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Viroidi e prioni

Che cosa sono i viroidi e i prioni?

I viroidi e i prioni sono agenti patogeni che non possono essere annoverati in alcuna classe virale poiché presentano una struttura differente e più semplice dei virus ed inoltre hanno una attività patogena molto più spiccata tanto da riuscire a provocare malattia in una cellula ospite attivando un ristretto numero di molecole infettanti.

I viroidi sono indicati come fitopatogeni poiché causano malattie delle piante molto gravi come ad esempio la malattia del tubero fusiforme nella patata, il rachitismo del crisantemo, la maculatura fogliare gialla delle palme ed altre.

I prioni invece sono quegli agenti patogeni che causano gravi malattie al sistema nervoso centrale definite genericamente come “encefalopatie spongiformi subacute o ESS”. Un prione è stato infatti l’agente infettivo che ha provocato la “sindrome della mucca pazza” (encefalopatia spongiforme bovina o BSE) a fine anni novanta.

La struttura dei viroidi

Il viroide (Fig.1) è formato da un RNA circolare disposto in modo da creare due estremità di catena singola di acido ribonucleico e una parte centrale a doppio filamento.

Il doppio filamento centrale di RNA è diviso in due regioni:

  • la prima di 30 paia di basi è detta regione conservativa o dominio C ed è la regione che provoca malattia;
  • la seconda è indicata come regione o dominio variabile in cui le coppie di basi differiscono in base alla tipologia di viroide.

Inoltre il viroide risulta “nudo" e quindi privo di involucro proteico. Non può essere quindi definito un virus anche per l’assenza di una “coperta" proteica di cui tutti i virus sono solitamente provvisti oltre al fatto che il suo RNA è più piccolo del più piccolo RNA virale conosciuto.

struttura di un viroide

(Fig.1) Rappresentazione della struttura di un viroide.

Infettività dei viroidi

Per manifestare il suo potere patogeno, il viroide ha bisogno di replicarsi pertanto si posiziona nel nucleo della cellula ospite, precisamente nel nucleolo, ed inizia la attività replicativa grazie all’enzima RNA polimerasi II.

Si produce quindi una struttura multimerica, un polimero lineare di geni del viroide, da cui viene trascritto un altro filamento sempre polimerico, detto concatamero con l'ausilio dell’enzima RNA polimerasi I.

Il concatamero viene scisso in monomeri i quali vengono poi legati assieme a formare una struttura circolare.

Si possono considerare infettanti sia le forme polimeriche del viroide che quelle monomeriche.

Non è ancora chiaro il meccanismo d’azione di questi piccoli agenti patogeni. Si è scoperto però che possiedono sequenze simili all'RNA ribosomiale della cellula ospite pertanto riescono ad integrarsi nella subunità 7S dei ribosomi bloccando la traslocazione delle proteine dopo la sintesi proteica che ha avuto luogo nella cellula infettata.

Inoltre sono state individuate delle regioni differenti dal dominio conservativo indicate come dominio P che riguardano l’attività patogena specifica di ogni viroide.

La struttura dei prioni

Il prione (Fig.2) è una piccola proteina infettante denominata PrP che significa Prion Protein.

Generalmente questa proteina si trova in forma normale ed in piccole quantità nella membrana cerebrale dei mammiferi.

Questa ha una importante funzione nella trasmissione degli impulsi nervosi. Si tratta quindi di una proteina innocua di struttura terziaria che forma eliche alfa.

struttura dei prioni

(Fig.2) Rappresentazione della struttura della proteina prionica in forma innocua.

Infettività dei prioni

La proteina prionica che è normalmente codificata dai geni della cellula ospite può divenire patogena qualora venga modificata in una forma anomala.

Questo può avvenire per contatto con un prione infettante oppure a seguito di una mutazione genetica la quale agisce aumentando la potenzialità di un individuo a contrarre la malattia e rendendo più facili le trasformazioni in proteine infettanti.

In maniera più specifica, la forma mutata (indicata come PrP sc) è prodotta per mezzo di un cambiamento della configurazione terziaria della proteina originaria (indicata come PrP c) che invece di ripiegarsi a formare eliche alfa si distende a formare foglietti beta (Fig.3) perdendo gruppi amminici terminali che rendono più stabile la struttura neoformata.

La perdita dei gruppi amminici determina la formazione di una struttura più resistente anche riguardo alla resistenza parziale al trattamento enzimatico che ne determinerebbe l’inattivazione.

Subito dopo la trasformazione, si attiva una reazione a catena per cui tutte le  proteine prioniche con configurazione normale vengono convertite e diventano infettanti.

Le proteine che hanno potere patogeno si accumulano a livello del tessuto nervoso e provocano la degenerazione dei neuroni.

Cambiamento conformazionale della proteina prionica

(Fig.3) Cambiamento conformazionale della proteina prionica. A – rappresenta la proteina prionica normale ripiegata a formare alfa eliche B – rappresenta la proteina prionica trasformata nella struttura patogena con beta foglietti.

Encefalopatie spongiformi subacute o ESS

Sono chiamate malattie da agenti infettivi non convenzionali tutte quelle malattie che sono causate da agenti patogeni della stessa tipologia ovvero dalle proteine prioniche.

Le malattie in questione  sono genericamente definite encefalopatie poiché coinvolgono il sistema nervoso centrale, spongiformi per la tipologia delle lesioni che si presentano e subacute per il loro andamento clinico.

Possono essere anche assimilate alle amiloidosi perché possono portare alla formazione di agglomerati di sostanza amiloide presente nel cervello.

Hanno un lungo periodo di incubazione ed una lenta evoluzione. Possono essere ereditarie oppure insorgere in maniera sporadica.

Queste malattie si manifestano clinicamente con turbe nervose sensitive e motorie che possono portare lentamente alla morte del soggetto a seguito di deperimento fisico e mentale.

Riassumendo

  • Viroidi e prioni sono piccoli agenti patogeni diversi dai virus
  • Presentano entrambi un elevato potere patogeno
  • I viroidi sono formati da RNA circolare che si dispone a formare due estremità a filamento singolo ed una parte centrale a doppio filamento
  • I viroidi non hanno involucro proteico
  • I viroidi infettano la cellula ospite a seguito di attività replicativa
  • Non è chiaro il meccanismo di azione dei viroidi ma si è scoperto che possono stoppare la sintesi proteica nella cellula ospite per similitudini con l’RNA ribosomiale
  • Il prione è una piccola proteina detta PrP
  • Ha una struttura a configurazione terziaria ad alfa elica
  • La PrP c si trova normalmente nella membrana del cervello dei mammiferi e pertanto risulta essere innocua
  • L'infettività della proteina prionica è data dalla trasformazione in una proteina anomala, la PrP sc
  • La PrP sc ha una conformazione a foglietto beta e presenta perdita di gruppi amminici che conferiscono maggiore stabilità alla struttura.
  • Il prione è l’agente patogeno che provoca le ESS o encefalopatie spongiformi subacute
  • Le ESS sono malattie molto gravi che riguardano il sistema nervoso centrale e portano a lento deperimento sia fisico che mentale e alla morte del soggetto.

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