Príons e doenças priônicas

• Introdução
• Capítulo 1 O Conceito de Prion e a Hipótese Proteica
• Capítulo 2 A Proteína Prion Celular (PrPSc): Gene, Estrutura e Função
• Capítulo 3 A Proteína Prion Scrapie (PrPSc): Agregação e Propagação
• Capítulo 4 Cepas de Prion e a Barreira de Espécies
• Capítulo 5 Neuropatologia das Doenças por Prion
• Capítulo 6 Doenças por Prion Humanas: Doença de Creutzfeldt-Jakob Esporádica, Genética e Iatrogênica.
• Capítulo 7 Kuru: Uma Perspectiva Histórica sobre Encefalopatias Espongiformes Transmissíveis
• Capítulo 8 Doenças por Prion em Animais: Scrapie em Ovinos e Caprinos
• Capítulo 9 Encefalopatia Espongiforme Bovina (EEB) e seu Potencial Zoonótico
• Capítulo 10 Doença Crônica Debilitante (DCD) em Cervídeos
• Capítulo 11 Mecanismos Semelhantes a Prion em Outros Distúrbios Neurodegenerativos.
• Capítulo 12 Diagnóstico Clínico das Doenças por Prion Humanas.
• Capítulo 13 Técnicas de Imagem no Diagnóstico de Doenças por Prion.
• Capítulo 14 Biomarcadores no Líquido Cefalorraquidiano e no Sangue.
• Capítulo 15 Ensaios de Amplificação Cíclica de Dobramento Incorreto de Proteína (PMCA) e Conversão Induzida por Agitação em Tempo Real (RT-QuIC).
• Capítulo 16 Transmissão e Epidemiologia das Doenças por Prion
• Capítulo 17 Medidas de Saúde Pública e Segurança
• Capítulo 18 Descontaminação e Inativação de Prions
• Capítulo 19 Estratégias Terapêuticas e Desenvolvimento de Fármacos
• Capítulo 20 Imunoterapia para Doenças por Prion
• Capítulo 21 Aconselhamento Genético e Avaliação de Risco em Doenças por Prion Familiares.
• Capítulo 22 Modelos Animais na Pesquisa de Prion.
• Capítulo 23 O Papel do Sistema Imune na Patogênese do Prion.
• Capítulo 24 Direções Futuras na Pesquisa de Prion
• Capítulo 25 Implicações Éticas e Sociais das Doenças por Prion

No grande e muitas vezes desconcertante teatro da biologia, onde os papéis dos patógenos são tradicionalmente desempenhados por vírus, bactérias, fungos e parasitas, um ator novo e totalmente inesperado surgiu no palco na segunda metade do século XX. Este intérprete, o príon, desafiava todos os scripts conhecidos de infecção e hereditariedade. Era um agente de doença reduzido ao essencial, uma entidade biológica de simplicidade tão elegante que parecia impossível. Não possuía DNA, nem RNA, nenhum invólucro protetor — nenhum dos apetrechos genéticos que associamos à vida e à sua propagação. O príon era, para o assombro e a descrença inicial da comunidade científica, meramente uma proteína. Não qualquer proteína, mas uma versão mal dobrada de uma proteína já presente no corpo, capaz de um ato verdadeiramente insidioso: induzir suas contrapartes normais e benignas a adotar sua própria forma corrompida.

Este livro é a história dessa proteína. É uma exploração de um princípio biológico tão inovador que exigiu a reescrita de livros didáticos e resultou em um Prêmio Nobel para seu descobridor, Stanley B. Prusiner. Ele cunhou o termo "príon" em 1982, uma palavra-valise de "proteinaceous infectious particle" (partícula infecciosa proteinácea), para descrever este agente que era toda proteína e toda infecção, um conceito que ia contra o dogma central da biologia molecular. A sabedoria estabelecida era clara: a informação flui dos ácidos nucleicos para as proteínas, não o contrário. No entanto, ali estava uma proteína que parecia se propagar, transmitir uma doença fatal, sem quaisquer instruções genéticas. Era uma ideia revolucionária e controversa, recebida com considerável ceticismo por um establishment científico convencido de que um vírus oculto devia ser o verdadeiro culpado.

As doenças causadas por príons são tão estranhas e aterrorizantes quanto o próprio agente. Conhecidas coletivamente como encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs), são distúrbios neurodegenerativos invariavelmente fatais que afligem tanto humanos quanto animais. O próprio nome pinta um quadro sombrio: "espongiforme" refere-se à aparência característica do cérebro afetado, que fica repleto de buracos microscópicos, assemelhando-se a uma esponja. Esta destruição implacável do tecido cerebral leva a um declínio progressivo da função, manifestando-se como demência, perda de coordenação e alterações comportamentais. Uma marca registrada dessas doenças é seu período de incubação extraordinariamente longo, que pode durar anos ou até décadas, durante o qual o hospedeiro não apresenta sintomas enquanto o processo silencioso e inexorável de conversão da proteína se desenrola. Mas, uma vez que os sintomas aparecem, a doença progride com velocidade aterrorizante, frequentemente levando à morte em questão de meses.

O espectro das doenças priônicas é amplo e perturbador. Em humanos, a forma mais comum é a doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), que tipicamente aparece esporadicamente, sem causa conhecida, em cerca de uma pessoa por milhão no mundo todo a cada ano. Outras formas humanas incluem a síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (SGSS) e a insônia familiar fatal (IFF), que são hereditárias, resultando de mutações no gene que codifica a proteína priônica. Então há o kuru, uma doença que devastou o povo Fore de Papua Nova Guiné e foi transmitida através de canibalismo ritualístico, fornecendo a primeira evidência concreta de que essas doenças cerebrais humanas podiam ser infecciosas.

Animais também sofrem suas próprias versões desses males. O scrapie (tremor), uma doença de ovelhas e cabras reconhecida desde o século XVIII, foi a primeira EET a ser identificada e recebeu esse nome pela tendência dos animais afetados a raspar compulsivamente a lã contra cercas ou postes. Em tempos mais recentes, duas outras doenças priônicas animais capturaram a atenção e a preocupação do público. A encefalopatia espongiforme bovina (EEB), ou "doença da vaca louca", surgiu no Reino Unido na década de 1980, espalhando-se pelo gado através de ração contaminada. Sua subsequente transmissão a humanos, causando uma nova doença batizada de DCJ variante (DCJv), desencadeou uma grande crise de saúde pública, reformulou políticas de segurança alimentar e revelou o potencial assustador dos príons para saltar a barreira das espécies. Na América do Norte, a doença de desgaste crônico (DDC) continua a se espalhar insidiosamente por populações de cervos, alces e alces-canadenses, levantando preocupações sobre seu impacto potencial nos ecossistemas e possíveis riscos à saúde humana.

No centro de toda esta saga está uma única proteína, conhecida como proteína priônica (PrP). Em sua forma normal e celular, denotada PrP^C, é um componente inofensivo, e possivelmente até útil, de nossas células, particularmente no sistema nervoso, embora sua função precisa permaneça um tanto enigmática. O vilão da história é a PrP^Sc (nomeada em referência ao scrapie), a isoforma mal dobrada causadora da doença. Estas duas versões são quimicamente idênticas, compostas pela mesma cadeia exata de aminoácidos. A única diferença reside em sua forma tridimensional, ou conformação. A PrP^C é rica em estruturas chamadas alfa-hélices, enquanto a patogênica PrP^Sc é dominada por folhas-beta.

Esta diferença estrutural é tudo. A PrP^Sc rica em folhas-beta é incrivelmente estável e resistente à degradação. Enquanto proteínas normais são constantemente recicladas pela célula, a PrP^Sc resiste à quebra por enzimas chamadas proteases. Isso permite que se acumule, formando aglomerados e longas fibrilas amiloides que são tóxicas para neurônios e levam ao dano espongiforme característico. Crucialmente, a PrP^Sc atua como um molde. Quando encontra uma molécula de PrP^C normal, ela de alguma forma induz a proteína saudável a abandonar sua forma normal e se redobrar na conformação perigosa de PrP^Sc. Isso desencadeia uma reação em cadeia, uma cascata lenta mas implacável de dobramento incorreto que se espalha de uma proteína para outra, eventualmente sobrecarregando o cérebro.

A existência de príons forçou uma reavaliação completa do que constitui um agente infeccioso. Diferentemente de vírus ou bactérias, os príons são surpreendentemente resistentes a métodos que normalmente destruiriam patógenos. Eles podem resistir à fervura, desinfetantes convencionais e até níveis de radiação que obliterariam DNA ou RNA viral. Esta dureza incrível apresenta desafios profundos para a saúde pública, desde a esterilização de instrumentos cirúrgicos até a segurança de transfusões de sangue e transplantes de órgãos. A transmissão iatrogênica da DCJ através de ferramentas neurocirúrgicas contaminadas ou preparações de hormônio de crescimento humano derivadas de indivíduos falecidos serve como um lembrete severo desses riscos.

Uma das implicações mais profundas e de longo alcance da pesquisa sobre príons se estende além das raras EETs. Cientistas reconheceram que o mecanismo de uma proteína mal dobrada desencadear uma cascata de dobramento incorreto adicional não é exclusivo das doenças priônicas. Este mecanismo "do tipo priônico" agora se acredita desempenhar um papel fundamental em uma série de distúrbios neurodegenerativos mais comuns e devastadores. As placas de proteína amiloide-beta e os emaranhados de proteína tau que caracterizam a doença de Alzheimer, e os corpos de Lewy compostos de alfa-sinucleína encontrados na doença de Parkinson, todos parecem se espalhar pelo cérebro de maneira semelhante, autopropagadora. Embora essas doenças não sejam consideradas infecciosas da mesma forma que a DCJ ou o kuru, entender o paradigma priônico oferece uma poderosa nova lente através da qual ver sua patologia e uma via promissora para desenvolver estratégias terapêuticas inovadoras.

Este livro visa guiá-lo por este mundo complexo e fascinante. Começaremos mergulhando no cerne do conceito de príon, explorando a hipótese da proteína-somente e a estrutura e função das proteínas priônicas normais e patológicas. Em seguida, percorreremos toda a paisagem das doenças priônicas humanas e animais, da curiosidade histórica do kuru ao desafio contínuo da doença de desgaste crônico. Os capítulos subsequentes mudarão o foco para as práticas de viver em um mundo onde príons existem. Examinaremos o diagnóstico clínico dessas doenças elusivas, observando as técnicas avançadas de imagem e ensaios de biomarcadores que oferecem esperança para detecção mais precoce. Enfrentaremos as questões de saúde pública, incluindo epidemiologia, transmissão e a importância crítica da descontaminação. Finalmente, voltaremos-nos para o futuro, examinando o estado atual do desenvolvimento terapêutico, da imunoterapia à descoberta de fármacos, e contemplando as dimensões éticas e sociais dessas doenças únicas.

A história dos príons é um conto de heresia científica tornando-se fato estabelecido. É a história de um patógeno que é ao mesmo tempo parte de nós e um invasor estrangeiro implacável, um Dr. Jekyll e Mr. Hyde molecular. É uma ilustração contundente de como uma mudança sutil na forma de uma proteína pode desencadear uma cascata de destruição, um processo que não é apenas central para um grupo de doenças raras e assustadoras, mas também pode conter a chave para entender alguns dos flagelos neurológicos mais comuns da humanidade.

A história do prião é uma aula magistral de revolução científica, uma narrativa de como uma única ideia audaciosa pode virar de cabeça para baixo décadas de dogma biológico estabelecido. Ela começa não em um laboratório moderno e reluzente, mas nos campos assolados pelo vento da Europa do século XVIII, com pastores observando uma doença estranha e fatal em seus rebanhos. Chamaram-na de scrapie (tremor), um nome que capturou vividamente o sintoma principal: uma coceira agonizante que compelia as ovelhas a raspar a lã contra tudo o que encontravam. A doença era implacavelmente progressiva, levando a tremores, tropeços e, eventualmente, à morte. Durante séculos, foi uma curiosidade veterinária, sua causa um mistério completo. No século XX, os cientistas haviam estabelecido que o scrapie era transmissível, mas a natureza do agente infeccioso era profundamente desconcertante.

As primeiras investigações sobre o scrapie e doenças humanas relacionadas, como o kuru e a doença de Creutzfeldt-Jakob, foram enquadradas pela virologia da época. Os longos períodos de incubação, às vezes durando anos ou até décadas, levaram o cientista islandês Björn Sigurðsson a cunhar o termo "vírus lento" na década de 1950. Era uma explicação plausível e confortável. Ajustava-se à linha do tempo das doenças e invocava uma classe conhecida de patógeno. O único problema era que ninguém conseguia encontrar o vírus. Apesar de intensos esforços, nenhuma partícula viral pôde ser isolada dos cérebros de animais ou humanos afetados. Além disso, o agente responsável por essas encefalopatias espongiformes transmissíveis (EETs) exibia uma resistência bizarra e quase sobrenatural a tratamentos que deveriam obliterar qualquer patógeno convencional. Sobreviviam à fervura, ao formol e a outros desinfetantes agressivos. Era um enigma que sugeria algo inteiramente novo.

A primeira grande rachadura na teoria do "vírus lento" veio de uma série de experimentos elegantes conduzidos na década de 1960 por uma radiobiologista baseada em Londres chamada Tikvah Alper. Alper e seus colegas pegaram amostras de tecido cerebral infectado por scrapie e as bombardearam com radiação ionizante e ultravioleta (UV). Eles raciocinaram que isso permitiria deduzir o tamanho e a natureza do agente infeccioso. Os resultados foram surpreendentes. O agente do scrapie era extraordinariamente resistente à radiação ionizante, sugerindo que era incrivelmente pequeno, talvez pequeno demais para ser um vírus. Ainda mais reveladora foi sua reação à luz UV. A radiação UV em um comprimento de onda de 260 nanômetros é particularmente eficaz em danificar ácidos nucleicos (DNA e RNA), a base genética de toda a vida conhecida, incluindo vírus. No entanto, esse comprimento de onda específico teve efeito notavelmente pequeno na capacidade do agente do scrapie de transmitir a doença. Era, nas palavras de Alper, efetivamente transparente ao UV germicida. Essa era uma pista profunda de que o agente poderia não possuir um genoma de ácido nucleico.

Por volta da mesma época, o pesquisador veterinário Iain Pattison, do Conselho de Pesquisa Agrícola da Grã-Bretanha, também estava minando a sabedoria convencional. Ele demonstrou que o scrapie podia ser transmitido através de extratos cerebrais parcialmente purificados e notou a incrível tenacidade do agente, sobrevivendo a tratamentos que destruiriam vírus. Em uma sugestão notavelmente premonitória, ainda que talvez levemente irônica, ele especulou que o agente poderia ser algo diferente de um vírus, talvez até um polissacarídeo autorreplicante. A percepção-chave era que a infectividade parecia inextricavelmente ligada a um componente proteico do próprio hospedeiro. As evidências se acumulavam: o agente do scrapie era pequeno, era resistente, e parecia desafiar a regra fundamental de que a vida requer genes para se replicar.

Esse era o estado das coisas quando um jovem neurologista americano chamado Stanley Prusiner entrou no campo em 1972. Seu interesse foi despertado por um paciente que tratava e que estava morrendo de doença de Creutzfeldt-Jakob (DCJ), uma encefalopatia espongiforme humana. Fascinado e perturbado pela natureza misteriosa da doença de seu paciente, Prusiner dedicou sua carreira a isolar e identificar o agente infeccioso. Montou um laboratório na Universidade da Califórnia, São Francisco, e embarcou no que se tornaria um esforço meticuloso de uma década para purificar o agente do scrapie dos cérebros de milhares de hamsters infectados.

A tarefa era monumental. Prusiner e sua equipe tiveram que desenvolver um bioensaio mais eficiente para medir a infectividade — essencialmente, cronometrar quanto tempo levava para os hamsters desenvolverem sintomas após serem inoculados com frações cerebrais progressivamente mais purificadas. Esse bioensaio, embora lento e trabalhoso, era a bússola crucial que guiava sua busca bioquímica. Eles submeteram o material infeccioso a uma bateria de tratamentos, rastreando meticulosamente quais procedimentos reduziam sua capacidade de causar doença.

Repetidas vezes, os resultados apontavam na mesma direção. Procedimentos conhecidos por degradar ou destruir proteínas, como tratamento com enzimas chamadas proteases ou certos detergentes, consistentemente reduziam a infectividade das amostras. Por outro lado, tratamentos projetados para destruir ácidos nucleicos, incluindo várias nucleases e exposição a íons de zinco, não tinham efeito. A conclusão, embora radical, estava se tornando inescapável. O agente infeccioso não era um vírus, uma bactéria ou qualquer outra forma de vida convencional. Sua infectividade dependia de proteína.

Em um artigo marcante de 1982 publicado na revista Science, Prusiner propôs um nome para esse novo patógeno e uma hipótese para explicar sua existência. Cunhou o termo "prião" (prion), uma palavra-valise de "partícula infecciosa proteinácea" (proteinaceous infectious particle), para distingui-lo de vírus e viroides (que são moléculas de RNA infecciosas). O nome era cativante, controverso e destinado a perdurar. Ele o pronunciou deliberadamente como "pri-on" para diferenciá-lo do nome de uma ave marinha. Mais importante, ele articulou formalmente a "hipótese da proteína-somente". Essa hipótese propunha que o prião era uma forma aberrante de uma proteína normal que podia se autorreplicar na ausência de qualquer ácido nucleico.

A hipótese da proteína-somente foi uma heresia científica. Voava na cara do dogma central da biologia molecular, que afirma que a informação genética flui dos ácidos nucleicos para as proteínas, e nunca no sentido inverso. A ideia de que uma proteína poderia atuar como agente infeccioso, carregando informação e forçando outras proteínas a copiar sua forma, era vista por muitos como absurda. A comunidade científica reagiu com ceticismo intenso e, em muitos casos, hostilidade aberta. Prusiner foi criticado por ter cunhado um novo termo para um agente que ainda não havia purificado completamente. Muitos pesquisadores estabelecidos no campo permaneciam convencidos de que um "vírus lento" oculto ainda era o verdadeiro culpado e que a proteína de Prusiner era meramente um subproduto patológico da infecção, não sua causa.

Apesar da reação adversa, a hipótese da proteína-somente fazia uma previsão clara e testável. Se o prião fosse de fato uma versão mal dobrada de uma proteína normal do hospedeiro, então um gene para essa proteína deveria existir no próprio genoma do hospedeiro. Uma busca foi lançada pelo grupo de Prusiner e por outros laboratórios, mais notavelmente o do biólogo molecular Charles Weissmann. Em 1985, eles acertaram em cheio. Identificaram e clonaram com sucesso o gene que codifica a proteína priônica (agora conhecido como PRNP em humanos). A descoberta decisiva foi que esse gene estava presente não apenas em animais infectados por scrapie, mas também em animais e humanos saudáveis, não infectados.

Foi um momento crucial. O agente infeccioso não era um invasor estrangeiro com seus próprios genes únicos. Em vez disso, o problema residia em uma das próprias proteínas do corpo. Essa descoberta permitiu que os cientistas finalmente distinguissem as duas versões da proteína. A forma normal e saudável, encontrada na superfície das células (particularmente neurônios), foi designada PrP^C (Proteína Priônica Celular). A isoforma infecciosa, causadora da doença, foi nomeada PrP^Sc (Proteína Priônica do Scrapie).

Com o gene em mãos, os pesquisadores puderam começar a caracterizar as diferenças entre as duas proteínas. Quimicamente, eram idênticas, compostas pela mesma sequência exata de aminoácidos. A diferença era inteiramente conformacional — uma divergência em sua forma tridimensional dobrada. A PrP^C é predominantemente composta por estruturas flexíveis e em laço chamadas alfa-hélices. A patogênica PrP^Sc, em contraste gritante, é largamente composta por estruturas rígidas e achatadas conhecidas como folhas-beta. Essa mudança estrutural altera dramaticamente as propriedades da proteína. Enquanto a PrP^C é solúvel em detergentes e facilmente decomposta por proteases, a PrP^Sc é insolúvel e teimosamente resistente à digestão por proteases. Essa resistência a proteases se tornaria um marcador bioquímico crítico para detectar a presença da isoforma causadora da doença em amostras de tecido.

A prova final e definitiva para a hipótese da proteína-somente veio do campo nascente da engenharia genética. O laboratório de Charles Weissmann assumiu a liderança em um experimento marco. Eles criaram camundongos transgênicos nos quais o gene PRNP havia sido completamente removido, ou "eliminado" (knocked out). Esses camundongos knockout para PrP eram anatomicamente normais e saudáveis, sugerindo que a proteína priônica não era essencial para a sobrevivência básica, pelo menos em ambiente de laboratório. O teste crucial veio quando esses camundongos knockout foram injetados com uma dose potente de PrP^Sc infecciosa. O resultado foi inequívoco: os camundongos não adoeceram. Eram completamente resistentes ao scrapie e não propagavam priões em seus cérebros. Isso provou, além de qualquer dúvida razoável, que a PrP^C do próprio hospedeiro era absolutamente necessária para o desenvolvimento da doença. A PrP^Sc infecciosa precisava de um suprimento de PrP^C normal para converter.

Experimentos adicionais cimentaram essa conclusão. Quando tecido cerebral normal contendo PrP^C foi enxertado nos cérebros de camundongos knockout, apenas o tecido enxertado pôde ser infectado e destruído pelos priões; o tecido cerebral circundante, deficiente em PrP, permaneceu ileso. Isso demonstrou que a expressão de PrP^C era necessária para os efeitos tóxicos dos priões nos neurônios. A evidência era agora avassaladora: a informação genética para o prião estava codificada em um gene do hospedeiro, e a propagação da doença dependia da presença da proteína do hospedeiro.

Ainda assim, um desafio final permanecia para a hipótese da proteína-somente, uma façanha frequentemente chamada de "santo graal" da pesquisa sobre priões: criar priões infecciosos em um tubo de ensaio usando apenas componentes proteicos puros e sintéticos. Isso eliminaria qualquer possibilidade de que um ácido nucleico viral oculto e contaminante fosse responsável pela infectividade. Tentativas iniciais falharam, mas no início dos anos 2000, vários grupos, incluindo o de Prusiner, finalmente tiveram sucesso. Conseguiram pegar a proteína priônica recombinante, fabricada em bactérias, e submetê-la a condições que a faziam se dobrar incorretamente no estado agregado, rico em folhas-beta, da PrP^Sc. Quando esse material puramente sintético foi injetado em animais, produziu uma doença neurodegenerativa fatal e transmissível.

Esses estudos de propagação in vitro, particularmente aqueles usando técnicas como Amplificação Cíclica de Dobramento Incorreto de Proteína (PMCA), cumpriram formalmente uma versão moderna dos postulados de Koch para um agente baseado em proteína. Tornou-se possível gerar o agente infeccioso a partir de componentes definidos e mínimos, provando que a conformação de uma proteína por si só podia ser patogênica e infecciosa. O debate de décadas estava efetivamente encerrado.

Em 1997, Stanley Prusiner recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por sua descoberta de "priões — um novo princípio biológico de infecção". Foi uma vindicação para uma teoria que havia sido descartada como herética e para um cientista que enfrentou anos de ceticismo e controvérsia. A jornada de uma doença estranha de ovelhas à validação de um conceito revolucionário remodelou nossa compreensão de infecção, hereditariedade e da natureza fundamental da própria doença.