
Príon (português brasileiro) ou prião (português europeu) (a) é um agente infeccioso composto por proteínas com forma aberrante. Tais agentes não possuem ácidos nucleicos (DNA e/ou RNA) ao contrário dos demais agentes infecciosos conhecidos (vírus, bactérias, fungos e parasitas). O termo "prion" (partículas infecciosas proteicas com ausência de ácidos nucléicos) foi cunhado em 1982 por Stanley B. Prusiner através de um amálgama entre as palavras proteinaceous (proteica) e infection (infecção). Os príons são responsáveis pelas encefalopatias espongiformes transmissíveis em uma variedade de mamíferos, incluindo os humanos.
Os príons são um tipo de proteína intrinsecamente desordenada que mudam sua conformação a menos que estejam ligados a um parceiro específico, como outra proteína. Com um príon, duas cadeias de proteínas são estabilizadas se uma se ligar a outra na mesma conformação. A probabilidade de isso acontecer é baixa, mas quando acontece, a combinação das duas é muito estável. Então, mais unidades podem ser adicionadas, formando uma espécie de "fibrila". Os príons formam agregados anormais de proteínas chamados amiloides, que se acumulam em tecidos infectados e estão associados a danos nos tecidos e morte celular. Os amiloides também são responsáveis por várias outras doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer e a doença de Parkinson.
O especialista em radiação Tikvah Alper e o matemático John Stanley Griffith desenvolveram, na década de 1960, a hipótese de que as encefalopatias espongiformes transmissíveis (TSEs) são causadas por um agente infeccioso constituído unicamente por proteínas. Esta hipótese foi formulada para explicar a descoberta que o misterioso agente infeccioso, causador da scrapie e da doença de Creutzfeldt-Jakob, ser resistente à radiação ultravioleta (o UV causa dano direto ao DNA pela excitação de moléculas individuais do polímero de DNA, causando erro ao ser introduzido na seqüência de pares de bases).
Francis Crick reconheceu a potencial importância da hipótese de Griffith para a propagação do scrapie na segunda edição de seu famoso "Dogma Central da Biologia Molecular": embora afirmando que o fluxo da sequência de informações de proteína para proteína ou de proteína para RNA e DNA foi "impedido", ele observou que a hipótese de Griffith era potencialmente contraditória (embora ela não tenha sido somente promovida por Griffith). Uma hipótese revisada foi posteriormente formulada, em parte, para acomodar a descoberta da transcrição reversa por Howard Temin e David Baltimore.
Stanley B. Prusiner, da Universidade da Califórnia, anunciou em 1982 que sua equipe havia purificado o hipotético agente infeccioso, e que tal agente consistia principalmente de uma proteína específica - apesar de ele não conseguir isolar satisfatoriamente a proteína até dois anos depois de seu anúncio. Prusiner conferiu o nome "prion" (proteinaceous infection) ao agente infeccioso, e a proteína específica que compõe o príon foi chamada de "PrP" (Prion Protein), embora esta proteína possa ser encontrada tanto nas formas infecciosas como não infecciosas. Prusiner foi premiado com o Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1997 pela sua pesquisa com príons, mas não sem controvérsia.
Os príons consistem em uma forma mal dobrada da proteína priônica principal (PrP), uma proteína que é uma parte natural do corpo de humanos e outros animais. A PrP encontrada em príons infecciosos tem uma estrutura diferente e é resistente a proteases, as enzimas do corpo que normalmente podem quebrar proteínas. A forma normal da proteína é chamada PrPC, enquanto a forma infecciosa é chamada PrPSc – o C refere-se à PrP 'celular', enquanto o Sc refere-se à 'scrapie', a doença priônica prototípica, que ocorre em ovelhas. A PrP também pode ser induzida a se dobrar em outras isoformas mais ou menos bem definidas in vitro; embora suas relações com as formas patogênicas in vivo sejam frequentemente obscuras, análises estruturais de alta resolução começaram a revelar características estruturais que se correlacionam com a infectividade do príon.
A PrPC é uma proteína normal encontrada nas membranas das células, "incluindo vários componentes sanguíneos, dos quais as plaquetas constituem o maior reservatório em humanos". Tem 209 aminoácidos (em humanos), uma ligação dissulfeto, uma massa molecular de 35–36 kDa e uma estrutura principalmente alfa-helicoidal. Existem várias formas topológicas; uma forma de superfície celular que é ancorada via glicolipídeo, e duas formas transmembranas. A proteína normal não é sedimentável; ou seja, não pode ser separada por técnicas de centrifugação. Tem uma função complexa, que continua sendo investigada. A PrPC liga-se a íons cobre(II) (aqueles em um estado de oxidação +2) com alta afinidade. Acredita-se que essa propriedade desempenhe um papel nas propriedades antioxidantes da PrPC via oxidação reversível dos resíduos de metionina da porção N-terminal em sulfóxido. Além disso, estudos sugeriram que, in vivo, devido à baixa seletividade da PrPC a substratos metálicos, a função antioxidante da proteína fica prejudicada quando em contato com metais diferentes do cobre. A PrPC é facilmente digerida pela proteinase K e pode ser liberada da superfície celular pela enzima fosfoinositídeo fosfolipase C (PI-PLC), que cliva a âncora de glicolipídeo glicofosfatidilinositol (GPI). A PrP desempenha um papel importante na adesão célula-célula e na sinalização intracelular in vivo, e pode, portanto, estar envolvida na comunicação célula-célula no cérebro.

A isoforma infecciosa da PrP, conhecida como PrPSc, ou simplesmente o príon, é capaz de converter as proteínas normais PrPC na isoforma infecciosa, alterando sua conformação, ou forma; isso, por sua vez, altera a maneira como as proteínas interagem. A PrPSc sempre causa doença priônica. A PrPSc tem uma proporção maior de estrutura β-folha no lugar da estrutura normal α-hélice. Várias estruturas de PrPSc derivadas do cérebro, altamente infecciosas, foram descobertas por crio-microscopia eletrônica. Outra estrutura de fibrila derivada do cérebro, isolada de humanos com síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker, também foi determinada. Todas as estruturas descritas em alta resolução até agora são fibras amiloides nas quais as moléculas individuais de PrP são empilhadas via folhas beta intermoleculares. No entanto, arranjos cristalinos 2-D também foram relatados em resolução mais baixa em preparações ex vivo de príons. Nos amiloides priônicos, as âncoras de glicolipídeo e os glicanos ligados à asparagina, quando presentes, projetam-se para fora das superfícies laterais dos núcleos das fibras. Frequentemente, a PrPSc está ligada a membranas celulares, presumivelmente por meio de seu conjunto de âncoras de glicolipídeo; no entanto, às vezes as fibras são dissociadas das membranas e se acumulam fora das células na forma de placas. A extremidade de cada fibra atua como um modelo ao qual as moléculas de proteína livres podem se ligar, permitindo que a fibra cresça. Esse processo de crescimento requer o redobramento completo da PrPC. Cepas diferentes de príons têm modelos ou conformações distintos, mesmo quando compostas por moléculas de PrP da mesma sequência de aminoácidos, como ocorre em um genótipo hospedeiro específico. Na maioria das circunstâncias, apenas moléculas de PrP com uma sequência de aminoácidos idêntica à PrPSc infecciosa são incorporadas à fibra em crescimento. No entanto, a transmissão entre espécies também ocorre raramente.
A proteína semelhante à PrPSc resistente a proteases (PrPres) é o nome dado a qualquer isoforma da PrPC que é estruturalmente alterada e convertida em uma forma mal dobrada resistente à proteinase K. Para modelar a conversão de PrPC em PrPSc in vitro, Kocisko et al. mostraram que a PrPSc poderia causar a conversão da PrPC em PrPres em condições sem células. No entanto, os autores afirmam que seus resultados não descartam o envolvimento de outros constituintes não-PrP, como ácidos nucleicos. Soto et al. demonstraram amplificação sustentada de PrPres (amostra derivada de homogeneizado de cérebro infectado com scrapie) e infectividade priônica por um procedimento envolvendo amplificação cíclica de mal dobramento de proteínas. O termo "PrPres" pode se referir a formas resistentes a proteases da PrPSc, que é isolada de tecido infeccioso e associada ao agente da encefalopatia espongiforme transmissível, ou a outras formas resistentes a proteases da PrP que, por exemplo, podem ser geradas in vitro. Assim, diferentemente da PrPSc, a PrPres pode não ser necessariamente infecciosa.

A função fisiológica da proteína priônica permanece pouco compreendida. Embora dados de experimentos in vitro sugiram muitos papéis diferentes, estudos em camundongos knockout para PrP forneceram apenas informações limitadas, pois esses animais exibem apenas anormalidades menores. Pesquisas em camundongos descobriram que a clivagem da PrP em nervos periféricos causa a ativação do reparo da mielina nas células de Schwann, e que a falta de proteínas PrP causa desmielinização nessas células.
MAVS, RIP1 e RIP3 são proteínas semelhantes a príons encontradas em outras partes do corpo. Elas também se polimerizam em fibras amiloides filamentosas que iniciam a morte celular regulada no caso de uma infecção viral para evitar a propagação de vírions para outras células circundantes. Há evidências de que a PrP e a PrPSc patogênica contribuem para a sensibilidade à ferroptose, uma condição que é aumentada pela expressão de RAC3.
Uma revisão de evidências em 2005 sugeriu que a PrP pode ter uma função normal na manutenção da memória de longo prazo. Além disso, um estudo de 2004 descobriu que camundongos sem os genes para a proteína PrP celular normal apresentam potenciação de longo prazo hipocampal alterada. Um estudo recente que também sugere por que isso pode ser o caso descobriu que a proteína neuronal CPEB tem uma sequência genética semelhante às proteínas priônicas de levedura. A formação semelhante a príon da CPEB é essencial para manter as alterações sinápticas de longo prazo associadas à formação da memória de longo prazo.
Um artigo de 2006 do Whitehead Institute for Biomedical Research indica que a expressão de PrP em células-tronco é necessária para a auto-renovação da medula óssea em um organismo. O estudo mostrou que todas as células-tronco hematopoéticas de longo prazo expressam PrP em sua membrana celular e que os tecidos hematopoiéticos com células-tronco nulas para PrP exibem maior sensibilidade ao esgotamento celular.
Há algumas evidências de que a PrP pode desempenhar um papel na imunidade inata, uma vez que a expressão de PRNP, o gene da PrP, é regulada positivamente em muitas infecções virais e a PrP tem propriedades antivirais contra muitos vírus, incluindo o HIV.


A primeira hipótese que tentou explicar como os príons se replicam de uma maneira apenas proteica foi o modelo heterodímero. Este modelo assumia que uma única molécula de PrPSc se liga a uma única molécula de PrPC e catalisa sua conversão em PrPSc. As duas moléculas de PrPSc então se separam e podem continuar a converter mais PrPC. No entanto, um modelo de replicação de príons deve explicar tanto como os príons se propagam quanto por que seu aparecimento espontâneo é tão raro. Manfred Eigen mostrou que o modelo heterodímero requer que a PrPSc seja um catalisador extraordinariamente eficaz, aumentando a taxa da reação de conversão por um fator de cerca de 1015. Este problema não surge se a PrPSc existir apenas em formas agregadas, como amiloide, onde a cooperatividade pode atuar como uma barreira à conversão espontânea. Além disso, apesar de um esforço considerável, a PrPSc monomérica infecciosa nunca foi isolada.
Um modelo alternativo assume que a PrPSc existe apenas como fibrilas, e que as extremidades das fibrilas se ligam à PrPC e a convertem em PrPSc. Se isso fosse tudo, então a quantidade de príons aumentaria linearmente, formando fibrilas cada vez mais longas. Mas o crescimento exponencial tanto da PrPSc quanto da quantidade de partículas infecciosas é observado durante a doença priônica. Isso pode ser explicado levando-se em conta a quebra das fibrilas. Uma solução matemática para a taxa de crescimento exponencial resultante da combinação de crescimento de fibrilas e quebra de fibrilas foi encontrada. A taxa de crescimento exponencial depende amplamente da raiz quadrada da concentração de PrPC. O período de incubação é determinado pela taxa de crescimento exponencial, e dados in vivo sobre doenças priônicas em camundongos transgênicos correspondem a essa previsão. A mesma dependência da raiz quadrada também é observada in vitro em experimentos com uma variedade de diferentes proteínas amiloides.
O mecanismo de replicação de príons tem implicações para o desenvolvimento de medicamentos. Como o período de incubação das doenças priônicas é tão longo, um medicamento eficaz não precisa eliminar todos os príons, mas simplesmente precisa desacelerar a taxa de crescimento exponencial. Modelos preveem que a maneira mais eficaz de conseguir isso, usando um medicamento com a menor dose possível, é encontrar um medicamento que se ligue às extremidades das fibrilas e as impeça de crescer ainda mais.
Pesquisadores do Dartmouth College descobriram que moléculas cofatoras do hospedeiro endógeno, como a molécula de fosfolipídeo (por exemplo, fosfatidiletanolamina) e poliânions (por exemplo, moléculas de RNA de fita simples) são necessárias para formar moléculas de PrPSc com altos níveis de infectividade específica in vitro, enquanto moléculas de PrPSc apenas proteicas parecem carecer de níveis significativos de infectividade biológica.
As PrPSc são o agente infeccioso por trás de doenças priônica. A proteína PrPSc foi o primeiro príon - isto é, a proteína infecciosa - a ser descoberto e continua a ser o príon por excelência, não apenas por causa de sua preeminência histórica, mas também por causa de sua associação com uma classe única de doenças fatais. A PrPSc é o único prion conhecido até agora por causar epidemias locais e explosões epizoóticas. Essa proteína é uma variante alternativamente dobrada da proteína priônica celular, PrPC, que é uma proteína regular ancorada à GPI e que está presente na superfície celular de neurônios e outros tipos de células.
Através de ressonância magnética (RM) da sequência completa da proteína PrPSc foi observado que a sua sequência de aminoácidos é idêntica à deduzida da sequência do gene da Prn-p, o gene codificador da proteína, eliminando assim qualquer variação na sequência pós-transcricional como uma das possíveis causas das propriedades patogênicas da PrPSc. Além disso, estudos de espectrometria de massa no modelo da PrPSc planejados para revelar qualquer modificação pós-traducional não caracterizada previamente indicaram que, de fato, a PrPSc e a PrPC são quimicamente idênticas. Assim, embora não se possa descartar a possibilidade de que uma pequena fração da PrPSc seja quimicamente modificada então tenha sido eliminada, parece mais provável que a PrPSc e a PrPC difiram apenas quanto às suas estruturas secundárias e/ou terciárias. Infelizmente, a insolubilidade da PrPSc impede que a sua estrutura seja determinada. Entretanto, algumas análises mostram que, de fato, as conformações da PrPSc e da PrPC são bem diferentes. A PrPC tem um alto conteúdo de hélices α (cerca de 40%), mas poucas folhas β (cerca de 3%) (de acordo com as estruturas de seus domínios globulares por RM), enquanto a PrPSc tem um conteúdo menor de hélices α (cerca de 30%), mas um alto conteúdo de folhas β (cerca de 45%). Em um modelo plausível da PrPSc, a sua região N-terminal dobra-se novamente formando uma estrutura chamada β-hélice, em que as folhas do polipeptídeo formam uma hélice voltada para a esquerda, contendo três fitas β paralelas. Apenas as duas hélices C-terminais de PrPC, que estão unidas por uma ligação dissulfeto, mantêm as suas conformações originais. O alto conteúdo de folhas β da PrPSc poderia, presumivelmente, facilitar a agregação da PrPSc em fibrilas amiloides. Fica evidente, então, que a mudança conformacional de PrPC para PrPSc é autocatalítica; isto é, a PrPSc induz a PrPC a se converter em PrPSc.
Nas células, a PrPSc é depositada em vesículas do citosol ao invés de ficar ancorada à superfície da membrana celular como a PrPc. As duas estão sujeitas a uma eventual degradação na célula. Entretanto, embora a PrPC seja completamente degradada, a PrPSc perde somente um segmento N-terminal de 67 resíduos de aminoácidos, formando um núcleo de 27 a 30 kDa resistente à proteólise, conhecido como PrP 27-30, que ainda exibe um alto conteúdo de folhas β. A PrP 27-30 se agrega então para formar as placas amiloides, que parecem ser diretamente responsáveis pela degeneração neuronal característica das doenças causadas por príons.
Proteínas que apresentam comportamento do tipo priônico também são encontradas em alguns fungos, o que tem sido útil para ajudar a compreender os príons de mamíferos. Os príons fúngicos nem sempre causam doenças em seus hospedeiros. Em leveduras, o redobramento de proteínas para a configuração priônica é auxiliado por proteínas chaperonas, como a Hsp104. Todos os príons conhecidos induzem a formação de um dobramento amiloide, no qual a proteína se polimeriza em um agregado que consiste em folhas beta firmemente empacotadas. Os agregados amiloides são fibrilas que crescem em suas extremidades, e se replicam quando a quebra faz com que duas extremidades em crescimento se tornem quatro extremidades em crescimento. O período de incubação das doenças priônicas é determinado pela taxa de crescimento exponencial associada à replicação de príons, que é um equilíbrio entre o crescimento linear e a quebra dos agregados.
Proteínas fúngicas que exibem mudança estrutural modelada foram descobertas na levedura Saccharomyces cerevisiae por Reed Wickner no início da década de 1990. Devido à sua semelhança mecanística com os príons de mamíferos, foram denominadas príons de levedura. Subsequentemente, um príon também foi encontrado no fungo Podospora anserina. Esses príons se comportam de maneira semelhante à PrP, mas, em geral, não são tóxicos para seus hospedeiros. O grupo de Susan Lindquist no Whitehead Institute argumentou que alguns príons fúngicos não estão associados a nenhum estado de doença, mas podem ter um papel útil; no entanto, pesquisadores do NIH também apresentaram argumentos sugerindo que os príons fúngicos poderiam ser considerados um estado de doença. Há evidências de que os príons fúngicos evoluíram funções específicas benéficas para o microrganismo que aumentam sua capacidade de se adaptar aos seus diversos ambientes. Além disso, dentro das leveduras, os príons podem atuar como vetores de herança epigenética, transferindo características para a prole sem qualquer mudança genômica.
A pesquisa sobre príons fúngicos deu forte apoio ao conceito de apenas-proteína, uma vez que foi demonstrado que proteína purificada extraída de células com um estado priônico converte a forma normal da proteína em uma forma mal dobrada in vitro e, no processo, preserva a informação correspondente a diferentes cepas do estado priônico. Também lançou alguma luz sobre os domínios de príons, que são regiões de uma proteína que promovem a conversão em um príon. Os príons fúngicos ajudaram a sugerir mecanismos de conversão que podem se aplicar a todos os príons, embora os príons fúngicos pareçam ser distintos dos príons infecciosos de mamíferos, pois carecem de um cofator necessário para a propagação. Os domínios de príons característicos podem variar entre as espécies — por exemplo, domínios de príons fúngicos característicos não são encontrados em príons de mamíferos.[carece de fontes]
| Proteína | Hospedeiro natural | Função normal | Estado priônico | Fenótipo priônico | Ano identificado |
|---|---|---|---|---|---|
| Ure2p | Saccharomyces cerevisiae | Repressor do catabolismo de nitrogênio | [URE3] | Crescimento em fontes pobres de nitrogênio | 1994 |
| Sup35p | S. cerevisiae | Fator de terminação da tradução | [PSI+] | Aumento dos níveis de supressão de mutações sem sentido | 1994 |
| HET-S | Podospora anserina | Regula a incompatibilidade de heterocário | [Het-s] | Formação de heterocário entre cepas incompatíveis | |
| Rnq1p | S. cerevisiae | Fator de modelagem proteica | [RNQ+], [PIN+] | Promove a agregação de outros príons | |
| Swi1 | S. cerevisiae | Remodelação da cromatina | [SWI+] | Crescimento deficiente em algumas fontes de carbono | 2008 |
| Cyc8 | S. cerevisiae | Repressor transcricional | [OCT+] | Desrepressão transcricional de múltiplos genes | 2009 |
| Mot3 | S. cerevisiae | Fator de transcrição nuclear | [MOT3+] | Desrepressão transcricional de genes anaeróbicos | 2009 |
| Sfp1 | S. cerevisiae | Fator de transcrição putativo | [ISP+] | Antissupressão | 2010 |
| Animais afetados | Doença |
|---|---|
| ovinos, caprinos | Paraplexia enzoótica dos ovinos |
| bovinos | Encefalopatia espongiforme bovina (BSE), [vulgarmente conhecida como doença da vaca louca] |
| marta | Encefalopatia transmissível da marta (TME) |
| Veado-de-cauda-branca, alce, veado-mula | Doença emaciante crônica (CWD) |
| gato | Encefalopatia espongiforme felina (FSE) |
| niala, órix, kudu-grande | Encefalopatia de ungulados exóticos (EUE) |
| avestruz | Encefalopatia espongiforme (Não demonstrou ser transmissível.) |
| Humanos | Doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) |
| Doença de Creutzfeldt–Jakob iatrogênica (iCJD) | |
| Doença de Creutzfeldt-Jakob variante (vCJD) | |
| Doença de Creutzfeldt-Jakob familiar (fCJD) | |
| Doença de Creutzfeldt-Jakob esporádica (sCJD) | |
| Síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) | |
| Insônia familiar fatal (FFI) | |
| Kuru |
Príons causam doença neurodegenerativa por formação de agregados extracelulares dentro do sistema nervoso central que formam placas conhecidas por amilóide, que rompem as estruturas do tecido normal. Este rompimento é caracterizado por "buracos" no tecido que resultam numa arquitetura espongiforme devido a formação de vacúolos nos neurônios. Outras mudanças histológicas incluem a astrogliose e a ausência de uma reação inflamatória. Enquanto o período de incubação das doenças priônicas é geralmente longo, uma vez que os sintomas aparecem, a doença progride rapidamente, levando a danos cerebrais e morte. Os sintomas neurodegenerativos podem incluir convulsões, demência, ataxia e mudanças comportamentais e de personalidade.
Todas as doenças priônicas conhecidas são coletivamente denominadas de encefalopatias espongiformes transmissíveis (TSEs), uma vez que em todas essas doenças os neurônios desenvolvem grandes vacúolos. Ao que se sabe, essas enfermidades não apresentam tratamento e são fatais. Podemos citar alguns exemplos de doenças priônicas: a scrapie (do inglês scrapie: raspar), uma doença neurológica de ovinos e caprinos, assim chamada por causa da tendência que as ovelhas infectadas têm em raspar a lã (eles se esfregam contra as cercas em um esforço de se manter de pé, devido à perda da coordenação muscular); a encefalopatia espongiforme bovina (BSE ou doença da vaca louca), que afeta o gado bovino de forma semelhante; e a kuru, uma doença degenerativa do cérebro que ocorre entre os primitivos habitantes de Papua Nova Guiné (kuru significa tremores) e que é transmitida pelo ritual de canibalismo. Há também uma doença humana esporádica (aparentemente aparece de forma espontânea) com sintomas similares, a doença de Creutzfeldt-Jak.ob (DCJ), uma rara e progressiva desordem cerebelar, que se assemelha e pode ser idêntica à kuru. Além dessas, outras doenças e variantes também foram observadas, conforme vemos na tabela a direta.
Várias espécies de mamíferos são afetadas pelas doenças priônicas, e as proteínas priônicas (PrP) são muito similares em todas elas. Apesar da pequena variação na PrP entre diferentes espécies, é incomum uma doença priônica ser transmitida de uma espécie para outra. Entretanto, a doença de Creutzfeldt-Jakob Variante, conhecida popularmente como doença da vaca louca, é causada por um príon que tipicamente infecta bovinos, causando a encefalopatia espongiforme bovina e é transmitida através da carne infectada.
Proteínas mostrando um comportamento semelhante ao dos príons são também observados em fungos, que tem sido úteis nas pesquisas para compreender os príons mamíferos. Os príons fúngicos aparentemente não causam nenhuma patologia em seus hospedeiros.
Uma vacina tem sido desenvolvida em ratos, uma pesquisa que pode fornecer informações e contribuir para o desenvolvimento de uma vacina humana de resistência à infecção priônica. Adicionalmente, em 2006, cientistas anunciaram que tinham modificado geneticamente bovinos sem o gene necessário para a produção de príons - assim, teoricamente fazendo estes animais imunes a TSE.