La proteina prionica cellulare di membrana (PrP^C) è codificata dal gene PRNP situato sul braccio corto del cromosoma 20 dell'uomo e, sebbene sia composto da due esoni, l'intero "open reading frame (ORF)" è localizzato solo nel secondo esone.

La proteina PrP^C è composta da 253 amminoacidi, ha un peso complessivo di 33 - 35 kDa e viene espressa in maniera ubiquitaria soprattutto a livello del sistema nervoso.

A livello post - traduzionale avvengono tre modificazioni principali che sono:

•   N - glicosilazioni che danno origine a tre isoforme: monoglicosilata, diglicosilata e non glicosilata
•   la rimozione proteolitica di un peptide di 22 amminoacidi all'estremità N - terminale
•   la sostituzione del C - terminale con un complesso glicosil - fosfatidilinositolo (GPI) per l' ancoraggio della proteina alla membrana citoplasmatica.
  

Il ruolo della PrP non è ancora stato chiarito, anche se sono state proposte diverse ipotesi sulla sua funzione:

• Omeostasi del rame
• Interazione con laminina -> Adesione cellulare/sviluppo di neuriti
• Regolazione del flusso di ioni Ca⁺⁺ -> Trasmissione sinaptica
• Espressa per lo più a livello del sistema nervoso -> Trasduzione del segnale nervoso.
• Azione anti – ossidante
• Regolazione del ritmo circadiano
• Azione anti – apoptotica

La PrP^C diviene pericolosa in seguito ad un mutamento conformazionale che può essere indotto da un prione infettante esogeno. Il prione esogeno si inserisce nella membrana plasmatica, dove è presente la proteina prionica cellulare, e venendone in contatto diretto ne causa la conversione con un meccanismo ancora sconosciuto (Fig.1). Una volta formata, la PrP^SC, induce cambiamenti conformazionali nelle altre PrP^C attraverso un meccanismo autocatalitico fino a quando non viene raggiunta una concentrazione critica che porta all'aggregazione delle proteine stesse (fibre amiloidi) e al danneggiamento del tessuto nervoso. È stato osservato che può anche avvenire una mutazione genetica spontanea che porta alla formazione di PrP^SC che agisce su altre PrP^C con una reazione a catena.

La PrP^SC presenta anch'essa delle caratteristiche peculiari che sono:

• assenza di potere immunogeno ( non si sviluppano anticorpi)
• assenza di potere infiammatorio (viene riconosciuta come self dall'organismo)
• grande resistenza al calore secco e alle radiazioni UV
• sensibilità (ipoclorito di sodio per 30 min./autoclave 134°- 138°C/NaOH 1N O/N)

I prioni sono composti per la maggior parte da proteina prionica PrP^SC. Anche se la formazione della PrP^SC dalla PrP^C è un processo post – traduzionale nessuna modificazione chimica è stata identificata. Ciò suggerisce che la sintesi di PrP^SC sia dovuta ad un cambiamento conformazionale. Per verificare tale possibilità è stata purificata sia PrP^C che PrP^SC usando procedure non denaturanti determinando la struttura secondaria di ognuna.
Lo spettro ricavato dall'analisi FT – IR della proteina purificata ha dimostrato che PrP^C , presenta un picco simmetrico con un massimo a 1653 cm-1 (Fig.2).

Tale spettro è caratteristico delle proteine con un elevato contenuto in α – elica (42%) e non in foglietto – β (3%) (Fig.3), queste proporzioni sono state poi confermate tramite DC (Dicroismo Circolare);
al contrario PrP presenta un elevato contenuto di foglietti - β (43%) e un basso contenuto in α - eliche (30%) (Fig.4). Il dicroismo circolare non può essere effettuato per la PrP^SC in quanto è insolubile .


L'analisi di dinamica molecolare ha suggerito che la PrP^C può ripiegarsi in un "bundle" di tre o quattro eliche e in una piccola porzione di foglietto-β. Mentre nella PrP^SC si presentano una serie di foglietti - β disposti in parallelo.


Da diversi studi è stato rilevato che il frammento, derivato da una parziale proteolisi della PrP^SC e responsabile della formazione di fibre amiloidi è il PrP^SC 27-30, costituito da 142 amminoacidi, che presenta un contenuto del 50% di foglietti - β pieghettati a bassa frequenza, ciò riflette una associazione intermolecolare che caratterizza le fibre amiloidi.
Nella produzione di PrP^SC oltre a PrP^C sono necessarie altre proteine che presumibilmente catalizzano l'unfolding delle α - eliche in PrP^C e il refolding di questi domini in β - sheet. Queste proteine ausiliarie sembrano avere proprietà in comune con le chaperonine. La moltiplicazione dell'agente patogeno procede tramite un processo di cristallizzazione coinvolgendo la formazione amiloide di PrP.
Le PrP^SC perdono la loro funzione e tendono ad accumularsi nella sostanza grigia formando le placche amiloidi.

Le principali malattie causate da prioni sono quindi a carico del sistema nervoso, sono neurodegenerative e vengono classificate in:
Encefalopatie Spongiformi Trasmissibili (TSE)

UOMO

• malattia di Creutzfeldt – Jakob (MCJ)  
• sindrome di Gerstmann – Straussler – Scheinker (GSS)  
• insonnia familiare fatale (IFF).  

ANIMALI

• scrapie della pecora e della capra  
• encefalite spongiforme del bovino (BSE)  
• encefalite trasmissibile del visone (TME)  
• malattia cronica devastante del cervo (CWD)  

Bibliografia

• Simone Barocci. Seminario sulle malattie da prioni (Facoltà di Scienze MM.FF.NN dell'Università Politecnica delle Marche. Ancona,1 Dicembre 2005)
• Loredana Ingrosso, Maurizio Pocchiari, ISS. Sussidio tecnico scientifico al seminario sulle encefalopatie trasmissibili (Facoltà di Medicina e Chirurgia dell'Università degli Studi di Perugia, 28 Marzo 2006).
• CNR – Center of studies on molecular biology. From good-protein to bad- protein. Prion role in human brain diseas (1998).
• Stanley B. Prusiner, Keh- Ming Pan, Michael Baldwin, Jack Nguyen, Maria Gasset, Ana Serban, Darlene Groth, Ingrid Mehlorn, Ziwei Huang, Robert J. Fletterick, Fred E. Cohen. Conversion of α-helices into β-sheets features in the formation of the scrapie prion proteins. Biochemistry (10 Agosto 2003).
• S. Sorbi, F. Massaro. Neurodegenerazione delle demenze e amiloidosi. Neurol Sci (2004).
• S. Sorbi, S. Bagnoli, E. Cellini, P. Forleo. Patologie neurologiche da misfolding. Neurol Sci (2004).
• Christopher M. Dobson. Protein folding and misfolding. Nature (18/25 Dicembre 2003).
• Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stayer, 2003. Biochimica, 5th ed. Zanichelli.

Immagini

• Fig. [2] da Stanley B. Prusiner et all. Conversion of α-helices into β-sheets features in the formation of the scrapie prion proteins. Biochemistry (10 Agosto 2003).
• Fig. [8] da http://www.udel.edu/chem/bahnson/chem645/websites/Janas
• Fig.[1] realizzata con ChemBioDraw da http://www-ermm.cbcu.cam.ac.uk/02005446h.htm
• Fig.[3] realizzata con Visual Molecular Dynamics VMD da relativo .pdb

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