Variabilita' ed evoluzione dei prioni: Mutabilita' in vitro
Prion variability and evolution: in vitro studies of prion mutability
Creators: name: Vanni, Ilaria <1986>
Publisher: name: Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Year: 2015
Subjects: VET/06 Parassitologia e malattie parassitarie degli animali

description: I prioni, privi di acidi nucleici, esistono come ceppi e possono mutare, in particolare quando attraversano una barriera di specie. Numerosi studi convergono sulla conclusione che le caratteristiche ceppo-specifiche siano inscritte nella conformazione della PrPSc, con la variabilità di ceppo associata a varianti conformazionali della PrPSc.
In questo studio ci siamo avvalsi del PMCA, tecnica che riproduce in vitro molti aspetti della biologia dei prioni, per mettere a punto condizioni sperimentali di replicazione che permettessero di osservare fenomeni di mutazione e selezione, onde investigare i meccanismi molecolari e di popolazione alla base della mutabilità dei prioni. In condizioni di replicazione eterologa, che mima la trasmissione tra diverse specie, è stato inizialmente possibile identificare un mutante difettivo della scrapie, caratterizzato da una diversa conformazione della PrPSc e capace di replicare in vitro ma non più in vivo. Le condizioni in cui tale mutante è emerso hanno permesso di sviluppare ulteriori ipotesi di lavoro, basate sul concetto della quasi-specie. Impartendo diversi regimi di replicazione e seguendo l’evoluzione di due ceppi, è stato possibile evidenziare fenomeni di mutazione anche in condizioni di replicazione omologa, in assenza di forti pressioni selettive. In entrambi i ceppi sono emerse varianti conformazionali di PrPSc durante passaggi replicativi ad ampia popolazione, mentre le popolazioni sottoposte a ripetuti colli di bottiglia hanno mostrato un rapido declino del tasso di replicazione. Sono stati infine investigati l’efficacia e il potenziale mutageno di molecole anti-prioniche, ottenendo importanti risultati preliminari sull’efficacia di molecole che legano la PrPC. 
Questi risultati evidenziano come la mutabilità sia una caratteristica intrinseca dei prioni e supportano l’idea che i prioni siano molto variabili, similmente alle quasi-specie virali, e perciò adattabili e proni a fenomeni di mutazione e selezione. Tali conclusioni hanno impatto su problematiche sanitarie quali lo studio del potenziale zoonotico e i fenomeni di farmaco-resistenza dei prioni.
description: Despite the absence of a nucleic acid encoding the genetic information, prions exist as strains, that are characterized by distinctive biochemical and biological features and are able to mutate, mostly during inter-species transmissions. It is now widely accepted that different strains are associated with different PrPSc conformations and that the strain variation is due to modification of PrPSc conformation.
Taking advantage of PMCA, an in vitro technique that reproduces several aspects of prion biology, we developed an in vitro set-up to mimic prion strain mutation and selection and to investigate the molecular mechanisms underlying prion mutability.
During heterologous PMCA replications, i.e. that mimic inter-species transmission, a defective scrapie mutant, characterized by a different PrPSc conformation and able to replicate in vitro but not in vivo, was identified. The fact that the defective mutant arose only from an highly diluted inoculum, resembling the emergence of defective genotypes in viral quasi-species population after subsequent plaque-to-plaque transfers or bottleneck events, led us to evaluate prion ability to mutate during homologous PMCA replications and without selective pressure, only submitting prion strains to different passage regimens. In both strains, PrPSc conformational variants were identified only after large population passages, while repeated bottleneck events caused a rapid decline in amplification rates. Lastly, we evaluate the ability of some anti-prion compounds to inhibit PrPSc in vitro amplification and their potential role in inducing drug-resistant prions, pointing out the worth use of PrPC as a therapy target.
The data support the view that mutability is an intrinsic property of prions and that prions constitute quasi-species populations subjected to mutation and selective amplification, thus able to change their “phenotype” in response to changes in the environment. These findings have obvious significant implications in public health, raising concern about the real zoonotic potential of prion strains and TSE therapeutic approaches.