autoclave a 121°C per 30 min)
Diagnosi etiologica
•
Il sospetto deriva da un progressivo declino delle funzioni cognitive e/o
motorie del paziente . Non sono presenti fenomeni infiammatori, non si ha
produzione di anticorpi
LA DIAGNOSI E’ CLINICA
• Diagnosi eziologica: Materiale bioptico cerebrale
ricerca di PrPsc mediante antisieri specifici.
Diagnosi etiologica
I test rapidi attualmente accettati dalla Comunità
Europea sono:
Nome commerciale
Metodica
Ditta produttrice
Prionics-Check Western
Immunoblotting
Prionics AG
Enfer TSE
ELISA in
chemiluminescenza
Abbott
TeSeE
ELISA sandwich
Bio-rad
Prionics-Check LIA
ELISA in
chemiluminescenza
Prionics AG
In Pro CDI-5 test
Immunoassay
conformazionale
In Pro
Biotechnology