Choroby prionowe Anna Gójska

Choroby prionowe (=pasażowalne encefalopatie gąbczaste = TSE): Ludzkie: - Kuru - Choroba Creutzfelda-Jakoba : samoistna (sporadyczna) = sCJD przepasażowna (jatrogenna) = jCJD rodzinna = fCJD wariant CJD = vCJD - Choroba Gerstmanna-Sträusslera- Scheinkera (GSS) - Śmiertelna rodzinna bezsenność (FFI) (- Rodzinna postępująca glioza podkorowa) (- Zespół Alpersa)

Wszystkie powyższe choroby zawsze kończą się śmiercią !!! Leczenie jest wyłącznie objawowe.

Zwierzęce: - scrapie ( owce, kozy, muflony) - encefalopatia gąbczasta bydła (choroba szalonych krów, BSE) i jej odpowiedniki dla: antylop i kotowatych - przewlekła choroba wyniszczająca jeleni i łosi ( w USA) - pasażowalna encefalopatia norek - encefalopatia gąbczasta kotów (domowych)

Tło historyczne < 1730 r.- Wlk. Brytania – znano scrapie = rickets, goggles 1936 r. – Cuille i Chelle dowiedli zakaźnego charakteru scrapie 1957 r. – D.C.Gajdusek (Nobel 1976r.) odkrywa pierwsze przypadki kuru 1966 r. – przepasażownie kuru na szympansy 1968 r. – przepasażowanie CJD na naczelne 1982 r. – sformułowanie hipotezy prionu – B.S. Prusiner ( wcześniejsza hipoteza – „wirus powolny” ) 1986 r. – odkrycie FFI

Etiopatogeneza PRION = proteinaceous infectious particle = PrP wykryty w 1982 białko (sialoglikoproteina), - 2 izofromy: PrPc – izoforma komórkowa (prawidłowa) PrPSc – izofroma „scrapie” (infekcyjna) - zamienne symbole: PrPres, PrPd, Sc - wszechobecne w świecie zwierząt gen kodujący = PRNP ( u człowieka ), chr. 20

PrPc 253 aminokwasy występuje w wielu tkankach organizmu 22 aminokwasy N-końcowe – służą za sygnał peptydowy dla translokacji białka przez błonę fragment C-końcowy tworzy 3 helisy α i 2 krótkie przeciwrównoległe nici β jest przyczepione do powierzchni komórki za pomocą kotwicy glikozylofofatydyloinozytolowej (GPI), znajdującej się na końcu C łańcucha ma 2 miejsca N-glikozylacji: Asp 181 i 197 (nieobowiązkowe)

PrPc produkowane w ER, przechodzi przez aparat Golgiego (modyfikacje potranslacyjne), na zewnętrznej powierzchni komórki przyczepione za pomocą GPI niektóre cząsteczki stale krążą między powierzchnią komórki a szlakiem endocytozy (60 min -1 cykl) – miejsce konwersji do PrPSc niektóre cząsteczki (<10%) lokalizują się przezbłonowo, wystając na zewnątrz: N-końcem = NtmPrP C-końcem = CtmPrP

CtmPrP mutacje (transgeniczne myszy) w zakresie odcinka przezbłonowego - wzrost odsetka CtmPrP nawet do 20-30% ↓ rozwój choroby neurodegeneracyjnej podobnej do scrapie BEZ obecności PrPSc !!! udział w patogenezie PrPSc (?)

PrPc okres półtrwania = 5 h 10% nowo utworzonych cząsteczek – degradacja w cytozolu - udział w patogenezie PrPSc (?) ↓ zaburzenia proteasomów akumulacja zagregowanych, nie glikolizowanych postaci PrP, wykazujących cechy PrPSc

PrPc – funkcje biologiczne (?) homeostaza wapnia regulacja presynaptycznych stężeń miedzi aktywność i lokalizacja neuronalnej syntazy NO (nNOS) transmisja sygnałów na powierzchni komórki adhezja komórek

PrPSc PrP33-35Sc ma ►identyczne z PrP33-35c: sekwencję aminokwasową kotwicę fosfatydyloinozytolową ulega identycznym modyfikacjom potranslacyjnym ►zupełnie różne : właściwości fizyko-chemiczne ↓ 1. jest częściowo oporne na działanie proteinazy K – z PrP33-35Sc powstaje „rdzeń” = PrP27-30, który tworzy SAP (scrapie-associated fibrills) lub inaczej „prion rods”

PrPSc 2. ma konformację głównie β-kartki (PrPc – trzy α-helisy i dwie β-kartki) Konwersja PrPc do PrPSc następuje po ponownym wejściu cząsteczki do komórki poprzez jamkowte domeny lub wyłożone klatryną zagłębienia. ALE JAK ?!!!

Hipotezy konwersji i propagacji PrP model polimeryzacji ( tworzenie się ziaren – ośrodków agregacji powodujących zmianę konformacji kolejnych cząsteczek PrPc) hipoteza szablon – pomocnik (template-assistance) / hipoteza heterodimerów (PrPc wiąże się z PrPSc lub nieprawidłowo sfałdowaną PrP*(heterodimer), zostaje przeksztcone do PrPSc – powstaje homodimer, który się rozłącza aby utworzyć kolejne heterodimery) model pośredni (nieco zmienione cząsteczki tworzą niestabilną formę przejściową, która jest następnie stabilizowana poprzez interakcje między cząsteczkowe )

Mechanizmy neurotoksyczności prionów (?) indukcja apoptozy - hipoteza uzyskania funkcji → akumulacja PrPSc jest pośrednio (np. aktywacja mikrogleju przez PrPSc)/ bezpośrednio (tworzenie CtmPrP i zmiana właściwości błony) toksyczna dla neuronu - hipoteza utracenia funkcji→ zamiana izoformy PrPc na PrPSc powoduje zmniejszenie ilości funkcjonalnego PrPc (spadek odporności na stres oksydacyjny) zaburzenie glikozylacji PrP zaburzenia metabolizmu PrP (tworzenie się CtmPrP / nieprawidłowa aktywność chaperonów / cząsteczki RNA stymulujące amplifikację PrPres / neurotoksyczny wpływ akumulacji cytosolowej formy PrP)

Genetyka chorób prionowych ekspresja genu PrP (PRNP u człowieka) jest ściśle regulowana ,ale nie wzrasta znacznie w przypadku chorób prionowych ekspresja jest konstytutywna, ale najsilniej wyrażona w mózgu, słabiej w sercu i płucach, najsłabiej w śledzionie obecność przynajmniej jednego allelu jest niezbędna dla możliwości zaistnienia choroby polimorfizm – podatność na choroby prionowe mutacje – wrodzone choroby prionowe

Mutacje jak dotąd wykryto ponad 20 mutacji punktowych i kilka insercji, hipotezy wpływu mutacji na rozwój choroby: destabilizacja α-helisy i jej podatność na przekształcenie do nici β mutacja ułatwia interakcję między PrPc a PrPSc

heterozygotyczny :129 Met Val – „chroniący” (50%) Polimorfizm kodon 129 – zależność między genotypem a : - podatnością na sporadyczne i jatrogenne formy chorób prionowych - ekspresją fenotypu w przypadku jednoczesnego zaistnienia mutacji w obrębie genu PRPN - w kaukaskiej populacji dominuje genotyp heterozygotyczny :129 Met Val – „chroniący” (50%) - genotypy „podatności”: 129 Met Met (38%) 129 Val Val (12%) - wszystkie przypadki vCJD – 129Met Met !!! (nadekspresja genu PRNP spowodowana polimorfizmem regionu promotorowego – sCJD) (polimorfizm w zakresie innych genów (doppel), poza PRNP – szczególnie w przypadku postaci sporadycznych (?) )

Doppel 25% sekwencji aminokwasów identyczna z PrPc jest białkiem (179 aa.) kodowanym przez gen PRND, zlokalizowanym 16 kb za genem PRNP gen PRND także wykazuje polimorfizm – związek poszczególnych gentypów ze zmianami neurodegeneracyjnymi -? 25% sekwencji aminokwasów identyczna z PrPc funkcje – regulator funkcji akrosomów i męskiej gametogenezy u dojrzałych myszy znajduje się w sercu, gruczole mlekowym, śledzionie, jądrach i tylko w niewielkich ilościach w mózgu nie ma właściwości wzmagania propagacji PrPSc

Shadoo białko podobne do PrP, zbudowane z 130-150 aa. kodowane przez gen SPRN, zlokalizowanym : 10q 26.3, ma 2 egzony zasugerowano, iż odpowiedzialne jest za maskowanie fenotypowe ablacji genu PRNP, poprzez przejmowanie funkcji PrP (myszy)

Patomorfologia neuropatologiczny wyznacznik: zmiany gąbczaste ( zmiany mikrotorbielkowate albo zlewające się wakuole w neuropilu, zmiany mogą być rozlane lub ogniskowe, głównie w strukturach korowych i podkorowych, w mniejszym stopniu w pniu mózgu, →w móżdżku – typowe zmiany w warstwie drobinowej - utrata neuronów w warstwie ziarnistej ) W przypadku niektórych TSE zmiany gąbczaste mogą być skąpe lub nie występować (postacie wrodzone – GSS i FFI)

Patomorfologia utrata neuronów najbardziej narażone jest podgrupa neuronów GABA ergicznych względnie niezmienione pozostają hipokamp i zakręt zębaty (ale homozygoty 129Val Val są bardziej podatne na degenerację w tych obszarach!) mikro – i astroglioza (niekiedy nawet w postaci reakcji gemistocytarnej)

Patomorfologia złogi PrPSc wykrywane immunohistochemicznie lub za pomocą Western-blott, w postaci: nieregularne/ periwakuolarne otaczające zmiany gąbczaste rozlane synaptyczne okołoneuronalne typu plaki – jednordzeniowe (kuru) - wielordzeniowe (GSS) - mogą się tworzyć także w rdzeniu, w nerwach obwodowych i poza OUN (w mięśniach szkieletowych), w otoczeniu komórek dendrytycznych i makrofagów w ścianach naczyń

Patomorfologia PrPSc w badaniach immunoreaktywnych – standard dla definitywnej diagnozy TSE szczególnie w móżdżku – różnicowanie poszczególnych podtypów danej choroby (sCJD) immunorektywność PrP obserwowano także wewnątrz neuronów: - typ rozlany * - duże wtręty cytoplazmatyczne w rozdętych neuronach - liczne małe wtręty cytoplazmatyczne (genetyczne TSE) - somato-synaptyczne

Kuru pierwsza choroba neurodegeneracyjna określona jako pasażowalna encefalopatia gąbczasta, po raz pierwszy opisana przez Gadjuska w 1957r. dotyczyła jedynie członków plemienia Fore zamieszkujących w Górach Wschodnich (Eastern Highlands) Papua Nowej Gwinei (i tych plemion, które łączyły się z Fore przez małżeństwa)

„kuru” w języku Fore = drżeć z zimna / gorączki choroba dotyczyła prawie wyłącznie kobiet i dzieci, mężczyźni chorowali rzadko choroba szerzyła się poprzez obrzędy endokanibalistyczne (spożywanie ciała swoich krewnych jako część rytuału pogrzebowego; lub … po prostu dla mięsa – obserwacje Shirley Lindebaum) wg. członków Fore, kuru było efektem czarnoksięstwa – czarnoksiężnik był brutalnie zabijany w czasie obrzędu = tukabu; większość „złych magów” stanowili mężczyźni – wyrównanie „niedoboru” kobiet zdziesiątkowanych przez chorobę

obraz kliniczny zawsze śmiertelna ataksja móżdżkowa, której towarzyszą: drżenie, ruchy mimowolne o typie pląsawiczych/atetotycznych oraz nietrzymanie moczu i kału 3 fazy: chory jeszcze chodzi chory może siedzieć terminalna + okres prodromalny: bóle głowy i kończyn (stawów), brzucha i utrata masy ciała,

- chód staje się niepewny, przechodzi w nasiloną ataksję i abazję - delikatne drżenie w obrębie tułowia → „drżenie z zimna”, potem chwianie - próby utrzymania równowagi – kurczowe przytrzymywanie się gruntu za pomocą szponowato zgiętych palców stóp - może pojawić się poziomy oczopląs - odruch podeszwowy zawsze zgięciowy - klonus rzepki (zawsze obecny), ew. klonus stopy

2.- zaczyna się gdy pacjent nie jest w stanie chodzić bez trwałego podparcia, kończy się gdy nie jest w stanie siedzieć bez podparcia - postępowanie objawów: niestabilność postawy, nasilona ataksja, grubofaliste drżenie, dyzartria 3. – pacjent całkowicie unieruchomiony - nie trzyma moczu i kału - pojawia się ciężka dysfazja -NIE występuje otępienie

obraz kliniczny bardzo jednolity, zmiany w mózgu – zmienność nasilenia brak jest otępienia lub pojawia się w bardzo zaawansowanych stadiach (podobnie jak w jCJD i vCJD), ale: - prymitywne odruchy : ssania, gryzienia, chwytny - zmiany nastroju (od euforii do depresji) - przymusowy śmiech lub płacz („śmiejąca się śmierć”)

neuropatologia makroskopowo: niektóre mózgi były obrzęknięte a opony przekrwione mikroskopowo: zmiany głównie w móżdżku, jądrach mostu, wzgórzu i rdzeniu głębsze warstwy kory bardziej zmienione liczne neurony obkurczone i hiperchromatyczne lub blade z rozproszoną substancją Nissla / wakuolami cytoplazmatycznymi prążkowie: - niektóre neurony – „wygryzione przez mole” (daleko posunięta wakuolizacja) - neuronofagia

móżdżek: - struktury torpedy i „pustych koszyków” w warstwie komórek Purkinje’go - kilka neuronów dwujądrzastych - najbardziej zmienione chorobowo: robak i płat kłaczkowo-grudkowy rdzeń przedłużony: - najbardziej zmienione – jądra przedsionkowe i jądro klinowate rdzeń: zmiany głównie w drogach korowo-rdzeniowych i rdzeniowo-móżdżkowych

rozlana proliferacja astro- i mikrogleju – rozety plaki kuru (najwięcej w warstwie ziarnistej móżdżku, jądrach podstawy, wzgórzu i korze mózgu) złogi PrPd w okolicy synaps i okołoneuronalnie (w największym stopniu- substantia gelatinosa rdzenia) zmiany gąbczaste (warstwy III-V kory zakrętu obręczy, płatów potylicowych, kory węchowej, wyspy i zakrętu hipokampa; pokrywa, jądro ogoniaste, móżdżek, rdzeń przedłużony)

Choroba Creutzfelda-Jakoba samoistna (sporadyczna) = sCJD przepasażowna (jatrogenna) = jCJD rodzinna = fCJD wariant CJD = vCJD

epidemiologia (sCJD i fCJD) 0,5 -1 / 1 mln populacji ogólnej średni wiek zachorowania : 65 lat występuje na całym świecie fCJD = 10-15% sCJD neuropatologia zmiany gąbczaste ( wakuole) w głębokich warstwach kory zaniki neuronów nasilona reakcja astrocytarna – gemistocytarna w 10-15% przypadków – blaszki kuru akumulacja PrP – złogi synaptyczne oraz okołoneuronalne i periwakuolarne

obraz kliniczny mioklonie typowy zapis EEG triada objawów: otępienie występuje w ok. 70% przypadków

objawy prodromalne (ok.30% chorych): - osłabienie, zaburzenia snu (bezsenność, rzadziej nadmierna senność) i jedzenia - w 20% choroba zaczyna się nagle - 2/3 pacjentów – zaburzenia zachowania i deterioracja intelektualna - 2/3 pacjentów – zaburzenia neurologiczne: zab. chodu, podwójne widzenie, utrata wzroku, hemianopsja; - bóle i zawroty głowy, objawy czuciowe, mimowolne ruchy choreoataktyczne, palinopsje

rozwój choroby: - postępujący deficyt neurologiczny: objawy pozapiramidowe i móżdżkowe dominują nad piramidowymi - możliwy: ubytek wszystkich rodzajów czucia jednej połowy ciała, zespół Korsakowa - otępienie (100%) - mioklonie (80%) - typowy zapis EEG (90%) (periodycznie występujące fale wolne i ostre)

- nerwy gałkoruchowe (rzadziej): objaw Parinaud, porażenie nadjądrowe, izolowane porażenia n.VI, rozszerzenie/zwężenie źrenicy - objawy czuciowe : różne parestezje, ośrodkowe zaburzenia słuchowe, smakowe, węchowe możliwe wszystkie rodzaje drgawek, w tym epilepsia partialis continua objawy autonomiczne: zaburzenia apetytu, sfery seksualnej, menstruacji, nawracające epizody nadciśnienia / nadmiernego pocenia się

choroba kończy się śmiercią w ciągu roku u 90% chorych 5% przeżywa do 2 lat 5% to przypadki o powolnym przebiegu

badania dodatkowe PMR – podwyższone stężenie białka 14-3-3 i niekiey podwyższony poziom IgG i oligoklonalnego IgG TK – brak zmian MRI – sygnał prawidłowy/ hipo-/hiperintensywny w obrębie prążkowia i wzgórza; obraz może ewoluować: narastanie hiperintensywności w miarę postępu choroby PET – rozlany / ogniskowy hipometabolizm w płacie skroniowym SPECT – ogniskowy spadek perfuzji znacznika

Molekularna klasyfikacja CJD w zależności od polimorfizmu kodonu 129 PRNP (129Met lub 129Val) – 6 podtypów CJD każdy z podtypów posiada swoje charakterystyczne cechy patomorfologiczne MM1 = klasyczna CJD,(60-70%, w początkowej fazie jednostronne objawy, mioklonie, typowy zapis) MV2 = ataktyczna CJD (15%) VV1 (1%, otępienie, brak typowego zapisu)

jCJD materiał zakaźny: hormon wzrostu (113), gonadotropiny (5)→okres inkubacji:ok.15 lat, zesp.ataktyczny z później dołączającym otępieniem; opona twarda (82), rogówka (3)→1,5-6 lat; zabiegi neurochirurgiczne (4), elektrody stereotaktyczne (2)→kilkanaście miesięcy, klasyczna CJD wśród chorych wyraźnie więcej homozygot kodonu 129

vCJD nowa postać CJD, zdefiniowana w 1996r. jest wynikiem przepasażowania encefalopatii gąbczastej bydła (BSE) na człowieka średni wiek zachorowania: 26 lat (19-41lat) przebieg choroby: 12 miesięcy (7,5-23 mies.)

obraz kliniczny BRAK typowego EEG zaburzenia zachowania (lęk, agresja) jako objawy prodromalne ciągłe dyzestezje i ból w stopach utrzymujący się przez cały okres choroby ataksja (wcześnie) otępienie (późno) BRAK typowego EEG

patomorfologia liczne blaszki amyloidowe otoczone wianuszkiem wakuoli (florid palques) – kora mózgu, możdżku, jądra kresomózgowia, wzgórze, podwzgórze ale również bardzo liczne blaszki kuru i wielordzeniowe, różnej wielkości bezpostaciowe złogi PrP okołokomórkowe i wokół wakuoli w korze mózgu i móżdżku

nasilone zmiany gąbczaste okołoneuronalne i aksonalne depozyty PrP w jądrze ogoniastym i skorupie zaznaczona astrocytoza i utrata neuronów w tylnych jądrach wzgórza i śródmózgowiu akumulacja PrPres w ośrodkach rozmnażania tkanki limfatycznej całego organizmu molekularnie : WSZYSTKIE przypadki 129Met Met

badania dodatkowe MRI : hiperintensywny sygnał w regionie poduszki i tylnego wzgórza (80-90%)

BSE epidemia: - początek końca epidemii w Wlk. Brytanii - podobnie większość krajów europejskich, Izrael i Japonia zaraz potem - Płn. Ameryka – początek epidemii

Śmiertelna rodzinna bezsenność (FFI) została opisana w przypadku jednej 6-pokoleniowej rodziny przez Lugaresi i wsp. początek 37 – 61 r.ż. trwa średnio 13 miesięcy (7- 25 miesięcy) M = K

obraz kliniczny szybko postępująca bezsenność zaburzenia autonomiczne: nadmierna potliwość, podwyższona temperatura ciała, ↑ AS, nadciśnienie zaburzenia endokrynologiczne: zniesienie dobowego rytmu wydzielania GH, stale ↑[ kortyzol ], ↓[ ACTH ] + brak wahań ich rytmu dobowego ataksja mioklonie objawy piramidowe demencja

badania dodatkowe TK i MRI – brak odchyleń PET – wyraźny hipometabolizm w obrębie wzgórza EEG – całkowicie monomorficzny wolny zapis, szybkie przechodzenie od zapisu typowego dla stanu czuwania do zdesynchronizowanego EEG podobnego do fazy REM

przypadki o krótkim przebiegu: - zniesienie typowych faz snu, a pojawianie się krótkich (15-30 sek.) faz snu REM, bez atonii (chory gestykuluje, wydaje dźwięki bez znaczenia, niekiedy bardziej złożone czynności) zaburzeniami oddychania przypadki o długim przebiegu: - wyraźne skrócenie obu faz snu (REM i nREM), potem spadek aktywności wrzecion sennych postepujące zwolnienie zapisu aż do fali theta

Choroba Gerstmanna-Sträusslera- Scheinkera (GSS) choroba znana przez psychiatrów od 1911r. po raz pierwszy opisana w 1928 r. (Gerstmann), potem w 1936 r. przez Gerstmanna, Sträusslera i Scheinkera choroba dziedziczna niezwykle heterogenna w obrazie klinicznym (w zależności od mutacji w genotypie PRNP) cecha wspólna : blaszki wielordzeniowe

102Leu i 129Met – ataksja, dyzartria, obj 102Leu i 129Met – ataksja, dyzartria, obj. piramidowo-pozapiramidowe, później otępienie 117Val – odmiana telencefaliczna: ataksja, otępienie, objawy poza- i piramidowe 105Leu – spastyczna parapareza, potem tetrapareza i otępienie, trwa 12 lat! 217Glu – zaburzenia psychiczne, zespół otępienny, ataksja

145STOP i 129Met – zesp. otępienny przypominający chorobę Alzheimera 198Ser i 129Val – GSS + zwyrodnienie neurofibrylarne (ch. Alzheimera); obajwy wczesne: zaburzenia pamięci, niezgrabny chód, zesp. otępienny, sztywność pozapiramidowa, zaburzenia ruchów gałek ocznych (100%), rozwój choroby: zesp. otępienny z obj. pozapiramidowymi; ewolucja choroby – kilka-12 lat - chorzy z 198Ser129Val Val – pierwsze objawy choroby 10 lat wcześniej niż heterozygoty !!!

Dziękuję za uwagę!