1

In dit opzicht, hoewel zij DNA en RNA missen, gedragen zij zich veel als virussen, die verschillende zelf-perpetuerende structurele mutaties produceren die een duidelijk evolutionair voordeel bieden.

De studie werd deze week gepubliceerd in de online Vroege Editie het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.

“We ontdekten dat wanneer een bepaalde prionstam wordt overgebracht van hersencellen naar een andere cellijn, de eigenschappen geleidelijk veranderen, waardoor een variantstam ontstaat die beter is aangepast aan deze nieuwe cellulaire omgeving,” zei Charles Weissmann, M.D., Ph.D., hoofd van de afdeling Infectologie van Scripps Florida, die de studie leidde. “Als diezelfde prionen vervolgens worden overgebracht naar een andere cellijn, veranderen ze opnieuw en passen ze zich aan deze nieuwe gastheercellen aan. En als ze worden teruggebracht naar de hersenen, krijgen de prionen geleidelijk hun oorspronkelijke eigenschappen terug. We vonden fysiek bewijs dat, ten minste in één geval, de vouw van het prion veranderde wanneer zijn eigenschappen veranderden.”

Darwinistische Evolutie Zonder DNA

Deze nieuwe bevindingen komen ongeveer een jaar nadat Weissmann en collega’s een studie publiceerden in de editie van 1 januari 2010 van het tijdschrift Science waaruit bleek dat prionen in staat waren tot Darwinistische evolutie.

Die eerdere studie toonde ook aan dat prionen grote aantallen mutaties kunnen ontwikkelen en dat deze mutaties evolutionaire aanpassingen kunnen bewerkstelligen zoals resistentie tegen geneesmiddelen, een fenomeen waarvan voorheen bekend was dat het alleen bij bacteriën en virussen voorkwam. Deze studie suggereerde ook dat het normale prion-eiwit — dat van nature voorkomt in zoogdiercellen — een effectiever therapeutisch doelwit zou kunnen blijken te zijn dan zijn abnormale toxische relatie.

“Omdat prionen zich kunnen aanpassen aan veranderende omgevingen, wordt het nu duidelijk dat het moeilijker zal zijn dan oorspronkelijk gedacht om geneesmiddelen te vinden die tegen hen zullen werken,” zei Weissmann. “Maar als je een geneesmiddel zou kunnen ontwikkelen dat de vorming van het normale prioneiwit remt, zou je in wezen de besmettelijke prionen kunnen uithongeren en voorkomen dat ze zich voortplanten. Deze benadering van de behandeling, hoewel technisch veeleisend, kan worden overwogen omdat, zoals we eerder hebben aangetoond, het onthouden van PrP niet schadelijk is voor de gezondheid – althans niet voor de gezondheid van muizen.”

Vouwen en misvouwen

Prionen, die uitsluitend uit eiwitten bestaan, worden ingedeeld in verschillende stammen, die worden gekenmerkt door hun incubatietijd en de ziekte die ze veroorzaken. Naast BSE/ziekte van de gekke-koe bij runderen, omvatten de door prionen veroorzaakte ziekten scrapie bij schapen, chronic wasting disease bij herten, en de variant van de ziekte van Creutzfeldt-Jakob bij de mens. Prionen kunnen zich voortplanten, ondanks het feit dat ze geen nucleïnezuurgenoom bevatten.

Zoogdiercellen produceren normaal cellulair prioneiwit of PrPC. Tijdens de infectie zet abnormaal of verkeerd gevouwen eiwit, PrPSc genaamd, het normale prioneiwit van de gastheer om in zijn toxische vorm door de conformatie of vorm ervan te veranderen. Het eindstadium bestaat uit grote vellen (polymeren) van deze verkeerd gevouwen eiwitten, die massale weefsel- en celschade veroorzaken.

“Het besmettelijke prion-eiwit kan zich op verschillende manieren vouwen, en afhankelijk van de vouwing, resulteert een verschillende prionstam,” zei Weissmann. “

Wanneer prionen zich echter vermenigvuldigen, wordt die vouw niet altijd correct gereproduceerd, zodat een prionpopulatie vele varianten bevat, zij het op lage niveaus.

De nieuwe studie ontdekte dat wanneer een prionpopulatie wordt overgebracht naar een andere gastheer, één van de varianten zich sneller kan vermenigvuldigen — een evolutionair voordeel — en de dominante stam wordt. Deze nieuwe populatie bevat ook varianten, waarvan één kan worden geselecteerd boven andere wanneer het wordt overgebracht naar een andere gastheer.

“Het resultaat is dat prionen, hoewel verstoken van genetisch materiaal, zich op dezelfde manier gedragen als virussen en andere ziekteverwekkers, in die zin dat ze kunnen muteren en evolutionaire selectie kunnen ondergaan,” zei Weissmann. “

Divers maar verwant

De nieuwe studie suggereert dat prionpopulaties een “quasi-soort” vormen, vergelijkbaar met RNA-virussen en retrovirussen, zoals griepvirussen en HIV.

Het idee van een quasi-soort werd voor het eerst geopperd door Manfred Eigen, een Duitse biofysicus die in 1967 de Nobelprijs voor scheikunde won. In wezen is een quasi-soort een complexe, zichzelf in stand houdende populatie van diverse en verwante entiteiten die als één geheel optreden. Het was echter Weissmann die in 1978 de theorie voor het eerst bevestigde door de studie van een bepaalde bacteriofaag – een virus dat bacteriën infecteert – terwijl hij directeur was van het Institut für Molekularbiologie in Zürich, Zwitserland.

Maar daar houdt de vergelijking op, zei Weissmann.

“Het feit dat ze zich gedragen als virussen betekent niet dat ze ook maar iets zijn als een virus,” zei hij. “Een fiets is als een auto in die zin dat hij je van de ene plaats naar de andere brengt, maar ze zijn niet hetzelfde. Het eindeffect is echter hetzelfde. Prionen en virussen zijn beide in staat om hun structuur te veranderen om te overleven.”

De eerste auteur van de studie is Sukhvir P. Mahal van Scripps Research. Andere auteurs zijn Shawn Browning, Jiali Li, en Irena Suponitsky-Kroyter, ook van Scripps Research.

De studie werd ondersteund door de National Institutes of Health en de Alafi Family Foundation.