Priones y enfermedades priónicas

• Introducción
• Capítulo 1 El concepto de prión y la hipótesis de solo proteína
• Capítulo 2 La proteína priónica celular (PrPSc): Gen, estructura y función
• Capítulo 3 La proteína priónica del scrapie (PrPSc): Agregación y propagación
• Capítulo 4 Cepas de priones y la barrera de especies
• Capítulo 5 Neuropatología de las enfermedades priónicas
• Capítulo 6 Enfermedades priónicas humanas: Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob esporádica, genética y yatrogénica.
• Capítulo 7 Kuru: Una perspectiva histórica sobre las encefalopatías espongiformes transmisibles
• Capítulo 8 Enfermedades priónicas animales: Scrapie en ovejas y cabras
• Capítulo 9 Encefalopatía espongiforme bovina (BSE) y su potencial zoonótico
• Capítulo 10 Enfermedad de desgaste crónico (CWD) en cérvidos
• Capítulo 11 Mecanismos priónicos en otros trastornos neurodegenerativos.
• Capítulo 12 Diagnóstico clínico de las enfermedades priónicas humanas.
• Capítulo 13 Técnicas de imagen en el diagnóstico de enfermedades priónicas.
• Capítulo 14 Biomarcadores en líquido cefalorraquídeo y sangre.
• Capítulo 15 Ensayos de amplificación cíclica de plegamiento proteico erróneo (PMCA) y conversión inducida por agitación en tiempo real (RT-QuIC).
• Capítulo 16 Transmisión y epidemiología de las enfermedades priónicas
• Capítulo 17 Medidas de salud pública y seguridad
• Capítulo 18 Descontaminación e inactivación de priones
• Capítulo 19 Estrategias terapéuticas y desarrollo de fármacos
• Capítulo 20 Inmunoterapia para enfermedades priónicas
• Capítulo 21 Asesoramiento genético y evaluación de riesgo en enfermedades priónicas familiares.
• Capítulo 22 Modelos animales en la investigación de priones.
• Capítulo 23 El papel del sistema inmune en la patogénesis priónica.
• Capítulo 24 Direcciones futuras en la investigación de priones
• Capítulo 25 Implicaciones éticas y sociales de las enfermedades priónicas

En el grandioso y a menudo desconcertante teatro de la biología, donde los roles de los patógenos son tradicionalmente interpretados por virus, bacterias, hongos y parásitos, un actor nuevo y totalmente inesperado emergió en el escenario durante la segunda mitad del siglo XX. Este intérprete, el prión, desafió todos los guiones conocidos de infección y herencia. Era un agente de enfermedad despojado, una entidad biológica tan elegantemente simple que parecía imposible. No poseía ADN, ni ARN, ni cubierta protectora —ninguno de los atributos genéticos que asociamos con la vida y su propagación. El prión era, para asombro e inicial incredulidad de la comunidad científica, simplemente una proteína. No una proteína cualquiera, sino una versión mal plegada de una proteína ya presente en el cuerpo, capaz de un acto verdaderamente insidioso: inducir a sus contrapartes normales y benignas a adoptar su misma forma corrupta.

Este libro es la historia de esa proteína. Es una exploración de un principio biológico tan novedoso que exigió una reescritura de los libros de texto y resultó en un Premio Nobel para su descubridor, Stanley B. Prusiner. Él acuñó el término «prión» en 1982, un acrónimo de «partícula infecciosa proteica», para describir a este agente que era todo proteína y toda infección, un concepto que contradecía el dogma central de la biología molecular. La sabiduría establecida era clara: la información fluye de los ácidos nucleicos a las proteínas, no al revés. Sin embargo, aquí había una proteína que parecía propagarse a sí misma, transmitir una enfermedad mortal, sin ninguna instrucción genética. Era una idea revolucionaria y controvertida, recibida con considerable escepticismo por un establishment científico convencido de que un virus oculto debía ser el verdadero culpable.

Las enfermedades que los priones causan son tan extrañas y aterradoras como el propio agente. Conocidas colectivamente como encefalopatías espongiformes transmisibles (EET), son trastornos neurodegenerativos invariablemente mortales que afectan tanto a humanos como a animales. El nombre mismo pinta un cuadro sombrío: «espongiforme» se refiere a la apariencia característica del cerebro afectado, que se llena de agujeros microscópicos, asemejándose a una esponja. Esta destrucción implacable del tejido cerebral conduce a un declive progresivo de la función, manifestándose como demencia, pérdida de coordinación y cambios de comportamiento. Un sello distintivo de estas enfermedades es su período de incubación extraordinariamente largo, que puede abarcar años o incluso décadas, durante el cual el huésped no muestra síntomas mientras ocurre el proceso silencioso e inexorable de conversión proteica. Pero una vez que aparecen los síntomas, la enfermedad progresa con una velocidad aterradora, a menudo llevando a la muerte en cuestión de meses.

El espectro de las enfermedades priónicas es amplio e inquietante. En humanos, la forma más común es la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ), que suele aparecer esporádicamente, con causa desconocida, en aproximadamente una persona por millón en todo el mundo cada año. Otras formas humanas incluyen el síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) y el insomnio familiar fatal (IFF), que son hereditarios, resultado de mutaciones en el gen que codifica la proteína priónica. Luego está el kuru, una enfermedad que devastó al pueblo Fore de Papúa Nueva Guinea y se transmitió a través del canibalismo ritual, proporcionando la primera evidencia concreta de que estas enfermedades cerebrales humanas podían ser infecciosas.

Los animales también padecen sus propias versiones de estos males. El scrapie, una enfermedad de ovejas y cabras conocida desde el siglo XVIII, fue la primera EET identificada y recibe su nombre por la tendencia de los animales afectados a frotarse la lana compulsivamente contra vallas o postes. En tiempos más recientes, otras dos enfermedades priónicas animales han capturado la atención y la preocupación pública. La encefalopatía espongiforme bovina (EEB), o «enfermedad de las vacas locas», surgió en el Reino Unido en la década de 1980, propagándose entre el ganado a través de alimento contaminado. Su posterior transmisión a humanos, causando una nueva enfermedad denominada variante de la ECJ (vECJ), desencadenó una importante crisis de salud pública, reconfiguró las políticas de seguridad alimentaria y reveló el aterrador potencial de los priones para saltar la barrera entre especies. En América del Norte, la enfermedad debilitante crónica (EDC) continúa propagándose insidiosamente entre las poblaciones de ciervos, alces y uapitíes, generando preocupaciones sobre su posible impacto en los ecosistemas y los riesgos para la salud humana.

En el centro de toda esta saga se encuentra una única proteína, conocida como proteína priónica (PrP). En su forma celular normal, denominada PrP^C, es un componente inofensivo, y posiblemente incluso beneficioso, de nuestras células, particularmente en el sistema nervioso, aunque su función precisa sigue siendo algo enigmática. El villano de la historia es PrP^Sc (llamada así por el scrapie), la isoforma mal plegada y causante de enfermedad. Estas dos versiones son químicamente idénticas, compuestas por la misma cadena de aminoácidos. La única diferencia radica en su forma tridimensional, o conformación. PrP^C es rica en estructuras llamadas alfa-hélices, mientras que la PrP^Sc patogénica está dominada por láminas beta.

Esta diferencia estructural lo es todo. La PrP^Sc rica en láminas beta es increíblemente estable y resistente a la degradación. Mientras que las proteínas normales son recicladas constantemente por la célula, la PrP^Sc resiste la descomposición por enzimas llamadas proteasas. Esto le permite acumularse, formando grumos y largas fibrillas amiloides que son tóxicas para las neuronas y provocan el característico daño espongiforme. Crucialmente, la PrP^Sc actúa como una plantilla. Cuando se encuentra con una molécula de PrP^C normal, de alguna manera induce a la proteína sana a abandonar su forma normal y replegarse en la peligrosa conformación de PrP^Sc. Esto desencadena una reacción en cadena, una cascada lenta pero implacable de mal plegamiento que se propaga de una proteína a otra, abrumando finalmente al cerebro.

La existencia de los priones ha forzado una reevaluación completa de lo que constituye un agente infeccioso. A diferencia de los virus o las bacterias, los priones son sorprendentemente resistentes a métodos que normalmente destruirían patógenos. Pueden soportar la ebullición, los desinfectantes convencionales e incluso niveles de radiación que obliterarían el ADN o ARN viral. Esta increíble dureza presenta desafíos profundos para la salud pública, desde la esterilización de instrumentos quirúrgicos hasta la seguridad de las transfusiones de sangre y los trasplantes de órganos. La transmisión iatrogénica de la ECJ a través de herramientas neuroquirúrgicas contaminadas o preparaciones de hormona de crecimiento humano derivada de personas fallecidas sirve como un crudo recordatorio de estos riesgos.

Una de las implicaciones más profundas y de mayor alcance de la investigación sobre priones se extiende más allá de las raras EET. Los científicos han llegado a reconocer que el mecanismo de una proteína mal plegada que desencadena una cascada de más mal plegamiento no es exclusivo de las enfermedades priónicas. Este mecanismo «similar al prión» ahora se considera que juega un papel fundamental en una serie de trastornos neurodegenerativos más comunes y devastadores. Las placas de proteína beta-amiloide y los ovillos de proteína tau que caracterizan la enfermedad de Alzheimer, y los cuerpos de Lewy compuestos de alfa-sinucleína que se encuentran en la enfermedad de Parkinson, todos parecen propagarse a través del cerebro de manera similar, auto-propagándose. Si bien estas enfermedades no se consideran infecciosas de la misma manera que la ECJ o el kuru, comprender el paradigma priónico ofrece una nueva lente poderosa a través de la cual ver su patología y una vía prometedora para desarrollar nuevas estrategias terapéuticas.

Este libro tiene como objetivo guiarlo a través de este mundo complejo y fascinante. Comenzaremos adentrándonos en el núcleo del concepto priónico, explorando la hipótesis de la sola proteína y la estructura y función de las proteínas priónicas normal y patológica. Luego viajaremos por el panorama completo de las enfermedades priónicas humanas y animales, desde la curiosidad histórica del kuru hasta el desafío actual de la enfermedad debilitante crónica. Los capítulos siguientes cambiarán el enfoque hacia las realidades prácticas de vivir en un mundo donde existen los priones. Examinaremos el diagnóstico clínico de estas enfermedades esquivas, observando las técnicas avanzadas de imagen y los ensayos de biomarcadores que ofrecen esperanza para una detección más temprana. Enfrentaremos los problemas de salud pública, incluidos la epidemiología, la transmisión y la importancia crítica de la descontaminación. Finalmente, nos volcaremos hacia el futuro, examinando el estado actual del desarrollo terapéutico, desde la inmunoterapia hasta el descubrimiento de fármacos, y contemplando las dimensiones éticas y sociales de estas enfermedades únicas.

La historia de los priones es un relato de herejía científica convertida en hecho establecido. Es una historia de un patógeno que es a la vez parte de nosotros y un invasor extranjero implacable, un Jekyll y Hyde molecular. Es una ilustración impactante de cómo un cambio sutil en la forma de una proteína puede desatar una cascada de destrucción, un proceso que no solo es central para un grupo de enfermedades raras y aterradoras, sino que también puede contener la clave para comprender algunos de los azotes neurológicos más comunes de la humanidad.

La historia del prión es una lección magistral de revolución científica, una narración de cómo una única y audaz idea puede derrumbar décadas de dogmas biológicos establecidos. No comienza en un reluciente laboratorio moderno, sino en los campos azotados por el viento de la Europa del siglo XVIII, con pastores observando una extraña y fatal enfermedad en sus rebaños. La llamaron scrapie (tembladera), un nombre que capturaba vívidamente el síntoma principal: un picor agonizante que obligaba a las ovejas a rasparse su lana contra cualquier cosa que encontraran. La enfermedad era implacablemente progresiva, llevando a temblores, tropiezos y, finalmente, a la muerte. Durante siglos, fue una curiosidad veterinaria, su causa un completo misterio. Para el siglo XX, los científicos habían establecido que el scrapie era transmisible, pero la naturaleza del agente infeccioso era profundamente desconcertante.

Las primeras investigaciones sobre el scrapie y enfermedades humanas relacionadas, como el kuru y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, estaban enmarcadas por la virología de la época. Los largos períodos de incubación, que a veces duraban años o incluso décadas, llevaron al científico islandés Björn Sigurðsson a acuñar el término "virus lento" en la década de 1950. Esta era una explicación plausible y cómoda. Encajaba con la cronología de las enfermedades e invocaba una clase conocida de patógeno. El único problema era que nadie podía encontrar el virus. A pesar de intensos esfuerzos, no se pudieron aislar partículas virales de los cerebros de animales o humanos afectados. Además, el agente responsable de estas encefalopatías espongiformes transmisibles (EET) mostraba una resistencia extraña y casi sobrenatural a tratamientos que deberían haber obliterado a cualquier patógeno convencional. Sobrevivía a la ebullición, al formaldehído y a otros desinfectantes agresivos. Esto era un rompecabezas que insinuaba algo completamente nuevo.

La primera gran grieta en la teoría del "virus lento" provino de una serie de elegantes experimentos realizados en la década de 1960 por una radiobióloga con sede en Londres llamada Tikvah Alper. Alper y sus colegas tomaron muestras de tejido cerebral infectado con scrapie y las bombardearon con radiación ionizante y ultravioleta (UV). Razonaron que esto les permitiría deducir el tamaño y la naturaleza del agente infeccioso. Los resultados fueron asombrosos. El agente del scrapie era extraordinariamente resistente a la radiación ionizante, lo que sugería que era increíblemente pequeño, quizás demasiado pequeño para ser un virus. Aún más reveladora fue su reacción a la luz UV. La radiación UV a una longitud de onda de 260 nanómetros es particularmente eficaz para dañar los ácidos nucleicos (ADN y ARN), la base genética de toda la vida conocida, incluidos los virus. Sin embargo, esta longitud de onda específica tenía un efecto notablemente escaso en la capacidad del agente del scrapie para transmitir la enfermedad. Era, como dijo Alper, efectivamente transparente a la UV germicida. Esta fue una pista profunda de que el agente podría no poseer un genoma de ácido nucleico en absoluto.

Por la misma época, el investigador veterinario Iain Pattison, del Consejo de Investigación Agrícola de Gran Bretaña, también estaba socavando la sabiduría convencional. Demostró que el scrapie podía transmitirse a través de extractos cerebrales parcialmente purificados y señaló la increíble tenacidad del agente, sobreviviendo a tratamientos que destruirían los virus. En una sugerencia notablemente profética, aunque quizás ligeramente irónica, especuló que el agente podría ser algo diferente a un virus, tal vez incluso un polisacárido autorreplicante. La idea clave era que la infectividad parecía estar inextricablemente ligada a un componente proteico del propio huésped. La evidencia se acumulaba: el agente del scrapie era pequeño, era resistente y parecía desafiar la regla fundamental de que la vida requiere genes para replicarse.

Este era el estado de la cuestión cuando un joven neurólogo estadounidense llamado Stanley Prusiner entró en el campo en 1972. Su interés fue despertado por un paciente que estaba tratando y que moría de enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ), una encefalopatía espongiforme humana. Fascinado y preocupado por la misteriosa naturaleza de la enfermedad de su paciente, Prusiner dedicó su carrera a aislar e identificar el agente infeccioso. Estableció un laboratorio en la Universidad de California, San Francisco, y se embarcó en lo que sería un esfuerzo de una década, meticuloso y laborioso, para purificar el agente del scrapie de los cerebros de miles de hámsteres infectados.

La tarea fue monumental. Prusiner y su equipo tuvieron que desarrollar un bioensayo más eficiente para medir la infectividad —básicamente, cronometrar cuánto tardaban los hámsteres en desarrollar síntomas después de ser inoculados con fracciones cerebrales progresivamente más purificadas. Este bioensayo, aunque lento y laborioso, fue la brújula crucial que guió su búsqueda bioquímica. Sometieron el material infeccioso a una batería de tratamientos, rastreando meticulosamente qué procedimientos reducían su capacidad de causar enfermedad.

Una y otra vez, los resultados apuntaban en una dirección. Los procedimientos conocidos por degradar o destruir proteínas, como el tratamiento con enzimas llamadas proteasas o ciertos detergentes, reducían consistentemente la infectividad de las muestras. Por el contrario, los tratamientos diseñados para destruir los ácidos nucleicos, incluidos varios nucleasas y la exposición a iones de zinc, no tenían efecto. La conclusión, aunque radical, se estaba volviendo ineludible. El agente infeccioso no era un virus, una bacteria ni ninguna otra forma de vida convencional. Su infectividad dependía de la proteína.

En un artículo histórico de 1982 publicado en la revista Science, Prusiner propuso un nombre para este nuevo patógeno y una hipótesis para explicar su existencia. Acuñó el término "prión", un acrónimo de "partícula proteica infecciosa", para distinguirlo de los virus y los viroides (que son moléculas de ARN infecciosas). El nombre era pegadizo, controvertido y estaba destinado a perdurar. Lo pronunció deliberadamente "pree-on" para diferenciarlo del nombre de un ave marina. Más importante aún, articuló formalmente la "hipótesis de la sola proteína". Esta hipótesis proponía que el prión era una forma aberrante de una proteína normal que podía autorreplicarse en ausencia de cualquier ácido nucleico.

La hipótesis de la sola proteína era una herejía científica. Contradecía el dogma central de la biología molecular, que establece que la información genética fluye de los ácidos nucleicos a las proteínas, y nunca al revés. La idea de que una proteína pudiera actuar como un agente infeccioso, portando información y forzando a otras proteínas a copiar su forma, fue vista por muchos como preposterosa. La comunidad científica reaccionó con intenso escepticismo y, en muchos casos, con abierta hostilidad. Prusiner fue criticado por haber acuñado un nuevo término para un agente que aún no había purificado completamente. Muchos investigadores establecidos en el campo seguían convencidos de que un "virus lento" oculto seguía siendo el verdadero culpable y que la proteína de Prusiner era meramente un subproducto patológico de la infección, no su causa.

A pesar de la reacción adversa, la hipótesis de la sola proteína hizo una predicción clara y comprobable. Si el prión era efectivamente una versión mal plegada de una proteína normal del huésped, entonces un gen para esa proteína debía existir en el propio genoma del huésped. Se lanzó una búsqueda por el grupo de Prusiner y por otros laboratorios, más notablemente el del biólogo molecular Charles Weissmann. En 1985, dieron en el blanco. Lograron identificar y clonar con éxito el gen que codifica la proteína priónica (ahora conocido como PRNP en humanos). El descubrimiento innovador fue que este gen estaba presente no solo en animales infectados con scrapie, sino también en animales y humanos sanos y no infectados.

Este fue un momento crucial. El agente infeccioso no era un invasor extraño con sus propios genes únicos. En cambio, el problema residía en una de las propias proteínas del cuerpo. Este descubrimiento permitió a los científicos finalmente distinguir entre las dos versiones de la proteína. La forma normal y saludable, encontrada en la superficie de las células (particularmente las neuronas), fue designada PrP^C (por Proteína Priónica Celular). La isoforma infecciosa y causante de enfermedad fue nombrada PrP^Sc (por Proteína Priónica del Scrapie).

Con el gen en mano, los investigadores pudieron comenzar a caracterizar las diferencias entre las dos proteínas. Químicamente, eran idénticas, compuestas por la misma secuencia exacta de aminoácidos. La diferencia era enteramente conformacional: una divergencia en su forma tridimensional plegada. La PrP^C está compuesta predominantemente por estructuras flexibles y en bucle llamadas alfa-hélices. La PrP^Sc patogénica, en marcado contraste, está compuesta en gran parte por estructuras rígidas y aplanadas conocidas como láminas beta. Este cambio estructural altera dramáticamente las propiedades de la proteína. Mientras que la PrP^C es soluble en detergentes y se descompone fácilmente por proteasas, la PrP^Sc es insoluble y obstinadamente resistente a la digestión por proteasas. Esta resistencia a las proteasas se convertiría en un marcador bioquímico crítico para detectar la presencia de la isoforma causante de la enfermedad en muestras de tejido.

La prueba final y definitiva de la hipótesis de la sola proteína provino del floreciente campo de la ingeniería genética. El laboratorio de Charles Weissmann tomó la delantera en un experimento histórico. Crearon ratones transgénicos en los que el gen PRNP había sido completamente eliminado, o "noqueado". Estos ratones knockout de PrP eran anatómicamente normales y saludables, lo que sugería que la proteína priónica no era esencial para la supervivencia básica, al menos en un entorno de laboratorio. La prueba crucial llegó cuando estos ratones knockout fueron inyectados con una dosis potente de PrP^Sc infecciosa. El resultado fue inequívoco: los ratones no se enfermaron. Eran completamente resistentes al scrapie y no propagaron ningún prión en sus cerebros. Esto demostró, más allá de toda duda razonable, que la propia PrP^C del huésped era absolutamente necesaria para que la enfermedad se desarrollara. La PrP^Sc infecciosa necesitaba un suministro de PrP^C normal para convertirla.

Experimentos posteriores consolidaron esta conclusión. Cuando tejido cerebral normal que contenía PrP^C fue injertado en los cerebros de ratones knockout, solo el tejido injertado podía ser infectado y destruido por priones; el tejido cerebral circundante deficiente en PrP permanecía intacto. Esto demostró que la expresión de PrP^C era necesaria para los efectos tóxicos de los priones en las neuronas. La evidencia era ahora abrumadora: la información genética del prión estaba codificada en un gen del huésped, y la propagación de la enfermedad dependía de la presencia de la proteína del huésped.

Aún así, quedaba un último desafío para la hipótesis de la sola proteína, una hazaña a menudo referida como el "santo grial" de la investigación sobre priones: crear priones infecciosos en un tubo de ensayo utilizando solo componentes proteicos sintéticos puros. Esto eliminaría cualquier posibilidad de que un ácido nucleico viral contaminante y oculto fuera responsable de la infectividad. Los primeros intentos no tuvieron éxito, pero a principios de la década de 2000, varios grupos, incluido el de Prusiner, finalmente lo lograron. Fueron capaces de tomar proteína priónica recombinante, fabricada en bacterias, y someterla a condiciones que provocaban que se mal plegara en el estado agregado y rico en láminas beta de la PrP^Sc. Cuando este material puramente sintético fue inyectado en animales, produjo una enfermedad neurodegenerativa fatal y transmisible.

Estos estudios de propagación in vitro, particularmente aquellos que utilizaban técnicas como la Amplificación Cíclica de Mal Plegamiento de Proteínas (ACMP), cumplieron formalmente una versión moderna de los postulados de Koch para un agente basado en proteínas. Ahora era posible generar el agente infeccioso a partir de componentes definidos y mínimos, demostrando que la conformación de una proteína por sí sola podía ser patogénica e infecciosa. El debate de décadas estaba efectivamente zanjado.

En 1997, Stanley Prusiner recibió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina por su descubrimiento de "priones: un nuevo principio biológico de infección". Fue una reivindicación para una teoría que había sido descartada como herética y para un científico que había soportado años de escepticismo y controversia. El viaje desde una extraña enfermedad de las ovejas hasta la validación de un concepto revolucionario había remodelado nuestra comprensión de la infección, la herencia y la naturaleza fundamental de la enfermedad misma.