31//08 08//2009 I prioni Prioni pro scaricato da

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1 I prioni Con il termine Prioni coniato da Prusiner per indicare agenti patogeni di natura esclusivamente proteica ma provvisti di proprietà infettanti agenti responsabili di una serie di encefalopatie degenerative dell uomo e di alcuni animali scaricato da 1

2 I prioni 1. Storia delle encefalopatie spongiformi i 2. Eziologia delle patologia da prioni 3. Patogenesi delle patologie da prioni 4. Encefalopatie spongiformi: malattie 5. Diagnosi e terapia 1700: La prima encefalopatia spongiforme scrapie, che si manifesta spontaneamente nelle greggi di pecore (capre), viene descritta per la prima volta. La scrapie si manifesta clinicamente con atassia, tremori, cachessia e nella maggior parte dei casi con un intenso prurito che induce gli animali a grattarsi (inglese: scrapie). 1936: Cuillé e Chelle dimostrarono la trasmissione della scrapie ad una capra sana con la inoculazione intraoculare di midollo spinale proveniente da una capra affetta dalla patologia. scaricato da 2

3 Trasmissibilità dello scrapie La patologia insorgeva dopo un lungo periodo di incubazione in seguito alla somministrazione di un agente filtrabile (non si trattava quindi di un batterio). La descrizione dello scrapie aprì un nuovo capitolo dello studio delle malattie trasmissibili s: Carleton Gajdusek studiò le cerimonie cannibalistiche della tribù Fore della Nuova Guinea e scoprì la malattia del Kuru. Gajdusek nel : Alper Le radiazioni UV non prevengono lo sviluppo della scrapie. scaricato da 3

4 1966: Gajdusek Infezione sperimentale dello scimpanzè con il Kuru dopo ingestione di tessuti cerebrali infetti. Il potere infettante era resistente a molti metodi convenzionali in grado d inattivare gli acidi nucleici, ma parzialmente sensibile a metodi capaci di denaturare le proteine per cui si arrivò alla conclusione sconvolgente che l inarreffabile agente infettante delle encefalopatie spongiformi è di natura proteica, ma sprovvisto di un genoma e che la sua replicazione non segue le vie conosciute per i microrganismi già identificati. scaricato da 4

5 1967: Griffith Ipotizzò che le encefalopatie spongiformi trasmissibili possano essere dovute a cabiamenti conformazionali delle proteine. Folding corretto PrPc Possibile un meccanismo di conversione? Folding difettoso PP PrPsc 1981: Mertz Identificò strutture fibrillari nei cervelli di topi infettati con scrapie. scaricato da 5

6 1990: negli anni 90 una nuova malattia morbo della mucca pazza venne identificata come una encefalopatia spongiforme ad elevatissima trasmissibilità. 1997: Stanley Prusiner propose un legame tra kuru, CJD, scrapie e BSE. -Determinò l agente infettivo prione e lo ritenne responsabile delle manifestazioni istopatologiche dei pazienti affetti da encefalopatie spongiformi. DEFINIZIONE: PRIONE = Particelle proteiche infettive Le proteine prioniche esistono in due forme: PrPc vs. PrPsc scaricato da 6

7 I prioni 1. Storia delle encefalopatie spongiformi i 2. Eziologia delle patologia da prioni 3. Patogenesi delle patologie da prioni 4. Encefalopatie spongiformi: malattie 5. Diagnosi e terapia how does it all begin? scaricato da 7

8 Una proteina: Due strutture PrPc CONFORMAZIONE NORMALE PrPsc CONFORMAZIONE PATOLOGICA Caratteristiche della proteina prionica Proteina di 254 aminoacidi (PrP) La prima proteina interamente t sequenziata fu quella associata allo scrapie (PrPsc) Le cellule dei mammiferi contengono un gene che codifica una proteina virtualmente identica a PrPsc e denominata PrPc (cellulare) La PrPc P è presente nei tessuti ti normali in particolare nel tessuto nervoso scaricato da 8

9 Rappresentazione della sequenza aminoacidica della PrP Funzione della PrP cellulare Il ruolo fisiologico è ancora da definire, anche se esiste qualche evidenza di un suo possibile intervento nella funzione sinaptica e nel legame del rame (copperbinding protein). Alcune osservazioni avrebbero dimostrato un attività enzimatica superossido-dismutasica,ed è stata avanzata l ipotesi che la PrP potrebbe svolgere un ruolo diretto nella protezione della cellula dallo stress ossidativo. scaricato da 9

10 1. Il trattamento UV non ha effetti sull infettività della scrapie. 2. L agente infettivo è suscettibile alle proteasi, ma non alle nucleasi. Nella PrPsc sono presenti ampie zone resistenti all azione delle proteasi Western blot di cervello di hamster scaricato da 10

11 Prioni Le malattie da prione sono causate da una mutazione nel gene che codifica per il prione che portano ad una struttura anormale della proteina. La forma mutata della proteina può convertire la normale proteina prionica nella forma anormale. La mutazione della proteina può verificarsi in due modi: 1. Una mutazione nel gene può essere ereditaria. 2. La proteina mutante può essere trasmessa come un infezione da un tessuto contenente la proteina mutata. Nei bovini: Morbo della mucca pazza (BSE) Uomini: Creutzfeldt-Jakob disease. scaricato da 11

12 the prion hypothesis proteina normale Proteina anormale conversione invece di replicazione PrPc PrPSc Prions change shape Neuron Cytoplasm Nucleus scaricato da 12

13 Prions change shape PrP Patologica Neurone PrP Normale Citoplasma Nucleo Prions change shape Neurone Nucleo Citoplasma PrP patologica PrP Normale scaricato da 13

14 Prions change shape Neurone Nucleo Citoplasma Prions change shape Neurone Nucleo Citoplasma scaricato da 14

15 Prions change shape Neurone Nucleo Citoplasma Prions change shape Neurone Nucleo Citoplasma scaricato da 15

16 Prions change shape Neurone Nucleo Citoplasma Prions change shape Neurone Tutta patologica PrP Nucleo Citoplasma scaricato da 16

17 I prioni 1. Storia delle encefalopatie spongiformi i 2. Eziologia delle patologia da prioni 3. Patogenesi delle patologie da prioni 4. Encefalopatie spongiformi: malattie 5. Diagnosi e terapia Rappresentazione schematica della struttura del prione scaricato da 17

18 PrPc PrPc PrPc PrPsc PrPc PrPc PrPc PrPc PrPc PrPc PrPc PrPc PrPc PrP C PrP C PrP SC scaricato da 18

19 PrP sc fibrils Prioni Microscopia Electronica delle fibrille prioniche scaricato da 19

20 Placca Aggregati di PrPSc si accumulano nel tessuto cerebrale e formano le placche scaricato da 20

21 Altri esempi di placche Gli aggregati di proteina prionica portano alla morte delle cellule nervose. Le zone dove è presente una estesa mortalità cellulare si presenteranno all analisi istologica come dei buchi. La denominazione di encefalopatie spongiformi deriva dall aspetto tipo spugna dei preparati istologici. scaricato da 21

22 CJD Kuru BSE Scrapie scaricato da 22

23 I prioni 1. Storia delle encefalopatie spongiformi i 2. Eziologia delle patologia da prioni 3. Patogenesi delle patologie da prioni 4. Encefalopatie spongiformi: malattie 5. Diagnosi e terapia Conversione spontanea SPORADICA Conversione acquisita INFETTIVA PrPsc Conversione dovuta a mutazione EREDITARIA scaricato da 23

24 Trasmissione delle malattie da prioni Infezione (Kuru, scrapie, BSE, vcjd) Ereditaria (Creutzfeld-Jacob disease, Gerstmann-Straussler-Scheinker disease, Fatal familial insomnia) Sporadica (BSE, CJD?) Scrapie Conosciuta da almeno 200 anni Endemica tra pecore e in misura inferiore i capre nel mondo Esistono 23 diverse variazioni della proteina prionica mutata, con differenti periodi di incubazione e differenti pattern di placche amiloidee nei tessuti cerebrali scaricato da 24

25 Scrapie Tra le sue manifestazioni vi sono: la perdita della coordinazione nervosa intenso prurito. Non è ancora stato dimostrato che l uomo possa ammalarsi di malattie da prioni alimentandosi con carni di ovini infetti. Mad Cow Disease 1. Il morbo della mucca pazza rappresenta una delle encefalopatie spongiformi più resistenti 2. É probabilmente causata dalla digestione di alimenti infetti con scrapie scaricato da 25

26 Patogenesi della BSE Infezione orale sperimentale Fase clinica: Almeno 32 mesi dopo l infezione Incubazione Parziale infettività nell ileo distale (2 14 mesi ) Nessuna infettività: Tessuto muscolare, latte, sangue, nervi periferici, milza, tessuto linfatico, Infettività solo nel cervello, cervello, midollo, midollo e ileo distale (poca) etc. La proteina prionica è indistruttibile Nel 1986, 4.5 milioni di bovini furono inceneriti in Gran Bretagna, in seguito alla scoperta della BSE. Le ceneri conservate in container di cemento nel sottosuolo furono testate nel 1998 ed risultarono ancora in grado di trasmettere l infezione. scaricato da 26

27 Mangimi con concentrati proteici di origine animale Carcasse di animali malati Resti di animali non idonei al consumo per l uomo Meccanismo d infezione Quando I bovini vengono alimentati con materiali derivati da ovini infetti, i prioni dall intestino vengono trasportati dai nervi periferici al modollo spinale. In questa sede, I prioni si accumulano e convertono la PrP cellulare in proteine patogene. Anni dopo, la BSE si manifesta con I sintomi clinici, dopo che un numero sufficiente di cellule nervose è stato danneggiato. scaricato da 27

28 scaricato da 28

29 Lesioni tipiche ritrovate nel tessuto cerebrale di bovini affetti da BSE Elevata somiglianza con le tipiche lesioni delle altre malattie da prioni, tra cui la CJD L importanza della BSE risiede soprattutto nel rischio di una trasmissibilità animale-uomo della patologia attraverso l impiego alimentare di carni bovine Nel 1996 il ministro dell agricoltura inglese dichiarò pubblicamente la possibilità di trasmissione dei prioni dal bovino all uomo Tessuti considerati ad alto rischio di trasmissione di BSE Cranio dei bovini Nervi trigeminali Cervello Occhio Tonsille Midollo spinale Ileo distale scaricato da 29

30 Malattie da prioni nell uomo (1) Malattie da prioni nell uomo (2) scaricato da 30

31 Differenti prioni colpiscono diverse regioni del cervello Un aspetto tipo spugna deriva dalla morte delle cellule nervose. I sintomi dipendono da quali regioni del cervello risultano affette. perdita Corteccia cerebrale: perdita di memoria, incapacità, e della vista (CJD). Brain stem: nel morbo della mucca pazza. Talamo: insonnia (FFI). Cervelletto: incapacità ità di coordinare i movimenti del corpo e difficoltà nel camminare (kuru, GSS). Kuru Papua New Guinea Fore - soprattutto bambini e donne - deceduti per anno: 5-10% della popolazione - dopo l autopsia, Gajdusek individuò le lesioni del tessuto cerebrale simili a quelle presenti nella CJD - eliminato il cannibalismo, il kuru è definitivamente scomparso (tribù dedita al cannibalismo) scaricato da 31

32 L alta incidenza del kuru nelle donne e nei bambini potrebbe essere attribuita alla diffusa pratica funeraria secondo cui le carni dei parenti morti venivano consumate dagli uomini, laddove le parti meno nobili e il cervello erano lasciate a donne e bambini. b Kuru Un tardivo manifestarsi della malattia spiegherebbe i rari casi di Kuru riscontrati nei maschi adulti. CJD Nella malattia di Creutzfeldt-Jakob, la proteina prionica si accumula principalmente nella corteccia cerebrale. scaricato da 32

33 FFI Insonnia familiare fatale i soggetti colpiti manifestano una insonnia totale e giungono a morte in breve tempo. Questa patologia presenta anche i sintomi della malattia di Creutzfeldt- Jacob. Le mutazioni possono risultare in differenti conformazioni che si accumulano in modo diverso nei tessuti cerebrali. Nell insonnia familiare fatale, I prioni si accumulano preferenzialmente nel talamo, con il risultato che I pazienti non sono in grado di dormire. In misura inferiore si ha anche l accumulo nella corteccia: sintomi tipo CJD. scaricato da 33

34 GSS la sindrome di Gerstmann-Sträussler- Scheinker è una malattia neurodegenerativa che si manifesta con: disordine delle funzioni cerebrali, disorientamento, perdita della capacità di scrittura e di calcolo; la sindrome di Gerstmann-Straussler- Scheinker l insonnia familiare fatale sembrano seguire una trasmissione di tipo ereditario. scaricato da 34

35 New Variant CJD (vcjd) La vcjd insorge in età meno avanzata. Jonathan, uno dei primi pazienti della vcjd all età di 17 anni. Deceduto dopo alcuni anni.. Negli anni 90 in Inghilterra e in Francia si notò la comparsa di casi di CJD non tipici ad insorgenza non familiare e non in seguito ad ormone della crescita, riguardanti soggetti di giovane età. scaricato da 35

36 Malattie da prioni in Gran Bretagna scaricato da 36

37 Principali differenze tra CJD e vcjd CJD Classica Età (Media: 60) Variant CJD (vcjd) (Media: 28) Durata Media 4-6 mesi 8-38 mesi 1 rapida e progressiva demenza 1 sintomi pisichiatrici (ansietà, depressione, 2 movimenti involontari etc.) Sintomi (myoclonus, chorea, dystonia) 2 - atassia (con persistente dysesthesia) (in ordine di 3 sintomi extrapiramidali 3 - movimenti involontari progressione) 4 - atassia (myoclonus, chorea, dystonia) 5 segni piramidali 4 - demenza 6 cecità corticale CT Atrofia cerebrale e cerebbellare usualmente normale CSF normale normale (a volte alto contenuto di proteine) met/met 71% DNA (codone 129) met/val 13% met/met 100% val/val 16% Patologia Cambiamenti spongiformi, perdita di neuroni, astrocitosi, PrP resistente alle proteasi Tessuto nervoso Piccole placche Placche amiloidotiche floride Patologia - tonsille normale immuno-citochimica positiva per PrPsc Casi riportati di Decessi sospetta CJD Anno Riportati Anno Sporadica Iatrogenica Familiare GSS vcjd Totale Decessi 1990 [53] Totale Riportati 1920 Totale Decessi Dati della Unità di Sorveglianza per la CJD di Edimburgo al 7 Gennaio 2005 scaricato da 37

38 Sommario dei casi di vcjd Decessi Decessi per vcjd (confermati): 106 Decessi per vcjd (Senza conferma neuropatologica): 41 Decessi per vcjd (in attesa di conferma 1 neuropatologica): Totale: 148 Viventi Numero dei casi probabili di vcjd ancora in vita: 5 Numero totale dei casi di vcjd (confermati e probabili): 153 Altre forme di encefalopatie spongiformi trasmissibili scaricato da 38

39 Felini domestici ed esotici Il primo caso di FSE di un animale domestico, si è verificato in GB nel Le autopsie vengono raramente effettuate sugli animali da compagnia. vcjd Un puma e tre cuccioli sono morti per Encefalopatia spongiforme felina (FSE) nel 1989 nello Zoo di Londra, in seguito al consumo di alimenti a base di farine animali. I gatti infettati in laboratorio non sono suscettibili alla scrapie, ma sono estremamente suscettibili alla BSE Questi risultati rinforzano la teoria della differenti suscettibilità delle diverse specie Scrapie BSE X Il Wisconsin (USA): principale allevatore di visoni. I visoni sono generalmente allevato con cibi derivati da carcasse di animali non utilizzabili per uso alimentare umano. Suscettibili a diverse infezioni bovine, carbonchio, tubercolosi, etc. La Mink Spongiform encephalopathy (MSE) è una patologia diventata t molto comune e devastante. 100% fatale nei visoni esposti a cibi contaminati. Diagnosi: autopsie, le placche sono esattamente come nella scrapie. Visone scaricato da 39

40 Chronic Wasting Disease (Cervo ed alce) Chronic Wasting Disease rappresenta la encefalopatia spongiforme più simile alla scrapie. Gli animali infetti presentano una degenerazione progressiva (simile all Alzheimer). Incerto il meccanismo di infezione, i probabilmente bil non attraverso l ingestione di cibi contaminati, ma attraverso contatti con animali infetti. Altri animali da Zoo Arabian Oryx Gemsbok Dal 1986 al Nello Zoo di Londra sono morti per encefalopatie spongiformi moltissimi animali di diverse specie appartenenti ai ruminanti ungulati, Nyala, Gemsbok, Kudu, Eland and Arabian Oryx, (tutti simili all antilope o al cervo). Tutti questi animali erano alimentati con farine proteiche di derivazione animale. scaricato da 40

41 Lab Tests Nei test di laboratorio gli animali venivano iniettati con PrP patologica proveniente da bovini affetti da BSE. L agente infettivo non veniva ingerito col cibo, che rappresenta la via naturale di infezione nella maggior parte dei casi sia dell uomo che degli animali. Soggetti suscettibili all infezione in laboratorio: scimmie i pecore capre topi/ ratti maiali Prevenzione Trasmissibilità orizzontale Salto di specie scaricato da 41

42 La trasmissibilità orizzontale è stata certamente provata nel caso del kuru ( tribù della Nuova Guinea che praticano il cannibalismo) Lo stesso discorso vale per le forme di CJD da HGH estratto da ipofisi di cadavere. Trasmissibilità anche per la BSE che si è diffusa con la modifica delle procedure di produzione delle farine proteiche. La trasmissione di prioni da una specie all altra lt è possibile se nell animale l ricevente sono presenti geni che codificano una PrPc simile a quella della specie da cui proviene l inoculo. scaricato da 42

43 La diversa specie determina una barriera alla diffusione orizzontale dei prioni, non si tratta di una barriera assoluta come dimostrato dai casi giovanili registrati in Francia e in Inghilterra di CJD variante. Questo rischio deve essere considerato sia nell alimentazione alimentazione, sia nell uso sanitario di organi di animali (ad esempio trapianti) I prioni 1. Storia delle encefalopatie spongiformi i 2. Eziologia delle patologia da prioni 3. Patogenesi delle patologie da prioni 4. Encefalopatie spongiformi: malattie 5. Diagnosi e terapia scaricato da 43

44 RISPOSTA IMMUNE I prioni non causano risposta infiammatoria Non inducono la produzione di interferone Non inducono una risposta anticorpale Non è, quindi, possibile individuare l esposizione ai prioni i mediante ricerca di anticorpi i specifici i Diagnosi Con I pazienti in vita, la diagnosi viene effettuata basandosi dulla sintomatologia clinica. EEG può essere utile per confermare le evidenze cliniche. La diagnosi definitiva viene effettuata post-mortem mediante analisi istopatologica del tessuto cerebrale. Non è possibile effettuare sierologia (assente risposta immunologica). Nel caso di vcjd, una diagnosi positiva può talvolta essere effettuata in base alla presenza di PrPsc nel tessuto linfoide periferico: es, biopsie tonsillari. scaricato da 44

45 TRATTAMENTO Finora, le malattie da prione sono state sempre fatali. LA CJD classica porta al decesso del paziente in pochi mesi dall inizio della sintomatologia clinica. Nel caso di vcjd il tempo che intercorre tra le manifestazioni cliniche e la morte è più lungo (circa 16 mesi). Numerosi farmaci sono stati provati, ma con risultati scarsi o nulli. Prospettive di ricerca La priorità è quella di introdurre un test diagnostico tale da identificare il morbo in modo preventivo sia sugli uomini i sia sui bovini. i Si potrebbe trattare di un test immunologico rivolto a identificare la inusuale forma ripiegata della PrP proteina responsabile della malattia. In questa direzione è la scoperta, pubblicata su Nature, di un anticorpo capace non solo di aggredire i prioni, ma di prevenire l infezione. scaricato da 45

46 I ricercatori si stanno prodigando poi nella creazione di una molecola di sintesi che stabilizzi la proteina normale nell organismo prima che si ripieghi in modo pericoloso ed in questo senso la via più propizia sembra essere quella dell ingegneria genetica La comunità scientifica si sta inoltre interrogando sulla possibilità che altre malattie degenerative dell uomo possano essere ricondotte a questa eziologia (malattia di Alzheimer, sclerosi a placche, sclerosi laterale amiotrofica, morbo di Parkinson) o quanto meno che la patogenesi di queste malattie a livello molecolare abbia talune analogie con quelle da prioni. scaricato da 46