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In questo senso, anche se mancano di DNA e RNA, si comportano molto come i virus, producendo distinte mutazioni strutturali auto-perpetuanti che forniscono un chiaro vantaggio evolutivo.

Lo studio è stato pubblicato questa settimana nella Early Edition online della rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Abbiamo scoperto che quando un particolare ceppo prionico viene trasferito dalle cellule cerebrali a una diversa linea cellulare, le sue proprietà cambiano gradualmente, dando origine a una variante del ceppo che si adatta meglio a questo nuovo ambiente cellulare”, ha detto Charles Weissmann, M.D., Ph.D., il capo del Dipartimento di Infettologia della Scripps Florida, che ha condotto lo studio. “Se questi stessi prioni vengono successivamente trasferiti a un’altra linea cellulare, cambiano di nuovo, adattandosi a queste nuove cellule ospiti. E se ritornano nel cervello, i prioni riacquistano gradualmente le loro proprietà originali. Abbiamo trovato prove fisiche che, almeno in un caso, la piega del prione cambiava quando le sue proprietà cambiavano.”

Evoluzione Darwiniana Senza DNA

Queste nuove scoperte arrivano circa un anno dopo che Weissmann e colleghi hanno pubblicato uno studio nell’edizione del 1 gennaio 2010 della rivista Science che mostrava che i prioni erano capaci di evoluzione Darwiniana.

Quello studio precedente ha anche dimostrato che i prioni possono sviluppare un gran numero di mutazioni e che queste mutazioni possono portare ad adattamenti evolutivi come la resistenza ai farmaci, un fenomeno precedentemente noto per verificarsi solo in batteri e virus. Questo studio ha anche suggerito che la normale proteina prionica – che si verifica naturalmente nelle cellule dei mammiferi – può rivelarsi un bersaglio terapeutico più efficace della sua relazione tossica anormale.

“Poiché i prioni possono adattarsi ad ambienti mutevoli, ora diventa chiaro che sarà più difficile di quanto originariamente pensato trovare farmaci che funzionino contro di loro”, ha detto Weissmann. Ma se si potesse sviluppare un farmaco che inibisce la formazione della normale proteina prionica, si potrebbe, in sostanza, affamare i prioni infettivi e impedire loro di riprodursi”. Questo approccio al trattamento, anche se tecnicamente impegnativo, può essere previsto perché, come abbiamo dimostrato in precedenza, la privazione di PrP non è dannosa per la salute – almeno per la salute dei topi.”

Folding and Misfolding

I prioni, che sono composti esclusivamente da proteine, sono classificati da ceppi distinti, caratterizzati dal loro tempo di incubazione e dalla malattia che causano. Oltre alla BSE/malattia della mucca pazza nel bestiame, le malattie causate dai prioni includono la scrapie nelle pecore, la malattia del deperimento cronico nei cervi e la variante della malattia di Creutzfeldt-Jakob negli esseri umani. I prioni hanno la capacità di riprodursi, nonostante il fatto che non contengano un genoma di acido nucleico.

Le cellule mammifere producono normalmente la proteina prionica cellulare o PrPC. Durante l’infezione, la proteina anormale o mal ripiegata – conosciuta come PrPSc – converte la normale proteina prionica ospite nella sua forma tossica cambiando la sua conformazione o forma. Lo stadio finale consiste in grandi fogli (polimeri) di queste proteine mal ripiegate, che causano danni massicci ai tessuti e alle cellule.

“La proteina prionica infettiva può ripiegarsi in modi diversi, e a seconda della piega, ne risulta un ceppo prionico diverso”, ha detto Weissmann. “

Quando i prioni si moltiplicano, tuttavia, quella piega non è sempre riprodotta correttamente, quindi una popolazione di prioni contiene molte varianti, anche se a bassi livelli.

Il nuovo studio ha scoperto che quando una popolazione di prioni viene trasferita a un ospite diverso, una delle varianti può replicarsi più velocemente – un vantaggio evolutivo – e diventare il ceppo dominante. Questa nuova popolazione contiene anche varianti, una delle quali può essere selezionata rispetto alle altre quando viene trasferita a un ospite diverso.

“Il risultato è che i prioni, anche se privi di materiale genetico, si comportano in modo simile ai virus e ad altri agenti patogeni, in quanto possono mutare e subire una selezione evolutiva”, ha detto Weissmann. “Lo fanno cambiando la loro piega, mentre i virus subiscono cambiamenti nella loro sequenza di acido nucleico.”

Diversi ma correlati

Il nuovo studio suggerisce che le popolazioni di prioni costituiscono una “quasi-specie” simile in natura ai virus RNA e ai retrovirus, come i virus dell’influenza e l’HIV.

L’idea di una quasi-specie fu concepita per la prima volta da Manfred Eigen, un biofisico tedesco che vinse il premio Nobel per la chimica nel 1967. Fondamentalmente, una quasi-specie è una popolazione complessa e auto-perpetuante di entità diverse e correlate che agiscono come un tutto. È stato Weissmann, tuttavia, che nel 1978 ha fornito la prima conferma della teoria attraverso lo studio di un particolare batteriofago – un virus che infetta i batteri – mentre era direttore dell’Institut für Molekularbiologie di Zurigo, in Svizzera.

Ma è qui che il confronto finisce, ha detto Weissmann.

“Il fatto che si comportino come virus non significa che siano qualcosa come un virus,” ha detto. “Una bicicletta è come una macchina, nel senso che ti porta da un posto all’altro, ma non sono la stessa cosa. Tuttavia, l’effetto finale è lo stesso. Prioni e virus sono entrambi in grado di cambiare la loro struttura per sopravvivere”

Il primo autore dello studio è Sukhvir P. Mahal della Scripps Research. Altri autori sono Shawn Browning, Jiali Li e Irena Suponitsky-Kroyter, sempre della Scripps Research.

Lo studio è stato sostenuto dal National Institutes of Health e dalla Alafi Family Foundation.