GLAUCIA HAJJ/LIRCEl prión celular, en verde: abundante en la neurona GLAUCIA HAJJ/LIRC
Publicado en junio de 2008
En mayo de 1990, el ministro de Agricultura de Inglaterra, John Gummer, hizo una aparición pública desastrosa. Posó para fotógrafos y cineastas saboreando una suculenta hamburguesa junto a su hija de cuatro años. Tenía la intención de mostrar a los ingleses y al resto del mundo que el consumo de carne vacuna seguía siendo seguro, a pesar de la mayor crisis que la ganadería de su país atravesaba en los últimos tiempos: la contaminación de parte de las cabezas de ganado con la enfermedad de la vaca loca, la encefalopatía espongiforme bovina, que se propagó por Europa, Estados Unidos y Canadá, y desde el año 1987 hasta hoy, obligó a la eliminación de 180 mil cabezas infectadas.
Seis años después de aquella hamburguesa, los ingleses recordarían a Gummer y se sentirían traicionados cuando comenzaron a surgir los primeros casos de la enfermedad en seres humanos, probablemente contraída por el consumo de carne contaminada. La versión humana del mal de la vaca loca era una nueva forma -la cuarta conocida– de una enfermedad bastante rara e incurable: la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, que destruye las células del sistema nervioso (neuronas) y deja al cerebro lleno de agujeros como si fuera una esponja.
Descrita en Alemania durante los años 1920 por los neurólogos Hans Gerhard Creutzfeldt y Alfons Maria Jacob, dicha enfermedad, que reduce el cerebro a la mitad de su tamaño original, cuenta con una nueva interpretación a partir de los recientes estudios realizados en Brasil y en el exterior. En un artículo publicado en abril en la revista Physiological Reviews, el grupo de investigadores de São Paulo, Río de Janeiro, Minas Gerais y Río Grande do Sul, coordinado por el oncólogo Ricardo Renzo Brentani, del Hospital A.C. Camargo, de São Paulo, presenta la más amplia revisión acerca de los agentes infecciosos de esa afección, con información que puede ocasionar repercusión en el tratamiento de esa enfermedad, que se instala en el organismo solapadamente durante dos o tres décadas y al cabo, evoluciona con una velocidad asombrosa, ocasionando una muerte trágica.
Los primeros síntomas surgen de una manera muy sutil, como cansancio o depresión. Luego, la falta de equilibrio al caminar o la incapacidad para manipular objetos aumenta progresivamente, los movimientos se tornan lentos y la visión borrosa. Se pierde el habla, la memoria de los hechos recientes y resulta cada vez más difícil encontrar el camino por las calles o los objetos dentro de la casa. “En menos de un año, nueve de cada diez personas infectadas se debilitan a punto tal de no poder levantarse de la cama y mueren”, afirma el neurólogo Ricardo Nitrini, de la Universidad de São Paulo (USP), quien hace once años identificó el primer caso brasileño de una forma de la enfermedad causada por alteración genética.
Además de la forma contraída a causa del consumo de carne contaminada –la denominada nueva variante de Creutzfeldt-Jakob– y de la versión genética, transmitida de padres a hijos, existen otros dos tipos de esta enfermedad que corroe el sistema nervioso central. El más común, espontáneo, surge por azar y por causas desconocidas, y alcanza a una persona por cada millón. El cuarto tipo se transmite mediante la utilización de materiales infectados en las cirugías, por transfusiones de sangre y hasta hace unos años, también a causa de la aplicación de hormonas del crecimiento producidas a partir de cerebros de cadáveres, ahora sustituidas por hormonas sintéticas para tratar los problemas de crecimiento.
El avance de la vaca loca en las pasturas de Europa y América del Norte, y el surgimiento de la nueva forma de la enfermedad en humanos –desde el año 1996 la nueva variante de Creutzfeldt-Jakob mató en Inglaterra y en los países vecinos a 160 personas, entre ellas, la hija de un amigo del ex ministro John Gummer– intensificó la búsqueda de la causa de la enfermedad. El principal sospechoso de provocar ese grupo de afecciones desafió durante décadas a los médicos y biólogos. A diferencia de lo que sucede con otras enfermedades infecciosas, el causante de la Creutzfeldt-Jakob no es, como se pensó durante mucho tiempo, un virus. Menos aún, una bacteria o un protozoario, microorganismos que se multiplican en forma autónoma y son fácilmente identificables. Actualmente se cree que una proteína defectuosa conocida como prión (sigla de partícula infecciosa proteinácea) provoca la enfermedad. El mero contacto del prión con una proteína sana hallada en abundancia en la superficie de las neuronas, induciría la producción de la forma alterada, como una ficha de dominó que derrumba a las demás de la fila sin que nada las pueda detener. Siendo más estables que las proteínas sanas, las moléculas defectuosas se adhieren unas con otras, generando largas fibras tóxicas para las neuronas.
La identificación del prión en el cerebro de ovejas con un tipo de encefalopatía espongiforme denominada scrapie y la explicación de cómo ella deformaría las proteínas normales, le valieron al investigador norteamericano Stanley Prusiner el Nobel de Medicina en el año 1997 y empujaron a científicos de todo el mundo a la investigación de la proteína defectuosa y sus efectos sobre el organismo. Sin embargo, mientras sólo se tenían ojos para el prión, otra cuestión básica –y quizás más importante– repicaba por lo bajo. ¿Para qué servía la proteína normal, la proteína prión celular, hallada en la superficie de todas las células del cuerpo y en mayor medida en el sistema nervioso central? Nadie lo sabía, y a nadie parecía importarle demasiado.
Hasta hubo motivos para retirar la atención del prión celular. Alrededor del año 1990, el biólogo molecular Charles Weissmann creó una familia de ratones que no producían esa proteína. Los animales no desarrollaban la enfermedad espongiforme y aparentemente sobrevivían sin perjuicio de su salud. Por ello se consideró que ella no desempeñaba ninguna función importante para el organismo. “Era una visión limitada”, dice Brentani.
Sospechando que la naturaleza no desperdiciaría tiempo ni energía para generar una proteína sin actividad biológica, Brentani apostó a su intuición y siguió en contra de la corriente. “Era la oportunidad de ingresar en un área de estudios por la cual nadie se había interesado”, cuenta. Una carta publicada durante el año 1991 en la revista Nature lo estimuló para seguir adelante. Tres años antes, él había propuesto una teoría según la cual, las dos cintas de la molécula de ácido desoxirribonucleico (ADN) contendrían la receta para la producción de proteínas –y no sólo una de ellas como se imaginaba. También afirmaba que las proteínas codificadas por tramos complementarios de las cintas de ADN cumplirían roles complementarios: serían capaces de interactuar químicamente y encajarse una en otra como una llave en la cerradura. Desde el punto de vista evolutivo, tenía sentido que los tramos de ADN que codifican una proteína y la que se une a ella se hallen próximos, ya que es mayor la probabilidad de que migren juntos hacia otra región del material genético, en caso de que ocurra su reestructuración. Pero esa era una hipótesis en la cual, según Brentani, nadie creía –excepto él, claro.
Hasta que surgió la carta de la revista Nature. En ella, el investigador Dmitry Goldgaber, de la Universidad Estadual de Nueva Cork, Estados Unidos, describía cómo el prión celular debería interactuar con el agua –una de las características químicas de las proteínas– y afirmaba que, si Brentani estuviese en lo cierto, el segmento de ADN complementario al del gen del prión celular contendría información sobre la proteína que posiblemente lo accionaría. Era una pista que no se podía desperdiciar.
Entonces, como estudioso de las proteínas asociadas con el cáncer, Brentani resolvió analizar el prión y la molécula que funcionaba como su interruptor. Él, la bioquímica Vilma Martins, del Instituto Ludwig de Investigaciones sobre el Cáncer (LICR), y el bioquímico Vivaldo Moura Neto, de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), dedujeron la estructura de esa otra proteína y la describieron en el año 1997, en la revista Nature Medicine.
La proteína presentada por ellos –luego identificada como STI-1, sigla por stress inducible protein 1– era compuesta de 543 aminoácidos (los bloques básicos de las proteínas) y era casi dos veces mayor que el prión celular. Restaba descubrir lo que ambas hacían. “Contábamos con dos hipótesis: o no servían para nada o eran fundamentales para fenómenos importantes en las neuronas, tales como el proceso de neuritogénesis [desarrollo de las ramificaciones que conectan a las neuronas entre sí]”, comenta Brentani.
Como las neuronas no eran la especialidad del grupo, Vilma y él invitaron al neurocientífico Rafael Linden, del Instituto de Biofísica de la UFRJ, para colaborar en los test siguientes. El complejo conformado por el prión celular y la STI-1 se reveló esencial tanto para la maduración y formación de las prolongaciones de las neuronas, como para protegerlos de la muerte celular programada, la apoptosis (lea en Pesquisa FAPESP, edición Nº 94).
Pero esas no eran las únicas funciones del dúo. Experimentos con ratones realizados en colaboración con Iván Izquierdo, uno de los más respetados estudiosos de la memoria en el mundo y actualmente investigador de la Pontificia Universidad Católica de Río Grande do Sul (PUC-RS), revelaron que el prión y la STI-1 resultan fundamentales para la estructuración de la memoria. Sin ellas, los animales tiene dificultades para recordar algo que aprendieron horas antes (memoria de corto plazo) y también días atrás (memoria de largo plazo). En pruebas con ratones genéticamente alterados para no producir el prión celular, como los creados por Charles Weissmann, comprobaron que esos animales sólo eran normales en apariencia. Cuando envejecían, presentaban mayores dificultades con la memoria que los ratones que lo fabricaban normalmente.
El grupo brasileño también notó que la forma sana del prión genera efectos distintos en tejidos diferentes. En la UFRJ, el equipo de Linden constató que esa proteína modula la respuesta del sistema inmunológico a las inflamaciones, ora aumentando, ora reduciendo las actividad de las células de defensa. El prión celular estimula la acción de los neutrófilos, las células de defensa más abundantes en el organismo. Producidos en una cantidad de cien mil millones por día en el interior de los huesos largos, son los primeros en localizar las inflamaciones, donde rápidamente engullen y destruyen microorganismos invasores como las bacterias. Cuando Linden provocaba una inflamación en los ratones, observó que los animales genéticamente alterados para no producir el prión celular, contenían una menor cantidad de neutrófilos, los cuales, a su vez, eran más lentos que los de los roedores normales. Un efecto nada deseable en el caso de la ocurrencia de una infección.
Se verificó el efecto opuesto con los macrófagos, las células del sistema de defensa que actúan como una especie de basurero, eliminando las células muertas. Los ratones sin el prión celular contenían macrófagos más activos que los que si lo fabricaban, un resultado que no siempre favorece a los animales genéticamente alterados, pues la acción exagerada de los macrófagos puede ocasionar lesiones en los tejidos sanos. “la respuesta a la inflamación y la presencia de células muertas depende de un ajuste muy fino”, explica Linden. “No es deseable que se hallen ausentes como tampoco exacerbadas. Sin la respuesta inflamatoria el cuerpo no resiste las infecciones, pero la inflamación en exceso también puede matar”.
También existen evidencias de que el prión celular protege a las células del corazón contra las agresiones químicas. En el Hospital A.C. Camargo, Vilma y la médica Beatriz de Camargo analizaron la presencia de una forma ligeramente alterada (variante) de las proteínas prión celular en 160 pacientes tratados en su infancia con adriamicina, un fármaco que puede ocasionar lesiones cardíacas. Los datos preliminares sugieren que los portadores de esta forma variante de prión celular tienen mayor susceptibilidad a los efectos tóxicos del compuesto que aquéllos con la versión normal de la proteína.
A medida que los resultados se acumulaban en el laboratorio, se tornaba evidente que el prión celular resultaba fundamental para mantener al organismo saludable, nada mal para una molécula que hasta pocos años antes era considerada sin importancia biológica. Pero aún no se comprendía por qué, en determinadas circunstancias, ella protegía y en otras dañaba a los tejidos. Un paso importante era saber cómo esa proteína con forma de globo de fiesta con un cordel colgando, que reside en la superficie externa de las células, se comunicaba con el interior.
Vilma, Brentani y Linden recurrieron entonces a la ayuda del biólogo celular Marco Antonio Prado, de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), quien investiga el transporte de las moléculas en el interior de las células. En colaboración con Vilma y Kil Sun Lee, de Ludwig, Prado y Ana Maria Magalhães marcaron el prión celular de las neuronas con un colorante verde fluorescente para seguir el camino que recorría y llevaron las células al microscopio confocal, que permite observarlas vivas. Luego, con el auxilio de Byron Caughey, de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, identificaron el prión infeccioso y observaron su ingreso en las neuronas (lea en Pesquisa FAPESP, edición Nº 115).
Anclado en regiones más densas de la superficie celular mediante una larga molécula de azúcar y lípidos en forma de cuerda, el prión celular se desliza hacia zonas más delgadas de la membrana de las neuronas. Allí es fagocitado hacia el interior de vesículas que contienen ácidos, donde se conecta con otras proteínas y envía comandos hacia el núcleo u otras regiones. Desde el inicio de la zambullida hasta emerger a la superficie, el prión celular no demora más de una hora y media.
No es un desplazamiento al azar, como constató el grupo brasileño. El prión celular sólo se mueve en la superficie de las neuronas luego que ciertas proteínas específicas se acoplan a él, activándolo. Como un anfitrión que recibe a los invitados a una fiesta, el prión sano conduce a otras proteínas hacia el interior de las neuronas. Una vez en el interior de la célula, el complejo formado por el prión y su proteína activadora envía señales químicas que ordenan la emisión de extensiones o la producción de compuestos que protegen a la neurona de la muerte, según detallan los investigadores en un artículo que saldrá publicado en los próximos meses en el Journal of Neuroscience. “Sin ese chapuzón en el interior de la célula, la comunicación mediada por el prión celular queda trunca”, dice Linden.
Cuanto más se descubría acerca del prión celular, más dudas surgían. Hacia el final del año 2006, Linden, Vilma, Prado, Izquierdo y Brentani comenzaron a rever todo lo que se había publicado sobre el prión sano y el defectuoso con el objetivo de lograr un cuadro general más claro. Del análisis de 597 artículos emergió la más amplia revisión sobre el tema, publicada en abril en la revista Physiological Reviews, con una visión unificada acerca del funcionamiento del prión celular y una nueva interpretación sobre cómo surgen enfermedades como la de Creutzfeldt-Jakob y el mal de la vaca loca.
En el trabajo titulado “Physiology of the prion protein”, los equipos de São Paulo, Río, Minas y Río Grande do Sul plantean que el prión celular funciona como un imán selectivo al cual sólo se adhieren ciertas moléculas encontradas en el organismo. La STI-1, por supuesto, no es la única. Estudios realizados en Brasil y en el exterior identificaron otras treinta proteínas que se ligan al prión celular, promoviendo diferentes cascadas de reacciones químicas que representan comandos celulares distintos. “Consideramos que el prión celular ayuda a organizar las señales del exterior antes de ser enviados hacia el interior de las células”, dice Prado.
Según Linden, ese rol de imán selectivo o plataforma de lanzamiento de complejos de señalización permite explicar resultados experimentales hasta entonces contradictorios, tales como la protección contra la muerte celular en determinadas situaciones y/o la acción tóxica en otras. “Esta actividad de plataforma de lanzamiento de señales químicas resulta tan esencial para la vida que posiblemente otras proteínas desempeñen la misma función en el organismo”, dice Brentani. “Por esa razón los ratones genéticamente alterados para no producir el prión celular sobreviven aparentemente sin ningún perjuicio”, explica.
Este nuevo rol altera la comprensión de cómo se instalan las enfermedades causadas por priones. De acuerdo con la nueva interpretación, en la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob las neuronas no sólo morían porque la adhesión de los priones infecciosos generará conglomerados tóxicos. El grupo brasileño apuesta porque la muerte celular ocurra también a causa de la pérdida de moléculas saludables del prión, lo cual dejaría a las neuronas desprotegidas contra las agresiones químicas. Según Prado, es posible que el efecto tóxico del prión infeccioso se intensifique con la pérdida del prión celular. “Sólo sabremos si estamos en lo cierto a medida en que las ideas plateadas en ese trabajo comiencen a ser puestas a prueba”, dice Linden.
Se espera que la comprensión respecto de cómo funciona el prión celular conduzca hacia alternativas de tratamiento para las enfermedades causadas por priones y enfermedades neurodegenerativas como el mal de Alzheimer, asociado con la aglomeración de una proteína cuya producción está controlada por el prión sano. “Los abordajes terapéuticos que se basaron exclusivamente en lo que se conoce sobre la forma defectuosa del prión no produjeron buenos resultados”, comenta Linden. Un medicamento utilizado en la década de 1930 contra la malaria, la quinacrina, se había mostrado capaz de impedir el agregado del prión infeccioso en los experimentos con neuronas in vitro. Pero no impide el avance de la enfermedad cuando se lo aplica en seres humanos. “Hasta el momento no existe un tratamiento eficaz”, afirma Ricardo Nitrini, de la USP.
Junto a Hélio Gomes y Sérgio Rosemberg, de la USP, y Leila Chimelli, de la UFRJ, Nitrini y Vilma integran el equipo responsable en el país para el diagnóstico de enfermedades causadas por prión, cuya notificación es obligatoria desde el año 2005. Es una medida fundamental para conocer las regiones más afectadas y las poblaciones más susceptibles a los cuatro tipos de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Entre los años 2005 y 2007, el grupo analizó treinta y cinco casos sospechosos, de los cuales veintiséis fueron considerados probables –la confirmación se realiza con el análisis del tejido cerebral luego de la muerte. Eran personas que habían desarrollado la enfermedad espontáneamente. Ningún caso surgió a causa del consumo de carne infectada. “Ciertamente existe sub-notificación de la enfermedad en el país, donde se espera que surjan hasta doscientos casos por año”, dice Vilma.
En paralelo, el equipo de Vilma en Ludwig, sigue con los estudios respecto de la acción de la STI-1. En los últimos años, el grupo constató que un fragmento de esa molécula, un péptido de dieciséis aminoácidos, desempeña la misma función que la proteína entera y favorece la formación de la memoria en ratones. Test iniciales con células en una placa de vidrio sugieren también que el péptido impide el desarrollo de un tumor cerebral agresivo, el glioblastoma, que mata en seis meses, razón por la cual ese segmento de la molécula fue patentado por el Ludwig en el año 2007 en Estados Unidos. “Son datos prometedores”, afirma Vilma. Mientras tanto, no se puede decir más que eso, hasta que se realicen ensayos con animales de laboratorio y, si todo estuviera bien, luego en seres humanos.
El Proyecto
El rol de la proteína prión celular en los procesos fisiológicos y patológicos. Modalidad Proyecto temático Coordinadora Vilma Regina Martins – Instituto Ludwig Inversión R$ 2.053.618,66.
Artículo científico
Linden, R. et al. Physiology of the prion protein. Physiological Reviews. v. 88, p. 673-728, 2008
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