Proteína Príon: A Molécula De Muitas Formas E Faces Parte 1

Resumo: A proteína príon celular (PrPC) é uma proteína ancorada no glicosilfosfatidilinositol (GPI) encontrada em maior abundância na membrana externa dos neurônios. Devido às características estruturais (cauda flexível e núcleo estruturado), o PrPC interage com uma ampla gama de parceiros.

Nos últimos anos, muitos estudos demonstraram que as proteínas príon celulares têm uma importante relação com o desenvolvimento e manutenção da memória animal.

O príon celular (vírus Herpes simplex, HSV) é um vírus amplamente presente na população humana e é considerado um dos patógenos mais importantes de doenças neurológicas e de pele. HSV-1 e HSV-2 são os dois tipos de vírus mais comuns em humanos.

Um estudo recente mostrou que a proteína viral-1 do HSV pode promover o desenvolvimento e a manutenção da memória em humanos e animais. Os resultados deste estudo mostraram que a infecção por HSV-1 ocorre principalmente nos estágios iniciais da vida humana, e as proteínas virais se acumulam no sistema nervoso humano e regulam a liberação de neurotransmissores e a transmissão sináptica. Esses efeitos regulatórios ajudam a melhorar a função da memória cerebral e a melhorar a cognição espacial e a atenção.

Além disso, a proteína viral-1 do HSV também tem uma certa relação com a resposta imunológica e a resposta antiviral do corpo. Estudos demonstraram que a influência da proteína viral do HSV-1 ativa a resposta imunológica do corpo e atua ativamente nas "células T de memória" do corpo, fortalecendo assim a defesa antiviral do corpo. Esta descoberta tem um significado de longo alcance para explorar a relação entre o HSV-1 e a imunidade animal.

Em suma, a relação entre a proteína do vírus prião celular e a memória proporciona um amplo espaço de investigação para futuras investigações sobre memória, função do sistema nervoso e resposta imunitária, e espera-se que desempenhe um papel importante na prevenção e tratamento de doenças relacionadas. Percebe-se que precisamos melhorar a memória, e o Cistanche pode melhorar significativamente a memória porque o Cistanche também pode regular o equilíbrio dos neurotransmissores, como aumentar os níveis de acetilcolina e fatores de crescimento, que são muito importantes para a memória e o aprendizado. Além disso, Cistanche também pode melhorar o fluxo sanguíneo e promover o fornecimento de oxigênio, o que pode garantir que o cérebro obtenha nutrição e energia suficientes, melhorando assim a vitalidade e a resistência do cérebro.

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Embora tenha sido proposto que a PrPC esteja envolvida em muitas funções fisiológicas, apenas a homeostase da mielinização dos nervos periféricos foi confirmada como uma função genuína até o momento.

O dobramento incorreto da PrPC causa doenças por príons e foi demonstrado que a PrPC medeia a neurotoxicidade induzida por oligômeros ricos na doença de Alzheimer e Parkinson, bem como a neuroproteção na isquemia.

Após a clivagem proteolítica, o PrPC é transformado em formas liberadas e ligadas de PrP que podem, dependendo das características estruturais contidas no PrPC, apresentar propriedades protetoras ou tóxicas.

Nesta revisão, iremos delinear as propriedades da proteína príon e do fragmento da proteína príon, bem como apresentar uma visão geral de seu envolvimento com parceiros de interação e vias de sinalização na mielinização, neuroproteção e doenças neurodegenerativas.

Palavras-chave: proteína príon; fragmentos de proteínas priônicas; neuroproteção; mielinização; acidente vascular cerebral isquêmico; doença neurodegenerativa.

1. Introdução

A proteína príon (PrP) é uma glicoproteína onipresente altamente conservada. Existe em duas formas; a isoforma normal ou celular, PrPC, e a isoforma infecciosa associada à doença ou tremor epizoótico PrP, PrPSc.

O papel patológico do PrPSc foi extensivamente estudado na doença prionar e foi revisado em vários artigos [1–3]. A PrPC é expressa em vários órgãos e tecidos diferentes, com altos níveis de expressão nos sistemas nervoso central e periférico.

Está abundantemente presente na superfície celular dos neurônios [4–6] e está envolvido em muitos mecanismos fisiológicos. A função da proteína ainda precisa ser elucidada; no entanto, estudos intensivos ligam o PrPC à homeostase da mielina [7], neuroproteção [8,9], ritmo circadiano [10,11], homeostase de íons metálicos [12,13], homeostase mitocondrial [14] e sinalização intercelular [6,15 ,16].

Nos neurônios, a PrPC está presente nos compartimentos pré-sinápticos e pós-sinápticos dos terminais axônicos, onde está envolvida no transporte axonal anterógrado e retrógrado [17–20]. A PrPC é clivada na membrana celular por proteases, formando formas liberadas e ligadas.

Nos últimos anos, as formas liberadas pela proteína príon e pela proteína príon têm recebido atenção em correlação com a neuroproteção em doenças neurodegenerativas.

Nesta revisão, apresentamos as formas liberadas da proteína príon e da proteína príon, resumimos seu envolvimento na mielinização, neuroproteção e doenças neurodegenerativas, e discutimos as descobertas mais recentes neste campo.

2. Proteína Príon

O PrPC humano maduro é composto por um domínio N-terminal não estruturado flexível (resíduos de aminoácidos 23-120) e um domínio C-terminal estruturado (resíduos de aminoácidos 121-231).

Está ancorado à membrana celular com uma âncora de glicosilfosfatidilinositol (GPI) [21,22]. O domínio N-terminal flexível contém uma região octarepeat, enquanto o domínio estruturado consiste em três hélices, duas folhas, uma ligação dissulfeto conectando as cisteínas 179 e 214, e dois N-glicanos nos resíduos de aminoácidos 181 e 197 [23,24] (Figura 1).

O PrPC pode se transformar em uma isoforma PrPSc rica em folhas, que é propensa à conversão autocatalítica e agregação em agregados insolúveis [22,25,26]. Um acúmulo anormal da proteína patológica no cérebro pode causar o desenvolvimento de encefalopatias espongiformes transmissíveis (EET), também conhecidas como doenças por príons.

As doenças priônicas incluem doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD), síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS), insônia familiar fatal (FFI) e kuru em humanos, encefalopatia espongiforme bovina em bovinos, tremor epizoótico em cabras e ovelhas e doença debilitante crônica em cervídeos.

Todas as doenças por príons são distúrbios neurodegenerativos fatais raros. As características clínicas e neuropatológicas das doenças por príons em humanos são semelhantes às da doença de Alzheimer (DA), como perda rápida de memória e perda de função cerebral, bem como demência, deformação espongiforme do cérebro, alterações de personalidade e dificuldades de movimento [15,27] .

Embora as doenças por priões ocorram devido à acumulação de agregados tóxicos de PrPSc no cérebro, o mecanismo subjacente à conversão de PrPC em PrPSc e ao desenvolvimento da doença por priões permanece desconhecido.

Além de ser um substrato para o desenvolvimento de doenças por príon, o PrPC pode servir como receptor para oligômeros amilóides (A) citotóxicos [20,28] e agregados tóxicos solúveis da proteína tau na DA e outras tauopatias [29,30].

Existem também estudos opostos sobre a ligação de PrPC de oligômeros de -sinucleína (-syn) na doença de Parkinson (DP) e outras sinucleinopatias, abrindo o debate sobre o papel da PrPC na toxicidade da -sinucleína [30–33].

3. Fragmentos de Proteína Príon

O PrPC pode sofrer quatro clivagens pós-tradução, formando fragmentos de PrP (Figura 1). A clivagem e a clivagem ocorrem dentro do domínio N-terminal não estruturado, enquanto a clivagem e a eliminação de PrP ocorrem dentro do domínio C-terminal estruturado.

Além das clivagens mencionadas, o PrPC foi clivado em condições experimentais com fosfolipase C, que clivou o PrPC dentro da âncora GPI [34,35]. O local de clivagem, o comprimento do fragmento e a fixação da membrana permitem que os fragmentos participem de vários mecanismos.

3.1. -Clivagem

A clivagem é a clivagem mais estudada do PrPC. Ocorre sob condições fisiológicas na região hidrofóbica central do PrPC maduro (resíduos de aminoácidos 105–120 na sequência humana 111/112) [36–38] (Figura 1).

A clivagem libera um fragmento N1 de ~ 11 kDa, enquanto a parte C1 de ~ 18 kDa permanece ligada à membrana celular pelo GPIanchor [36,39]. Por enquanto, não existe uma enzima única responsável pela clivagem [24,40].

Embora os locais de clivagem tenham sido determinados em relação às espécies, a clivagem é tolerante à variação de sequência nesta região, desde que sua hidrofobicidade permaneça preservada [38].

Estudos demonstraram que a clivagem no cérebro humano, modelos de camundongos e culturas neuronais ocorre na presença das enzimas ADAM10 e ADAM17 [41–43]. ADAM10 contribui para uma produção constitutiva de N1, enquanto ADAM17 participa principalmente na formação de N1 após estimulação [44 ,45]. ADAM8 também demonstrou clivar PrPC para formar N1 e C1 nos músculos [46].

O papel de ADAM8, ADAM10 e ADAM17 na clivagem também foi apoiado em um estudo biofísico [47]. O fragmento N1 tem estabilidade relativamente baixa; no entanto, descobriu-se que estava presente em fluidos corporais, homogeneizados de tecidos ou sobrenadantes de culturas celulares [39,48,49].

A clivagem foi inicialmente pensada para ocorrer em compartimentos endossômicos ácidos [50,51], mas estudos posteriores demonstraram que a clivagem ocorre durante o tráfego vesicular de PrPC ao longo da via secretora [52,53].

A clivagem utiliza PrPC como substrato, levando à redução da superfície celular. Como a PrPC também é um substrato para a replicação do príon e um mediador chave da toxicidade nas doenças do príon, na DA e em outras doenças neurodegenerativas, a clivagem tem um efeito biológico positivo.

A parte N-terminal flexível da PrPC é essencial para a interação da proteína com os parceiros de ligação que regulam a captação da PrPC no tráfico [54,55]. Na falta de N1, C1 forma complexos na membrana celular [56] e é mais estável e persistente na superfície celular do que PrPC [50].

O fragmento C1 pode ser clivado na superfície celular e liberado no espaço extracelular [57]. Descobriu-se que C1 inibe a replicação do príon em camundongos [58,59], enquanto o fragmento N1 é neuroprotetor [60,61]; a ausência da clivagem é tóxica tanto para células quanto para camundongos [47,62].

3.2. -Clivagem

A clivagem ocorre no final da região de repetição do octapeptídeo N-terminal do sítio de clivagem. A -clivagem é observada principalmente em condições patológicas e é semelhante à -clivagem. Parece agir de forma protetora.

Ocorre em torno do resíduo de aminoácido 90, formando o fragmento N2 (~9 kDa) e o fragmento C2 (~20 kDa) [36,37,48,63](Figura 1). A clivagem do PrPC é mediada por espécies reativas de oxigênio (ROS) [37,63–66].

Ao remover as ERO, a clivagem protege as células do estresse oxidativo [65]. Além das ERO, a clivagem é induzida por calpaínas [67], proteases lisossômicas [68,69] ou mesmo ADAM8 [47].

A proteinase K cliva o núcleo resistente à protease de PrPSc (PrP27–30) próximo à posição 90, criando um fragmento com comprimento semelhante a C2. Semelhante ao fragmento C1, o fragmento C2 também pode ser eliminado da superfície celular [70].

A formação de tal fragmento indica que as proteases envolvidas na clivagem também poderiam estar envolvidas nas tentativas celulares de quebrar o PrPSc [71,72].

3.3. -Clivagem

A clivagem por protease de PrPC descoberta mais recentemente é a clivagem -. O local de clivagem em PrPC ainda precisa ser determinado, mas os tamanhos do fragmento N3 liberado (~ 20 kDa) e do fragmento C3 ancorado em GPI (~ 5 kDa) sugerem que a clivagem da proteína ocorre na região entre os resíduos de aminoácidos 170 e 200 [73, 74] (Figura 1).

Estudos indicam que a clivagem ocorre tardiamente na via secretora de uma proteína não glicosilada na presença de membros da família das metaloproteases de matriz (MMP) [73].

Propõe-se que a razão pela qual a clivagem ocorre apenas no PrPC não glicosilado seja devido ao impedimento estérico das proteases pelos glicanos na proximidade do local de clivagem proposto [40,75].

Descobriu-se que a clivagem existe em diferentes espécies, tecidos e modelos de cultura celular. A determinação do seu papel requer mais estudos, embora uma indicação de quantidades aumentadas de fragmento C3 num cérebro com DCJ possa levar a um possível significado patogénico [73].

3.4. Eliminação de Proteína Príon

Há também uma clivagem importante do PrP próximo ao terminal C. A clivagem libera PrP no espaço extracelular, deixando um pequeno número de resíduos de aminoácidos na superfície celular.

A clivagem foi descrita em pesquisas iniciais [35,39,76,77], mas recebeu mais atenção nos últimos anos devido ao envolvimento do PrP liberado em doenças [40,63,78–83].

Semelhante à clivagem, a eliminação do PrP ocorre na presença de enzimas da família ADAM. Experimentos in vitro e in vivo sugerem que ADAM9 e ADAM10 estão envolvidos no processo de clivagem e eliminação de PrP [47,84–86] onde ADAM10 é a principal sheddase para PrP e ADAM9 é o modulador da atividade de ADAM10 [24 ].Shed PrP foi determinado pela primeira vez em hamsters.

No cérebro de hamsters infectados por príon, o shedPrP representou aproximadamente 15% das moléculas de PrPSc (76). Uma análise adicional mostrou que o ADAM10 clivou o PrP liberado entre Gly228 e Arg229 e formou o PrP eliminado que terminou em Gly228 (84).

Uma análise explorando o perfil do local de clivagem do ADAM10 revelou que a clivagem não é induzida por uma sequência única (87).

Consequentemente, a protease ADAM10 pode produzir variantes de PrP eliminado dependendo da sequência e conformação da proteína. Jansen e colaboradores descreveram a existência de formas de PrP não ancoradas terminando com Tyr225 e Tyr226 em pacientes com doença por príon [88].

Os autores caracterizaram dois pacientes com doença príon que carregavam mutações stop nas posições Y226X e Q227X e expressaram as respectivas formas. Usando um anticorpo monoclonal V5B2 [89] que se liga especificamente a um fragmento de PrP que termina com Tyr226, descrevemos simultaneamente a existência de uma forma livre de PrP chamada PrP226* [90–94].

A distribuição de PrP226* no cérebro humano tem sido associada à distribuição de PrPSc [90,94]. Devido à existência de mais de uma forma eliminada, levantamos a hipótese de que o sítio proteolítico na sequência humana não está localizado exclusivamente entre os resíduos de aminoácidos 228 e 229, mas está localizado na proximidade do terminal C [95] (Figura 1).

Recentemente, Linsenmeier et al. publicaram um estudo abrangente sobre o mecanismo que estimula a eliminação proteolítica de PrPC (81). Usando modelos animais e controles, eles mostraram que a eliminação de PrP se correlaciona negativamente com a conversão de príon e que a eliminação de PrP está abundantemente presente em placas amilóides.

Eles também estudaram a influência da ligação de anticorpos dirigidos por PrP ao PrPC na propensão de eliminação. A ligação de anticorpos anti-PrP completos ao domínio estruturado C-terminal de PrPC ou derivados de anticorpos de cadeia única, direcionados a epítopos repetitivos dentro da região de repetição octa do domínio N-terminal estimulou a eliminação, quando a ligação de anticorpos anti-PrP inteiros à repetição octa região do domínio N-terminal bloqueou a estrutura do domínio N-terminal e evocou agrupamento de superfície de PrPC, endocitose e degradação em lisossomos (81).

4. Proteína Prion e Mielinização

A PrPC é abundantemente expressa no sistema nervoso central (SNC) e no sistema nervoso periférico [4,5]. Estudos em cérebros de primatas, cérebros de roedores e camundongos transgênicos mostraram que ele é enriquecido ao longo dos axônios e nos terminais pré-sinápticos, onde está envolvido no transporte axonal anterógrado e retrógrado [4,17,18,96–98].

Deleções na região de clivagem do PrPC mostraram desmielinização grave tanto na medula espinhal quanto na substância branca cerebelar in vivo [99,100]. Mais tarde, foi confirmado que o PrPC axonal e sua clivagem são necessários para a pró-mielinização no sistema nervoso periférico [101].

Usando um modelo de camundongos co-isogênicos knockout para PrP, Kuffer et al. descobriram que o PrPC axonal promove a manutenção da mielina em trans através da ligação ao receptor Adgrg6 acoplado à proteína G de adesão nas células de Schwann com uma cauda flexível N-terminal [7].

Eles também confirmaram que camundongos sem PrPC desenvolveram neuropatia desmielinizante crônica, o que sugere que a homeostase da mielinização no sistema nervoso periférico é uma função fisiológica genuína da PrPC [7].

Descobriu-se que a manutenção da mielina é regulada através da ligação de um fragmento de PrPC liberado no terminal N (presumivelmente N1 ou PrP derramado) ao Adgrg6 nas células de Schwann.

A interação ativou o Adgrg6, aumentou os níveis celulares de AMPc e desencadeou uma cascata de sinalização que promoveu a mielinização [7]. A regulação da manutenção da mielina periférica pelo PrPC foi confirmada em cinco cepas diferentes de modelos de camundongos knockout para PrP que desenvolveram neuropatia periférica de início tardio [101–103].

Recentemente, houve uma tentativa de desenvolver um tratamento para doenças desmielinizantes periféricas baseado na ligação entre o domínio N-terminal de PrPC e Adgrg6 (104). Neste estudo, eles construíram uma molécula de imunoadesina que consiste em dois domínios N-terminais flexíveis de PrPC ligados ao fragmento acristalizável (Fc) da imunoglobulina G1 (FT2Fc) (104).

A molécula mostrou propriedades farmacocinéticas favoráveis ​​e mostrou potencial in vitro, mas não conseguiu ter efeito terapêutico nos primeiros sinais moleculares de desmielinização em camundongos knockout para PrP [104].

O PrPC também foi estudado em relação ao desenvolvimento e regeneração da mielina periférica após lesões nervosas [105]. Como o PrP foi considerado dispensável neste mecanismo, pode-se presumir que o PrP não tem um papel importante no processo de reparo do nervo periférico ou sua ausência pode ser compensada por outros ligantes [105].

A mielinização e outros papéis fisiológicos da PrPC foram intensamente estudados em modelos animais com expressão do gene PrP nocauteada ou derrubada.

Estudos demonstraram efeitos negativos limitados em camundongos [102,106–109], bovinos [110] e cabras [68,111,112], enquanto estudos em camundongos ou cabras knockout para PrP mostraram defeitos no sistema nervoso e sensibilidade ao estresse oxidativo [6,101,111,113]. Vários modelos de camundongos knockout para PrP foram gerados com um fundo misto [106,109,114–116].

Como os estudos não são reprodutíveis entre os modelos, isso pode levantar a questão de saber se algum fenótipo observado foi realmente devido a polimorfismos nos genes que flanqueiam o Prnp ou ao resultado da ausência de PrPC. Para evitar esse problema, seria aconselhável repetir experimentos importantes usando camundongos PrPknockout co-isogênicos.

Embora o papel da PrPC no SNC precise ser elucidado, a PrPC e os fragmentos liberados pela PrPC são indispensáveis ​​na homeostase da mielina dos nervos periféricos, mas podem ser dispensáveis ​​na recuperação nervosa.

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