Fenómeno de cepas y determinantes moleculares de la barrera de transmisión y la neurodegeneración en las enfermedades priónicas
- Autores: Tomás Barrio Alegre
- Directores de la Tesis: Juan José Badiola Díez (dir. tes.), Rosa María Bolea Bailo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Martí Pumarola i Batlle (presid.), Hasier Eraña Lasagabaster (secret.), Olivier Andréoletti (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina y Sanidad Animal por la Universidad de Zaragoza
- Materias:
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- Resumen
La existencia de cepas en las enfermedades priónicas ha sido objeto de controversia debido a la naturaleza del agente causal de estas patologías, que, según la hipótesis más ampliamente aceptada, carece de cualquier ácido nucleico cuyos polimorfismos pudieran explicar la variabilidad de los fenotipos observados. Las evidencias experimentales reunidas hasta la fecha, no obstante, indican que las cepas existen y que sus propiedades están codificadas en la conformación de las moléculas de PrPSc. Los modelos más actuales consideran que los aislados priónicos constituyen una “nube” de diversos componentes, “subcepas” o “cuasi-especies”, que coexisten en un equilibro inestable y de los cuales uno predomina y determina el fenotipo. Asimismo, estos modelos interpretan las cepas y las barreras de transmisión como dos manifestaciones del mismo fenómeno fundamental: la naturaleza conformacional de los procesos de selección y propagación de los priones.
El fenómeno de cepas de priones y la capacidad natural de los estos agentes para adaptarse a nuevos hospedadores dificultan la monitorización y el control de la enfermedad de scrapie, lo que conlleva el riesgo de una aparición inadvertida de nuevas variantes con potencial zoonótico. Resulta por lo tanto crucial caracterizar la variabilidad de cepas presentes en los rebaños ovinos europeos, así como profundizar en la compresión de los fenómenos de selección y adaptación de los priones.
Por ello, en el estudio nº 1 se realiza un análisis exhaustivo de varios aislados de scrapie natural de la zona fronteriza transpirenaica mediante bioensayo en las líneas transgénicas ovinas TgShp XI y Tg338. A pesar de que el análisis bioquímico de los aislados originales ovinos mostró resultados bastante homogéneos (con la excepción del inóculo 8L, todos contenían PrPres de 19 kDa), algunos de estos aislados produjeron acumulación de PrPres de 21 kDa en el tejido nervioso de los ratones TgShp XI, aunque sus periodos de supervivencia y características neuropatológicas no fueron diferentes de las del resto de inóculos. Otro grupo de aislados provocó periodos de supervivencia muy largos con bajas tasas de ataque y acumulación de PrPres de 21 kDa en ratones Tg338. Estos animales también presentaban una neuropatología menos severa, con una distribución de las lesiones espongiformes más limitada y la presencia ocasional de placas de amiloide en el encéfalo.
Estos resultados sugieren que algunos de los aislados estudiados contienen mezclas de varios componentes, que pueden ser diferenciados y selectivamente amplificados empleando distintos modelos transgénicos. Se identificaron al menos tres subcepas diferentes: una isoforma mayoritaria de 19 kDa, presente en todos los aislados, y dos componentes de 21 kDa, uno que sólo se replica en ratones TgShp XI y otro que aparentemente es capaz de interferir con la propagación de la subcepa dominante en ratones Tg338, restringiendo las lesiones neuropatológicas y prolongando los periodos de supervivencia; es posible que esta interferencia esté mediada por su capacidad amiloidogénica.
En contra de la posibilidad de que las subcepas de 21 kDa surgieran de novo por mutación del componente mayoritario de 19 kDa, el hecho de que sólo una proporción de los inóculos provocara este fenotipo hace suponer que dichas subcepas estaban presentes en los inóculos originales en una baja concentración. Sin embargo, la razón por la que cada línea transgénica fue capaz de propagar sólo uno de estos componentes minoritarios se desconoce. Factores como la secuencia de la PrPC ovina que expresan, e incluso los niveles de expresión de PrPC, son capaces de alterar la susceptibilidad selectiva a distintas cepas.
En cualquier caso, los resultados de este trabajo sugieren que la coinfección de los animales con más de una cepa de scrapie es más frecuente que la infección con una sola cepa, y que distintos tejidos y órganos pueden acumular cepas diferentes.
Las barreras de transmisión están fundamentalmente moduladas por el grado de correspondencia entre las secuencias primarias de la PrPSc entrante y la PrPC del hospedador. Sin embargo, existen otros factores que influyen, como el grado de glicosilación de la PrPC, que se sabe que es capaz de modificar la susceptibilidad de los ratones a la infección con diversas cepas priónicas, así como la eficiencia de propagación in vitro. El empleo de sustratos de PrPC no glicosilada en PMCA ha permitido la amplificación de algunas cepas de priones difíciles de transmitir a modelos murinos. En el estudio nº 2 se explora el efecto que tiene la eliminación de los glicanos sobre la capacidad de propagación in vitro y de transmisión in vivo de los priones responsables de varios tipos de enfermedades priónicas humanas con características atípicas. Para ello se empleó la línea transgénica TgNN6h, que expresa una PrPC humana con mutaciones en los residuos de asparagina 181 y 197, lo que impide su glicosilación. Este tipo de sustrato permitió la amplificación por PMCA de varias cepas priónicas clásicas y atípicas, entre ellas la cepa GSS A117V. La inoculación de esta cepa, previamente adaptada in vitro, en ratones TgNN6h causó el desarrollo de una enfermedad con características neuropatológicas que se correspondían con las de los pacientes humanos, lo que demuestra el mantenimiento de las propiedades de cepa. Por otra parte, el aislado de GSS 6OPRI parecía contener una mezcla de subcepas clásica y atípica, que se manifestaban respectivamente al realizar el bioensayo en un modelo normalmente glicosilada (Tg340) o en el modelo TgNN6h. Finalmente, la inoculación de cualquiera de las cepas atípicas, previamente adaptadas al sustrato no glicosilado por PMCA, no causaba enfermedad en ratones Tg340. En conjunto, estos resultados sugieren que la eliminación de los glicanos facilita la amplificación selectiva de priones con características atípicas, mientras que la presencia de los mismos impide su propagación.
En la patogenia de enfermedades priónicas juega un papel clave la muerte neuronal. Sin embargo, los mecanismos que subyacen a este proceso se desconocen. Varios estudios han sugerido la implicación de un grupo de factores de crecimiento específicos del sistema nervioso denominados neurotrofinas. De entre los receptores a través de los cuales actúan, p75NTR es el más interesante, ya que se ha visto que es capaz de mediar respuestas tanto de supervivencia como de muerte celular en función de varios factores. En el estudio nº 3 se analiza la distribución de esta proteína y su correlación con otros marcadores neuropatológicos de enfermedad priónica en el encéfalo de animales natural y experimentalmente infectados. En ratones Tg338, p75NTR mostró un marcaje glial astrocítico, que era más abundante en individuos infectados en estadio terminal y que se correlacionaba con la espongiosis, el depósito de PrPSc y la gliosis, sugiriendo una implicación de los astrocitos en la patogenia de la neurodegeneración. Por otra parte, los ovinos infectados en estadio preclínico mostraban mayores niveles de inmunomarcaje que los individuos terminales y que los controles, lo que sugiere una sobreexpresión de p75NTR en los estadios tempranos del proceso neurodegenerativo en ovinos, que posteriormente se vería contrarrestada por la pérdida neuronal.
Las técnicas diagnósticas de enfermedad priónica actuales poseen una efectividad limitada. El único biomarcador patognomónico de la enfermedad es la presencia de PrPSc en el sistema nervioso, lo que sólo puede demostrarse post-mortem. En consecuencia, se hace precisa la identificación de nuevos biomarcadores, que sean mensurables en tejidos y fluidos fácilmente obtenibles, como la sangre o el líquido cefalorraquídeo (LCR), y que permitan el diagnóstico de los individuos en el estadio preclínico de la enfermedad. Sin embargo, las muestras de pacientes humanos con estas características son escasas y difíciles de conseguir, por lo que es necesario el empleo de modelos alternativos válidos dónde buscar nuevos biomarcadores y testar los ya existentes. En el scrapie clásico, la identificación de animales preclínicos puede realizarse fácilmente mediante la detección inmunohistoquímica de PrPSc en muestras obtenidas por biopsia rectal, aunque la sensibilidad de esta técnica no es la deseable, ya que existen genotipos de Prnp ovino en los que la PrPSc no se disemina por tejido linfoide asociado a mucosa rectal. En el estudio nº 4, se emplearon muestras de LCR de ovinos infectados en estadios terminal y preclínico para validar varios biomarcadores empleados en el diagnóstico rutinario de EET humanas. Los marcadores subrogados de daño neuronal proteína 14-3-3 y tau total se encontraron aumentados exclusivamente en LCR de individuos terminales. Sin embargo, los niveles de PrP total en LCR se encontraron disminuidos también en estadio preclínico. Por su parte, la medida de la “seeding activity” por RT-QuIC en LCR demostró una sensibilidad del 78% en casos terminales y del 62% en preclínicos, mientras que la especificidad fue del 100%. Estos resultados son coherentes con lo visto en pacientes humanos y demuestran la eficacia de estas técnicas para detectar animales positivos de la especie ovina.
