Priones y su Comportamiento Raro en Ratas de Banco

Los Priones son agentes infecciosos únicos compuestos de proteínas. Pueden causar enfermedades graves en el cerebro tanto en animales como en humanos. Las enfermedades causadas por priones se conocen como trastornos por priones. Algunos ejemplos bien conocidos de enfermedades priónicas incluyen la scrapie en ovejas, la enfermedad crónica de desgaste en ciervos y alces, y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob en humanos.

El componente principal de los priones es una proteína llamada proteína priónica, o PRP. Esta proteína se encuentra en el sistema nervioso central de las células y está codificada por un gen específico. La PrP puede existir en dos formas diferentes. La forma normal se llama PrPC, que tiene una estructura específica con una parte desordenada en un extremo y una parte más ordenada en el otro. La forma dañina, llamada PrPSc, tiene una estructura diferente que principalmente incluye largas láminas planas de proteínas.

Las diferentes formas de PrPSc pueden resultar en diversas cepas de enfermedades priónicas, cada una con sus propios efectos en la salud. Importante, la PrPSc puede hacer que la PrPC normal se convierta en más PrPSc, lo que lleva a una acumulación de la forma dañina en el cerebro. Las enfermedades priónicas pueden aparecer al azar o podrían propagarse cuando una persona infectada entra en contacto con una fuente infectada.

Sin embargo, los priones enfrentan ciertos obstáculos al intentar moverse de una especie a otra. Estas barreras dependen de las diferencias en las secuencias de aminoácidos de las proteínas en diferentes especies. Cuando PrPSc y PrPC provienen de la misma especie, la conversión de la forma normal a la dañina ocurre más fácilmente. Si provienen de diferentes especies, puede ser más difícil que esta conversión tenga lugar.

#Topillos de banco y transmisión de priones

Los topillos de banco son interesantes porque pueden infectarse con priones de diferentes especies más fácilmente que la mayoría de los otros animales, mientras mantienen algunas características de las cepas de priones originales. Esto los distingue al estudiar priones. Cuando los investigadores crean ratones que expresan PrP de topillo de banco, estos ratones también pueden infectarse con diferentes cepas de priones, mostrando que la versión de la proteína del topillo de banco es compatible con muchas otras formas de priones.

Además, se ha demostrado que la PrP de topillo de banco puede apoyar la replicación de priones en entornos de laboratorio. Ciertas mutaciones en la PrP de topillo de banco pueden llevar a la formación espontánea de priones. Los científicos también pueden crear agregados priónicos infecciosos a partir de PrP de topillo de banco en el laboratorio. Esto sugiere que la PrP de topillo de banco es muy buena para formar formas mal plegadas, lo que puede permitirle replicar priones de diferentes especies.

Las razones detrás del comportamiento inusual de la PrP de topillo de banco en cuanto a la transmisión de priones no se comprenden completamente. A diferencia de las PrP de ratón y hámster, que no permiten la transmisión entre especies, la PrP de topillo de banco tiene algunas diferencias clave en aminoácidos que pueden explicar sus propiedades únicas. Algunos estudios han señalado que ciertos aminoácidos específicos en la PrP de topillo de banco ayudan en la replicación de priones. Por ejemplo, ciertos residuos de asparagina en la PrP de topillo de banco pueden ayudar a formar estructuras estables durante la conversión a PrPSc.

Recientemente, se han destacado otros residuos en la PrP de topillo de banco como importantes para sus características únicas. Algunas mutaciones en ratones que expresan tanto PrP de topillo de banco como PrP de ratón pueden llevar a síntomas de enfermedad priónica espontánea, lo que indica que las variaciones en la estructura de la PrP pueden afectar el desarrollo de la enfermedad. Sin embargo, aún se necesita un examen exhaustivo de todos los aminoácidos importantes que permiten que la PrP de topillo de banco funcione como un receptor universal de priones.

#Estudiando la transmisión de priones en el laboratorio

Para estudiar qué aminoácidos en la PrP de topillo de banco son importantes para la replicación de priones entre especies, los investigadores a menudo utilizan ratones genéticamente modificados o sistemas in vitro. Sin embargo, crear ratones transgénicos es caro y lleva tiempo, y los sistemas in vitro pueden no replicar completamente las condiciones dentro de un organismo vivo. Cultivos celulares ofrecen una forma más realista de examinar la replicación de priones. Estos cultivos utilizan células vivas que producen la versión correcta de PrP con las modificaciones necesarias.

Los investigadores también han desarrollado técnicas como la edición genética CRISPR/Cas9 para ampliar los tipos de cepas de priones que se pueden estudiar en cultivos celulares. Por ejemplo, los científicos crearon una línea celular donde se eliminó la PrP de ratón y se reemplazó con PrP de otras especies. Estas células modificadas fueron expuestas a priones de ratón o hámster, y se descubrió que podían replicar estos priones con éxito. Los investigadores utilizaron estas células para identificar aminoácidos clave que permiten que la PrP de topillo de banco apoye la replicación de priones entre especies.

#Métodos en la investigación de priones

#Cultivo celular

La línea celular específica utilizada en estos experimentos se llama células CAD5-PrP-/-. Han sido alteradas utilizando técnicas de edición genética para eliminar la PrP de ratón. Estas células se cultivan en un medio especial que les ayuda a prosperar. Después de ciertos procedimientos para preparar las células, se incuban y se dividen en nuevos cultivos para continuar creciendo.

Para probar la capacidad de la PrP de topillo de banco para replicar priones, los investigadores crean diferentes líneas celulares estables que expresan PrP de topillo de banco, ratón o hámster. Después de establecer estas células, los científicos pueden infectarlas con fuentes de priones, como material cerebral infectado. Observan qué tan bien cada línea puede replicar los priones durante varios pasajes para verificar la acumulación efectiva de priones.

#Análisis de proteínas

Una vez que las células han sido infectadas y se les ha permitido replicar priones, los investigadores necesitan extraer proteínas de ellas para un análisis más detallado. Esto implica lavar las células para eliminar cualquier residuo y usar un tampón de lisis, que rompe las células para extraer las proteínas. Luego, las proteínas extraídas se cuantifican para asegurarse de que estén en la concentración adecuada para el análisis.

Se utilizan diferentes métodos, incluido el inmunotransferencia, para identificar y medir proteínas específicas como PrP. Las transferencias pueden mostrar la presencia de PrP en estados normales (PrPC) y mal plegados (PrPSc), ayudando a los investigadores a comprender el proceso de replicación y la eficiencia de diferentes variantes de PrP.

#Identificación de residuos importantes para la replicación de priones

Los investigadores encontraron que la secuencia de PrP de topillo de banco difiere de la PrP de ratón en varias posiciones de aminoácidos. Generaron proteínas quiméricas, que son híbridos que combinan partes de PrP de ratón y de topillo de banco, para estudiar cómo estos aminoácidos específicos contribuyen a la capacidad de la proteína para apoyar la replicación de priones.

Las pruebas con estas quimeras mostraron que solo ciertas combinaciones de aminoácidos permitieron que las proteínas replicaran priones de hámster. Se hizo evidente que residuos específicos en la PrP de topillo de banco juegan roles críticos en este proceso, permitiéndole funcionar como un sustrato permisivo para la replicación de priones, a diferencia de la PrP de ratón.

El estudio identificó residuos clave en la PrP de topillo de banco, específicamente dos residuos de asparagina, que son cruciales para habilitar la exitosa replicación de priones entre especies. Por el contrario, ciertos residuos únicos de la PrP de topillo de banco también obstaculizan este proceso, indicando una relación compleja entre diferentes partes de la proteína.

#Agregación de proteínas priónicas

Analizar cómo se agregan estas proteínas priónicas es vital para entender su comportamiento y los mecanismos en juego en las enfermedades priónicas. Los investigadores emplearon ensayos de Tioflavina T para observar qué tan rápido se agregan diferentes proteínas priónicas bajo condiciones controladas. Encontraron que la PrP de topillo de banco se agrega más rápido que las de otras especies, lo que puede explicar su capacidad para replicar varias cepas de priones.

Al comparar el comportamiento de agregación de proteínas priónicas recombinantes, los investigadores notaron que tanto la presencia de ciertos aminoácidos como su organización juegan roles críticos en la replicación de priones. Por ejemplo, introducir residuos de asparagina de la PrP de topillo de banco en la PrP de ratón llevó a tasas de agregación incrementadas, mostrando una conexión directa entre ciertos residuos y la capacidad de replicar priones entre especies.

#El papel de los residuos C-terminales

Curiosamente, algunos aminoácidos específicos cerca del extremo C-terminal de la PrP de topillo de banco se encontraron obstaculizando su capacidad para replicar priones. Al sustituir estos residuos por equivalentes encontrados en otras especies, los investigadores observaron tasas mejoradas de replicación de priones. Esto indica que, aunque la PrP de topillo de banco es generalmente permisiva a la replicación de priones, modificaciones específicas pueden mejorar aún más su eficiencia.

Los efectos de estas sustituciones sugieren que la disposición precisa e identidad de los aminoácidos en la estructura de la PrP de topillo de banco son vitales para mantener el equilibrio entre susceptibilidad y resistencia a las enfermedades priónicas.

#Conclusiones

Los hallazgos de esta investigación destacan la naturaleza compleja de las proteínas priónicas y su capacidad para cruzar barreras entre especies. Comprender los aminoácidos específicos involucrados en la replicación de priones ayuda a los científicos a entender cómo ciertas proteínas pueden actuar como receptores universales para priones.

Las características únicas de la PrP de topillo de banco, incluida su estructura y comportamiento, proporcionan información sobre los mecanismos de las enfermedades priónicas y abren caminos para futuras exploraciones. Estos descubrimientos podrían allanar el camino para una mejor comprensión y posibles tratamientos para trastornos relacionados con priones en humanos y animales.

La investigación continua sobre las interacciones entre diferentes proteínas priónicas y los factores que influyen en la replicación de priones será esencial para desentrañar los misterios de estos agentes infecciosos.