Prion onttroond; Ook een infectieus agens is nodig voor BSE

Prionen zouden de oorzaak zijn van de gekkekoeienziekte. Maar er komen steeds meer aanwijzingen dat nòg een factor een rol speelt. Een virus?

VLEESFRAUDE, twee sterfgevallen en een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Science brachten de gekkekoeienziekte (BSE) en de prionen - tot nu toe de meest waarschijnlijke veroorzakers van BSE - eind vorige week weer in het nieuws. Donderdag kwam een mogelijk grootschalige, illegale handel in Brits rundvlees aan het licht. Via België en de Nederlandse havens zouden honderdduizenden kilo's vlees in landen als Rusland en Egypte terechtkomen. Vrijdag meldde het Britse dagblad The Independent twee slachtoffers. Beiden waren overleden aan de Creutzfeldt-Jakobziekte, en wel aan de variant die waarschijnlijk wordt veroorzaakt door BSE, al is nog niet duidelijk hoe. Het totaal aantal mensen dat is overleden aan deze CJ-variant kwam daarmee op 19. Diezelfde dag verscheen in Science een artikel van Laura Manuelidis, William Fritch en You-Gen Xi van Yale Medical School in New Haven (Connecticut, VS). Zij concluderen dat prionen niet de veroorzakers zijn van BSE en CJ. Tenminste, niet de enige. De prionen zijn weliswaar betrokken bij het ziekteproces, maar pas in een later stadium. Het lijkt erop dat een andere factor het proces in gang zet. Dat zorgt voor de karakteristieke blaasjes (vacuoles) in de neuronen in het hersenweefsel. Naarmate de ziekte vordert vormen zich steeds meer vacuoles in steeds meer hersencellen. De cellen sterven en er ontstaan dode gebieden. De hersenen heten 'versponsd' (spongiforme encefalopathie, in het Engels TSE).

Het is niet de eerste keer dat er naast het prion een andere factor X als oorzaak van een TSE wordt genoemd. Manuelidis, die al ruim twintig jaar onderzoek doet aan prionziekten zoals BSE bij koeien en scrapie bij schapen, gelooft al lang in het bestaan van zo'n factor. Ook Stanley Prusiner, de ontdekker van het prion, heeft wel eens gezegd daar rekening mee te houden.

VORMVERANDERING

De afgelopen jaren heeft die factor altijd in de schaduw gestaan van het prion. Veel aandacht ging uit naar de verschillende vormen en het verrassende werkingsmechanisme van dit eiwit. Het meest opvallend is zijn vormverandering tijdens het ziekteproces: van een normaal functionerend eiwit (PrP) in een schadelijke variant (PrP) die niet meer door enzymen kan worden afgebroken. Alsof de aardige dr. Jekyll onomkeerbaar is veranderd in mr. Hyde. Daarbij kan PrP zijn vormverandering overdragen op van nature in de cel aanwezige nog functionerende prioneiwitten. PrP start een cascade die uitmondt in het zich opstapelen van onafbreekbare prionen. Plaques vormen zich. Samen met de vacuolisatie en de daaropvolgende sterfte van zenuwcellen veroorzaken deze plaques de vaak waargenomen symptomen bij dieren: trillen, overgevoelige reactie op geluid, verlamming van de achterpoten, apathie en een gekromde gestalte.

Van het prion-gen bestaat een aantal varianten (genotypen). De eiwitten waarvoor zij de informatie bevatten, verschillen daardoor van elkaar in hun aminozuurvolgorde. Het ene eiwit blijkt makkelijker te veranderen in een mr. Hyde dan het andere. Ook tussen rassen bestaan verschillen in gevoeligheid. Het ene prion ondergaat de vormverandering makkelijker in een Suffolkschaap dan in een Cheviotschaap. Juist die genetische variatie werd lang aangegrepen als verklaring van scrapie, gekkekoeienziekte en andere spongiforme encephalopathieën. Maar er is meer. “Scrapie is geen spontane genetische ziekte die alleen afhangt van het genotype”, schreef een groepje Britse onderzoekers van het Institute for Animal Health in Edinburgh op 13 maart in Nature. Ze vergeleken de PrP-genotypen van enkele honderden Britse, Australische en Nieuw-Zeelandse schapen van de rassen Cheviot en Suffolk. Uit eerder onderzoek was bekend welke genotypen een extra hoog risico op ziekte met zich meebrengen. Deze risicodragende genotypen werden in alledrie de landen teruggevonden, soms in extreem hoge percentages. Zo vonden de Britten in 53 procent van de onderzochte, Australische Suffolkschapen het meest risicodragende genotype voor dat ras terug, terwijl 13 procent van de Britse schapen en 39 procent van de Nieuw-Zeelandse schapen het genotype hadden. Ook een van de meest risicodragende genotypen voor het ras Cheviot werd teruggevonden. Van de Australische schapen had 9 procent dit genotype, van de Nieuw-Zeelandse schapen 17, en van de Britse schapen 14 procent.

Toch komt scrapie in Australië en Nieuw-Zeeland niet voor en in Engeland wel. De Britse onderzoekers concluderen daaruit dat scrapie wel samenhangt met het PrP-genotype, maar dat er nog een andere factor nodig is om de ziekte te krijgen. Die factor - zij gokken op een infectieus agens - is wel aanwezig in Engeland, maar niet in Australië en Nieuw-Zeeland.

Een groep Franse onderzoekers had twee maanden eerder iets dergelijks in Science (17 januari) geschreven. Ze injecteerden fijngemalen hersenmateriaal van BSE-koeien in de hersenen van 30 muizen. Alle dieren kregen de bekende ziekteverschijnselen, maar in 55 procent van de gevallen was er geen veranderd prion (PrP) in de hersenen te vinden.

Daarna injecteerden ze hersenmateriaal van de muizen in een nieuwe groep muizen. Werden de dieren uit de eerste groep na zo'n 400 dagen ziek, de nieuwe groep vertoonde al na 167 dagen de eerste symptomen. Bij bijna alle dieren vonden ze PrP terug, ook bij degene die waren ingespoten met hersenmateriaal van muizen waarin geen PrP was aangetoond. “Het infectieus agens evoleert en past zich langzaam aan zijn gastheer aan”, schreven de Fransen. Wat ze beweren is dat het infectieus agens verantwoordelijk is voor de vormverandering van het prioneiwit. Naarmate het virus evolueert lukt dat steeds beter. Het agens gebruikt het onafbreekbare PrP als een soort schild tegen de vernietigende werking van allerlei enzymen die zich in de cel bevinden. Het infectieus agens verhoogt daarmee zijn overlevingskans.

PASSAGE

Het onderzoek van Manuelidis en collega's gaat in dezelfde richting. Ze injecteerden het prion dat verantwoordelijk is voor de Creutzfeldt-Jakobziekte, in Chinese hamsters, ratten en muizen. Alleen bij twee ratten zagen ze een spongiforme encefalopathie optreden, na respectievelijk 672 en 732 dagen. Maar bij beide was geen PrP aantoonbaar. Fijngemalen hersenmateriaal van een van de ratten werd in de hersenen van andere ratten gespoten. De symptomen deden zich dit maal na 477 dagen voor, alle geïnjecteerde ratten stierven. Er volgde nog een 'passage', het hersenmateriaal van de laatste ratten werd weer in nieuwe ratten gespoten. De symptomen begonnen al na 350 dagen.

Wat de Amerikanen verbaasde was het tijdstip van de biochemische veranderingen. In de eerste ratten begon de vorming van blaasjes en de stapeling van prioneiwitten ongeveer tegelijkertijd, na enkele honderden dagen. Maar na een aantal passages trad er een scheiding op. In de laatst geïnfecteerde ratten zagen de onderzoekers al na 100 dagen blaasjes in de hersencellen. Rond dezelfde tijd namen ze een afweerreactie waar in de milt. Ook hier vonden ze cellen waarin zich blaasjes vormden. Pas 100 tot 150 dagen daarna begonnen zich plaques in de hersenen te vormen. “De meest logische verklaring is dat het infectieuze agens de vacuolisatie veroorzaakt via een PrP-onafhankelijke route”, aldus de Amerikanen. Ze stellen daarom voor om bij screening op BSE, scrapie of aanverwante TSE's niet alleen naar PrP te kijken, maar naar biochemische verschijnselen die samenhangen met de vorming van blaasjes.

Manuelidis en collega's noemen in hun artikel een kandidaat voor het infectieuze agens. Ze denken aan een virus. Ze beweren zelfs al virusachtige deeltjes te hebben gevonden van 27 nm groot (een nanometer is een miljoenste millimeter). Die partikels blijken infectieus zolang ze intact blijven. Met hun werk lijken de Amerikanen de jacht op het infectieus agens te openen.