ГЛАВА 29 ПРИОННИ ПРОТЕИНИ И ПРИОННИ БОЛЕСТИ

ГЛАВА 29 ПРИОННИ ПРОТЕИНИ И ПРИОННИ БОЛЕСТИ

Характеристики на прионните протеини

Терминът "прион" се появява за първи път в средата на 20 век. Природата на този фактор дълго време остава неизвестна. Едва през 1966 г. е открито, че агентът, който причинява заболяването скрейпи при овцете, има необичайни свойства: той е устойчив на йонизиращо лъчение и ултравиолетова светлина. Това постави под съмнение популярната тогава хипотеза, че болестта скрейпи се причинява от вирус.

През 1967 г. Д. Грифит предполага, че прионът като инфекциозен агент не носи нов генетичен материал, а е модифицирана форма на един от клетъчните протеини, който се самоподдържа чрез автокаталитичен механизъм.

През 1982 г. S. Prusiner и съавтори изолират такъв агент от мозъка на болни животни и го описват. Оказа се, че този протеин има необичайни свойства: той е устойчив на топлина, остава активен след обработка с урея, протеиназа К и различни вещества, които увреждат ДНК (нуклеази и псоралени). Той обаче е чувствителен към йонизиращо лъчение в присъствието на кислород, т.е. проявява свойства, характерни за хидрофобните протеини, свързани с липидите.

Впоследствие протеинът, който причинява заболяването скрейпи, е наречен "прион" (prion - proteinacious infectious particle) или PrP (Prion Protein). След това, въз основа на определяне на първичната структура на PrP, беше идентифициран кодиращият го ген PRNP, който присъства в геномите на всички бозайници, птици и риби.

При хората такъв ген е локализиран в късото рамо на хромозома 20 (20p) и има дължина 16 хиляди bp. и съдържа 2 екзона. Неговият PrP протеин е част от клетъчните мембрани и се експресира в различни тъкани (главно централната нервна система и лимфоретикуларната тъкан).

Нормалната форма на протеина PrP е обозначена като PrP^ Пространствената структура на рекомбинантния PrP е определена за първи път чрез ядрено-магнитен резонанс.

Амино-терминалният регион на нормалния PrP протеин не е структуриран в разтвор и неговата карбокси-терминална част образува глобална

bula и се състои от три b-спирали (42%) и къса област с b-структура (3%).

Патологичната форма на протеина, която определя неговата инфекциозност, е наречена PrP Sc (форма на скрейпи). Глобулата му съдържа 30% b-спирали и 43% b-структури.

Както е установено, както нормалните, така и патологичните форми на прионовия протеин са неразличими една от друга в аминокиселинната последователност, но имат различни конформации.

В резултат на третиране на PrP Sc с протеиназа К се образува протеазоустойчив фрагмент с молекулно тегло 27-30 kDa. Молекулното тегло на PrP c варира от 33 до 35 kDa в зависимост от степента на гликозилиране. Поради тези разлики се предполага, че придобиването на инфекциозни свойства от нормалния протеин PrP c е свързано с неговия конформационен преход към патологична форма с образуването на β-нагънат слой.

Прионна концепция

Въз основа на експерименталните данни, получени от S. Prusiner, е формулирана концепцията за приони.

Неговите разпоредби: инфекциозният агент е протеинът PrPSc, който се репликира в отсъствието на нуклеинова киселина; трансформацията на протеин от нормалната форма на PrPc в инфекциозната форма на PrPSc се осъществява чрез конформационен преход, който се случва по различни начини: спонтанно (спорадични форми),въз основа на влизане отвън на патологичната форма на PrPSc (придобити форми),в резултат на мутации в PRNP гена, предизвикващи образуването на PrPSc от PrPc (наследствени форми).

Концепцията за приони вече е потвърдена от нови доказателства. Нека ги изброим:

Организмите без PrP c са устойчиви на инфекция;

С помощта на система за циклично усилване (образуване на PrPS c in vitro) беше демонстрирана инфекциозността на прионовия протеин;

Образуването на патологичната форма на PrP Sc в първия цикъл на амплификация се извършва върху неговата матрица, а в следващите цикли по-нататъшната трансформация на PrP c в патологичната форма се улеснява от вече получената форма на PrP Sc;

Конформационният преход на нормалната форма на PrPc в патологичната форма на PrPSc се нарушава от ултразвук;

Свойствата на патологичната форма на PrP Sc при експериментални животни съответстват на свойствата на патологичната форма на PrP Sc, получена от мозъка на болни животни;

Интрацеребралното приложение на патологичната форма на PrP Sc при здрави хамстери предизвиква у тях болестта скрейпи с фатален изход;

Спонгиформната дегенерация на нервната тъкан при починали животни е неразличима от тази при животни, заразени с патологичната форма на PrP Sc, произведена in vivo;

получени инвитропатологичната форма на PrP Sc е по-малко инфекциозна от получената форма in vivo;

Предаването на "прионна инфекция" между бозайници е ограничено от междувидови бариери, въпреки че тези бариери не са абсолютни, което се обяснява с разликите в първичната структура на PrP при бозайници от различни видове; въпреки това е доказана възможността за заразяване на хамстери с болест на скрейпи по овцете и на кози с болест на Кройцфелд-Якоб;

Спонгиформните енцефалопатии се предават между организми от един и същ или близък вид (болестта на Кройцфелд-Якоб се предава от човек на човек, от човек на шимпанзе; болестта скрейпи се предава сред овцете и козите, но не се предава на шимпанзетата);

Няма известни случаи на заразяване на хора с болестта скрейпи по овцете;

Предаването на „прионна инфекция“ е ограничено от разликите в първичната структура на PrP протеина и неговия щам.

ХАРАКТЕРИСТИКА НА ПРИОННИТЕ БОЛЕСТИ

Прионовите заболявания (PD) са „конформационни“ заболявания на хора и животни. Те се причиняват от нарушения във формирането на пространствената структура на прионните протеини, водещи до промени във вътреклетъчната и междуклетъчната физиология. „Конформационните“ заболявания също включват амилоидни заболявания, като хорея на Алцхаймер, Паркинсон и Хънтингтън, при които възниква вътре- и извънклетъчно натрупване на патологични фибриларни протеини.

PB са известни отдавна. Първото споменаване на болестта скрейпи при овцете се появява в средата на 18 век, а първите съобщения за гъбест

Тази енцефалопатия при бикове или „луда крава“ датира от 19 век. На свой ред някои тежки човешки невродегенеративни заболявания, като болестта на куру или „болестта на смеха“, са идентифицирани в средата на 20 век. (в канибалското племе на Нова Гвинея). Болестите на Gerstmann-Straussler-Scheinker, Creutzfeldt-Jakob, както и фамилната фатална безсъние (безсъние) са описани за първи път в края на 20 век.

Всички известни до момента човешки PB се считат за фатални: смъртта след тяхното проявление настъпва от 6 месеца до 5 години по-късно.

Както беше отбелязано по-горе, BE се разделят на спорадични (80-85%), наследствени (около 15-20%) и придобити (по-малко от 1%).

Инфекциозността на PB е показана от R.L. Чандлър (1961), който заразява лабораторни мишки с болестта скрейпи по овцете. По-късно Д.К. Гайдушек и др.(1966) успяха да предадат болестта куру от хора на шимпанзета (виж по-долу). Инфекцията на хора и животни с прионови протеини обикновено става чрез ядене на месо от болно животно (особено мозък) или по други пътища.

Експериментално животните се заразяват чрез интраперитонеално или интрацеребрално инжектиране на мозъчен хомогенат от болно животно в здраво животно.

Етиология

PB се развива в резултат на мутации в гена, кодиращ експресията на прионовия протеин, или когато анормална форма на протеина, намираща се в чужд биологичен материал, се предава на човек по време на инфекция. Във втория случай са изследвани пътищата на заразяване. Те се оказаха: консумация на месо от крави, болни от бяс, канибализъм, кръвопреливане, трансплантация на органи и тъкани, прием на лекарства, съдържащи човешки хормони (хипофизарен гонадотропин, соматотропин), и ятрогенен път чрез недостатъчно стерилизирани неврохирургични инструменти.

С образуването на нови мутации или наследяване от предишни поколения на точкови мутации, които вече съществуват в човек в PRNP гена, е характерен автозомно-доминантен тип предаване на гена, локализиран на хромозома 20p - това е 15-20% от случаите на PB .

В болно тяло се стартира механизъм (преди периода на проявление на първите признаци) на синтеза на патологичната форма на PrP Sc,

кодиран от PRNP гена, който обикновено произвежда нормалната форма на PrPc, която се транспортира през апарата на Голджи до повърхността на клетъчните мембрани на нервните клетки. С развитието на патологичния процес формата PrP Sc се натрупва във везикулите на цитоплазмата на невроните.

Общо са идентифицирани около 25 точкови мутации в PRNP гена (алелни варианти), водещи до различни нозологии на BE. Мутациите на PRNP гена включват: миссенс и безсмислени мутации на кодиращия регион на гена и вмъквания на допълнителни копия на октапептид-кодиращи повторения на проксималната част на гена. Както се оказа, основните нозологии на BE - болестите на Gerstmann-Straussler-Scheinker, Creutzfeld-Jakob и фаталната фамилна инсомния - принадлежат към алелната серия на PRNP гена.

През последните години е изолирана втора патологична форма на прионовия протеин - PrP27-30. Генът му обаче все още не е локализиран. Въпреки това, втората форма на протеина присъства в специфични структури на засегнатите клетки, наречени „прионови пръчици“; морфологично и хистохимично те не се различават от амилоидните структури, които се натрупват в нервните синапси по време на развитието на неврологични симптоми и деменция.

Механизми на патогенезата

Механизмите на патогенезата на BE не са достатъчно проучени. Съгласно концепцията за приони, образуването на патологичната форма на PrP Sc в първия цикъл на амплификация се извършва върху матрицата на PrP Sc, а в следващите цикли трансформацията на нормалната форма на PrP c в патологичната форма се улеснява от вече формирана патологична форма на PrP Sc, причиняваща експоненциално (неконтролирано) нарастване на броя на патологичните молекули PrP Sc, т.е. един вид верижна реакция.

Следователно, задействащият механизъм на PB е моментът на конформация, чието начало има общо сходство, първо,с началото на неконтролирано делене на туморни клетки при AMS (вижте глави 17 и 25), второ,с началото на неконтролиран растеж (разширяване) на броя на ДНК нуклеотидните повторения в EB (вижте Глава 27) и, на трето място,с началото на инфекциозен процес, макар и контролиран от тялото, например с вирусни заболявания.

четвърто,Не може да не се отбележи сходството на явлението прионизация с появата и последващото запазване на геномната памет на патологичната форма на PrP Sc, въз основа на която те се копират неконтролируемо

възникват нови копия на PrP Sc, което води до изява (прагов ефект), развитие на PD и смърт на организма.

По този начин BE, AMS, BE, HDP и инфекциозният процес имат общи механизми на развитие, свързани с появата на патологичен процес в тялото.

Не по-малко важно е липсата на имунен отговор към „прионна инфекция“ в случай на спонгиформни енцефалопатии, което най-вероятно се обяснява с наличието в клетките и тъканите (включително Т- и В-лимфоцити) на нормална форма на PrP c, и имунните клетки на тялото не разпознават конформационно различна форма от непатологичната форма на PrP Sc, бъркайки я с нормалната форма.

Основни признаци на ПБ

Основните признаци на BE се характеризират с висока вариабилност на неврологичните разстройства. Наследствените варианти на BE се характеризират с поява на симптомите на възраст 45-75 години и бързо прогресиращо протичане, което води до преждевременна смърт.

Най-изразени: атаксия, пареза и парализа, прогресивна деменция, намалена зрителна острота, епилептични припадъци. Фаталното безсъние се характеризира още с: хипертермия, дезориентация в пространството и времето, нарушение на ритмите на сън и бодърстване.

ИЗБРАНИ НОЗОЛОГИИ

Болест на Кройцфелд-Якоб

Има основен (паненцефален) тип I и допълнителен тип II на заболяването.

Клинични признаци в паненцефалния тип: изразени неврологични разстройства под формата на нарастваща диспраксия, невродегенеративна регресия, прогресивна деменция и други симптоми до диагностицирането на атипична деменция, болест на Алцхаймер, болест на Паркинсон, болест на Пик, миоклонична епилепсия, хорея на Хънтингтън (виж по-долу). ).

Проявата на заболяване тип I започва на възраст 20-50 години с нарушение на походката, затруднено преглъщане, миоклонус, повишен тонус и рефлекси, след което се развива прогресивна деменция и невродегенеративна регресия, нараства диспраксията,

Уменията за четене, писане и броене постепенно се губят. ЕЕГ разкрива пикова вълна, а ENMG показва електрофизиологичен модел на демиелинизация. Патоморфологичните изследвания показват спонгиозна дегенерация на централната нервна система, фокална или дифузна глиоза.

Тип II на заболяването се характеризира със същата възраст на проявление и прогресивна деменция. Продължителността на живота от момента на появата на първите симптоми е не повече от 2 години. Основни признаци: апатия, депресия, миоклонус на мускулите на небцето и скелетните мускули, церебеларни нарушения под формата на атаксия и тремор, нарушения на преглъщането, съня и произношението на звуци, повишени рефлекси с идентифициране на патологични признаци на краката, увреждане на булбарната група на черепните нерви, проксимална мускулна атрофия с намаляване на всички видове чувствителност, мускулна ригидност, супрануклеарна офталмоплегия, тикове, фасцикулации, хореитна хиперкинеза, емоционална лабилност.

Електрофизиологичното изследване разкрива: ниска активност на ЕЕГ, намалена скорост на нервните импулси по двигателните влакна на ENMG, активност на предния рог на EMG. Патоморфологичното изследване установява: спонгиозна дегенерация (кухини, кисти) във фронталния кортекс, стриатума и таламуса, както и генерализирана мозъчна атрофия и калцификати в базалните ганглии. Освен това в мозъка се откриват подобни на амилоид плаки, характерни за болестта на куру.

При болестта на Кройцфелд-Якоб са идентифицирани 11 точкови мутации (замяна на един нуклеотид с друг) с образуването на алелни варианти на PRNP гена, включително варианти на тандемни октапептидни кодиращи повторения, разположени между кодони 51 и 91, и следователно патологията е наречена октопептидно кодираща повтаряща се болест. Типът на наследяване е автозомно доминантен.

Болест на Герстман-Щрауслер или прионна болест тип 3

Болестта на Gerstmann-Straussler или прионовата болест тип 3 се диагностицира зле.

Характеризира се с възраст на проявление 20-50 години. През този период пациентите започват да развиват интелектуална изостаналост.

достатъчност, церебеларна атаксия, дизартрия, миоклонус на мускулите на небцето и скелетните мускули, супрануклеарна офталмоплегия, нистагъм, спастичност, хореитна хиперкинеза, хиперестезия, полиневропатия, парестезия.

Морфологичното изследване разкрива: спонгиозна дегенерация на централната нервна система, глиоза, амилоидни включвания и неврофибриларни възли.

Генетично има пет алелни варианта, свързани с заместването на тимина с цитозин.

Болест на телца на Леви

Болест на телцата на Леви или паркинсонизъм, съчетан с деменция и клинични прояви, подобни на тези при болестта на Паркинсон. Възрастта на проявление е 10 години и повече.

В неврологичния статус: атрофия на мускулите на крайниците, халюцинации, нарастваща дисфагия, ортостатична хипотония и/или хипертонични кризи, прогресивна деменция, ригидност, спастичност, тремор, атаксия на тялото, фасцикулации.

Морфологичното изследване разкрива телца на Lewy в подкоровите области на мозъка.

Заболяването се основава на точковата мутация MET232ARG, която причинява появата на конформационна форма на прионовия протеин: met232arg (мутация M232R). Описан е и един пациент, който е имал комбинация от тази мутация с мутацията V180I.

Синдром на Стийл-Ричардсън-Олшевски

Синдромът на Стийл-Ричардсън-Олшевски или прогресивна супрануклеарна парализа (субкортикална глиоза PSP1) се проявява на възраст 20-50 години с говорно увреждане, след което се появява: агресивно поведение, брадикинезия, деменция, диспраксия, дисфагия, миоклонус, церебеларна атаксия, мускулна спастичност и ригидност, нарастваща акинезия, нистагъм, супрануклеарна офталмоплегия, тремор, хореитна хиперкинеза, емоционална лабилност.

Морфологичното изследване разкрива неспецифични промени в мозъка и гръбначния мозък и вътреклетъчни включвания под формата на неврофибриларни възли или аргирофилни включвания на тела на Пик и Леви.

Болест на Пик

Болестта на Пик или деменцията е трудна за диагностициране. Проявява се на възраст 20-50 години с говорни нарушения, придружени от апатия и/или депресия, невродегенеративна регресия и прогресираща деменция.

Морфологичното изследване разкрива: генерализирана или локална (фронтална или темпорална) атрофия на кората на главния мозък, спонгиозна дегенерация, глиоза и вътреклетъчни включвания под формата на неврофибриларни възли (аргирофилни включвания).

Болест на Куру

Болестта Куру, или „болестта на смеха“, е изолирана от племе канибали, обитаващи джунглите на Нова Гвинея. Характеризира се с прогресивна дегенерация на нервните клетки, участващи във формирането на двигателния център на мозъка. В резултат на спонгиоматозни нарушения се променя контролът на мускулната активност и се развива тремор на тялото, крайниците и главата. Засегнати са предимно жени и деца. Смъртта настъпва след 9-12 месеца.

Фамилно фатално безсъние

За първи път е описано през 1979 г. от I. Reuther, който наблюдава смъртта на двама роднини на съпругата си от безсъние. Общо в света има 28 семейства с това заболяване.

Заболяването дебютира на възраст 30-60 години. Клинично има 4 периода на прогресия: първи период(продължава 4 месеца): пациентът започва да страда от безсъние, появяват се пристъпи на паника и фобии; втори период(5 месеца): пристъпите на паника зачестяват, появяват се халюцинации; трети период(3 месеца): развива се пълно безсъние, пациентът губи тегло; Четвърти период(6 месеца): пациентът спира да говори, не реагира на другите, постепенно развива кома и настъпва смърт.

Продължителност на живота от момента на проявление: 7 месеца - 3 години.

Морфологичното изследване разкрива дегенерация в ядрата на таламуса.

През 1990 г. за първи път при това заболяване е идентифицирана точкова мутация, унаследена по автозомно-доминантен начин.

Мутация в кодон 178 на PRNP гена се проявява чрез заместване на аспарагина с аспарагинова киселина в конформационната форма на прионовия протеин, което причинява появата на амилоидни плаки в таламуса и съответните симптоми - безсъние.

Болест на Алцхаймер

Болестта на Алцхаймер или сенилната деменция е независимо наследствено заболяване, причинено от точкови мутации в гени, локализирани в локуси на различни хромозоми: 1q31-q42 - PS1 ген, 17q11.2 - PS2 ген, 19q13.2 - PS3 ген и 21q21.3- q22.05 - PS4 ген, т.е. само 4 генни копия на болестта (вижте глави 4, 9, 10 и 13).

Болестта на Алцхаймер се проявява на възраст 20-50 години с акинезия, генерализирани конвулсивни припадъци, дисфазия (афазия), миоклонус (включително на мускулите на мекото небце), нарастваща мускулна ригидност, прогресираща деменция и тремор. По-късно се появява сенилна деменция.

Морфологичните изследвания разкриват генерализирана мозъчна атрофия, неврофибрилни гломерули, сенилни плаки (телца на Хирано) и телца на Леви.

Установено е, че при болестта на Алцхаймер активността на фосфолипазите в мозъка намалява - това е принудителна компенсация в отговор на намаляване на скоростта на загуба на фосфолипиди. Наблюдаваното увеличение на количеството глицерофосфорилхолин и повишаването на активността на лизофосфолипидната ацетилтрансфераза са тясно свързани с промените в метаболизма на холин-съдържащите фосфолипиди и участието на амилоидни пептиди в тези реакции, което ни позволява да разглеждаме болестта на Алцхаймер като прион заболяване. Целесъобразността на разглеждането на това заболяване в групата BE се потвърждава от изолирането на точкова мутация MET129VAL при един пациент с болестта на Алцхаймер, което е свързано с заместването на аденин с гуанин в първия нуклеотид на кодон 129 на PRNP гена, който предизвиква появата на конформационна форма на прионния протеин: met129val (М129^мутация); неговите хомо- и хетерозиготни състояния бяха идентифицирани за алели: met129 и val / met129.

Диагностични подходи

За диагностициране на BE като биологичен материал се използва тъкан от остъргвания от човешки тонзилни жлези, в които

след третиране с протеин киназа К се открива устойчив на протеаза фрагмент PrP Sc с молекулно тегло 27-30 kDa.

В случай на спонгиформни енцефалопатии за диагностика се използва методът на цикличното усилване, което позволява да се открие патологичната форма на PrP Sc в човешките тъкани и биологични течности в ранните стадии на развитие на заболяването.

Подходи за лечение

PB се счита за нелечима. Тяхната терапия е предимно симптоматична, а подходите за радикална терапия тепърва започват да се развиват.

През последните години се появиха предпоставки за лечение на BE с антитела.

Например, инвитроДоказано е, че антителата срещу някои PrP епитопи инхибират разпространението на патологичната форма на PrPSc. В тази връзка беше доказано, че ваксинирането с рекомбинантен PrP (преди или непосредствено след инфекцията) и пасивната имунизация с антитела срещу PrP епитопи води до потискане на експресията на прионов ген, което подкрепя валидността на намесата в имунната система като възможност за лечение. Предполага се също, че пролиферацията на конформационната форма на PrPSc може да бъде спряна с помощта на блокери на „b-структури" или пептиди, обогатени с пролин и имащи хомология с нормалната форма на PrPc. За тази цел е разработен втори подход, основан на върху полиморфизма на гена PRNP и като се има предвид, че мутациите в този ген могат да блокират образуването на патологичната форма на PrPSc.

Третият подход се основава на използването на дрожди като модел за търсене и изучаване на фактори, които могат да излекуват клетките от приони (да ги изгонят).

Дрождите като модел са използвани за търсене на съединения, които „изхвърлят“ приони като PSI+ и URE3 от клетките. По-специално, те тестваха 2500 химически съединения и изолираха 6 съединения, които елиминират PSI+, включително 5, принадлежащи към нов клас молекули - кастелопаолитини, а шестият беше фенантридин - те "изгониха" URE3 и инхибираха образуването на PrPSc в култура на мишка невробластомни клетки.

Освен това са изследвани две съединения, чиято антиприонова активност се проявява в клетъчна култура на бозайници: кинакрин

(използван за лечение на малария) и хлорпромазин (антипсихотик). Съединенията излекуват клетките на дрождите от PSI+

Като цяло е доказано, че кастелопаолитините, кинакринът, фенантридинът и хлорпромазинът не действат върху прионните агрегати, а върху механизмите, които поддържат конформационното патологично състояние на прионовите протеини.

Като правило, прионното състояние на протеина се характеризира с прехода на α-спиралите на протеина към β-листа. Прионите са единствените инфекциозни агенти, чието размножаване става без участието на нуклеинови киселини.

Важно събитие беше разпространението на „болестта на луда крава“ във Великобритания, чиято епидемия беше първо през 1992-1993 г., а след това през 2001 г., се разпространи в няколко европейски страни, но въпреки това износът на месо в много страни не беше спряна. Заболяването се свързва с използването на „прионизирано“ костно брашно във фуражи и премикси, направени от трупове на умрели или болни животни, които може да не са имали явни признаци на заболяването.

Пътищата на предаване на причинителя на заболяването, механизмите на проникване на приони в тялото и патогенезата на заболяването все още не са достатъчно проучени.

Молекулярни основи на патогенезата

Изследванията на мозъчната тъкан на животни, умрели от прионни инфекции, показват, че прионите не съдържат нуклеинови киселини, а са протеини. Един от първите характеризирани прионови протеини беше PrP(от английски стр Rion- rвъодушевен стрротеин или стрротаза- rустойчив стрротеин) с тегло около 35 Da. Известно е, че PrP може да съществува в две конформации - "здравата" - PrP C, която има в нормалните клетки ( ° С- от английски клетъчен - „клетъчен“), в който преобладават алфа спиралите, и „патологичен“ - PrP Sc, собственият прион ( Sc- от скрейпи), който се характеризира с наличието на голям брой бета нишки. Когато навлиза в здрава клетка, PrP Sc катализира прехода на клетъчния PrP C към прионната конформация. Натрупването на прионов протеин е придружено от неговата агрегация, образуването на високо подредени фибрили (амилоиди), което в крайна сметка води до клетъчна смърт. Изглежда, че освободеният прион може да проникне в съседните клетки, причинявайки и тяхната смърт.

Функциите на протеина PrP C в здравата клетка са да поддържа качеството на миелиновата обвивка, която при липса на този протеин постепенно изтънява. Обикновено протеинът PrP C е свързан с клетъчната мембрана и е гликозилиран с остатък от сиалова киселина. Той може да извършва циклични преходи в клетката и обратно към повърхността по време на ендо- и екзоцитоза. Един такъв цикъл продължава около час. В ендоцитна везикула или на клетъчната повърхност, молекулата PrP C може да бъде разрязана на две приблизително равни части от протеази.

Механизмът на спонтанното възникване на прионните инфекции не е напълно изяснен. Смята се (но все още не е напълно доказано), че прионите се образуват в резултат на грешки в протеиновата биосинтеза. Мутации на гени, кодиращи прионов протеин (PrP), грешки в транслацията, процеси на протеолиза се считат за основните кандидати за механизма на възникване на приони. Според последните изследвания прионите са способни на еволюция по Дарвин чрез действието на естествения подбор.

Има доказателства, които предполагат, че прионите са не само инфекциозни агенти, но и имат функции в нормалните биопроцеси. Например, има хипотеза, че механизмът на генетично обусловено стохастично стареене се осъществява чрез приони.

Класификация

Етиология

Човек може да се зарази с приони в храната, тъй като те не се разграждат от ензими в храносмилателния тракт. Тъй като не се адсорбират от стените на червата, те могат да проникнат в кръвта само през увредена тъкан. В крайна сметка те навлизат в централната нервна система. Така се търпи нов вариант на болестта на Кройцфелд-Якоб (nvCJD), с който хората се заразяват след консумация на говеждо месо, което съдържа нервна тъкан от говеда със спонгиформна енцефалопатия по говедата (СЕГ, болест на луда крава).

На практика е доказана способността на прионите да заразяват тялото на мишки по въздушно-капков път.

Прионите могат да навлязат в тялото и парентерално. Описани са случаи на инфекция чрез интрамускулно приложение на лекарства, произведени от човешки хипофизни жлези (главно хормони на растежа за лечение на нанизъм), както и инфекция на мозъка с инструменти по време на неврохирургични операции, тъй като прионите са устойчиви на използваните в момента термични и химически методи за стерилизация. Тази форма Болест на Кройцфелд-Якобозначен като Ятрогенен (1CJD).

При определени, неизвестни условия, в човешкото тяло може да настъпи спонтанна трансформация на прионов протеин в прион. Така се получава т.нар спорадична болест на Кройцфелд-Якоб (sCJD), описано за първи път независимо през 1920 г. от Ханс Герхард Кройцфелд и Алфонс Мария Якоб. Смята се, че спонтанната поява на това заболяване се дължи на факта, че обикновено в човешкото тяло постоянно се генерира малък брой приони, които ефективно се елиминират от клетъчния апарат на Голджи. Нарушаването на тази способност за "самопочистване" на клетките може да доведе до повишаване на нивото на приони над допустимата нормална граница и до по-нататъшното им неконтролирано разпространение. Причината за спорадична болест на Кройцфелд-ЯкобСпоред тази теория има дисфункция на апарата на Голджи в клетките.

Специална група прионови заболявания са наследствени (вродени) заболявания, причинени от мутация в гена на прионовия протеин, което прави получения прионов протеин по-податлив на спонтанни промени в пространствената конфигурация и трансформирането им в приони. Тази група наследствени заболявания включва наследствена форма на болестта на Кройцфелд-Якоб (fCJD), което се наблюдава в редица страни по света.

При прионната патология най-високата концентрация на приони се открива в нервната тъкан на заразените хора. Прионите се намират в лимфната тъкан. Наличието на приони в биологичните течности, включително слюнката, все още не е недвусмислено потвърдено. Ако идеята за постоянна поява на малък брой приони е правилна, тогава може да се предположи, че нови, по-чувствителни диагностични методи ще открият този брой приони, разпръснати в различни тъкани. В този случай обаче ще говорим за „физиологичното“ ниво на приони, които не представляват никаква заплаха за хората.

Пътища на заразяване

Хистологичен препарат, показващ тъканно увреждане от приони с образуване на характерна гъбеста структура.

Много малко се знае за молекулярната природа на болестотворните приони. Инфекцията може да бъде причинена от приблизително 100 000 молекули, които в повечето случаи образуват големи бучки. Значението на агрегацията на отделни молекули в асоциация за вирулентността на прионите е резистентност към действието на ензими, които разграждат протеини, които са станали ненужни. Не може да се изключи, че отделните прионни молекули също са вирулентни. Някои експерименти показват, че за да се появят приони в тъканта, е достатъчен само временен контакт на тъканта с материал, съдържащ приони, и не е необходимо прионите да бъдат постоянно въведени в тялото. Този риск е от значение, например, във връзка с използването на хирургически инструменти, замърсени с приони. Процесът на трансформация на "здрави" прионови протеини в приони може да бъде иницииран чрез прост контакт на здрава тъкан с приони, фиксирани върху хирургически инструмент.

Протичането на заболяването и разпространението на приони в тялото зависи от вида на приона. Прионите се различават по състава на аминокиселините, характерни за даден вид, определени от гена на видовия прион протеин, както и така наречените посттранслационни модификации или степента на гликозилиране на основната протеинова верига. Посттранслационната модификация значително влияе върху характеристиките на прионите и е отговорна за разликата между така наречените прионни родове. Кога нова версия (nvCJD)досега е описан само един вид прион, подобен на прионите на заразени добитък спонгиформна енцефалопатия по говедата. Следователно, хода на заболяването при хора и животни, заразени нови опции, почти същото. При други видове живи същества обаче са известни много родове приони. Около две дузини такива родове са описани при овцете, които не са вирулентни за хората. Протичането на прионната болест по овцете варира значително в зависимост от вида на приона - от много бързо, с почти внезапна смърт, до бавно, продължително.

Нетипични случаи на клинично протичане нова версияпри говеда, заразени със спонгиформна енцефалопатия по говедата, които се появяват в Япония и Италия, предполагат съществуването на повече родове говежди приони. Ако този род говежди приони влезе в човешкото тяло, може да се очаква появата на нова версиясъс симптоми и клинично протичане, различни от известните случаи.

При пациенти, болни Болест на Кройцфелд-Якоб, прионите се разпространяват в нервната система, очните тъкани и лимфните тъкани, включително сливиците, далака и цекума. Най-голям брой приони се намират в нервната система, а най-малък в лимфната тъкан.

До момента не са докладвани случаи на трансфер нов вариант на болестта на Кройцфелд-Якоб (nvCJD)с медицинска намеса, което, разбира се, е добра новина. От друга страна, експертите предупреждават за преувеличен оптимизъм, особено във Великобритания, тъй като инкубационният период може да бъде доста дълъг (от 5-8 месеца до 10-15 години).

Приони и медицински инструменти

Прионите са много устойчиви на конвенционалните методи за дезинфекция. Йонизиращото, ултравиолетовото или микровълновото лъчение практически няма ефект върху тях. Дезинфектантите, които обикновено се използват в медицинската практика, имат само много ограничен ефект върху тях. Те се елиминират надеждно чрез дезинфекционни реагенти - силни окислители, които имат разрушителен ефект върху протеините.

Друга трудност е устойчивостта на прионите към високи температури. Дори при автоклавиране при 134 °C за 18 минути не може да се постигне пълно унищожаване на прионите и прионите "оцеляват" във форма, която може да причини инфекция. Устойчивостта на високи температури се повишава допълнително, ако прионите се изсушат върху метална или стъклена повърхност или ако пробите се изложат на формалдехид преди автоклавиране.

Във Великобритания, където нова опцияе много сериозен проблем, поради тези причини вече се използват хирургически инструменти за еднократна употреба при тонзилектомия. В бъдеще възниква алтернативно решение: създаването на нови инструменти, като се вземат предвид повишените изисквания за почистване и дезинфекция. Еднократна употреба на инструменти съгласно принципите на СЗО е необходима в случай на дентална помощ за пациенти с диагностицирана или предполагаема прионна болест.

Много по-комплексно решение на този проблем е лечението на рискови пациенти. Те включват пациенти, които са претърпели операции, включващи потенциално замърсена твърда мозъчна обвивка, или пациенти от семейства с наследствена форма на болестта на Кройцфелд-Якоб. СЗО не изисква специални мерки в този случай. Британският научен консултативен комитет по спонгиформна енцефалопатия в решението си в града счете за възможно да се ограничи до по-щателно почистване и дезинфекция на инструментите, съчетано с по-продължително автоклавиране.

Човешки прионови заболявания

Най-известните човешки прионови инфекции, свързани с увреждане на мозъка, са:

• Болест на Кройцфелд-Якоб, разделена на iCJD, vCJD, fCJD, sCJD;
• фатално фамилно безсъние;
• Болест на Куру, свързана с ритуален канибализъм на предните хора в източна Нова Гвинея;
• Болест на Gerstmann-Sträussler-Scheinker.

Потенциална опасност за хората

Въпреки малкия брой ясни случаи на прионови заболявания при хората, много експерти смятат, че има висока степен на опасност от „бавни“ инфекции за хората.

Има доказателства, че източникът на разпространение може да са стоматологични процедури, свързани с навлизането на приони в кръвта.

Purdy проведе клъстерно епидемиологично проучване на прионови заболявания в райони с ниски концентрации на мед в почвите.

Вижте също

• Субвирусни частици

Бележки

Литература

• И. С. Шкундина, М. Д. Тер-Аванесян. Приони. Advances in biological chemistry, v. 46, 2006 (преглед)
• Григориев В. Б. - Прионови заболявания на хора и животни. - Въпроси на вирусологията, т. 49 (№ 5), стр. 4-12, 2004 (рецензия)
• Покровски В. И., Киселев О. И., Черкаски Б. Л. - Приони и прионови заболявания - RAMS, 2004, 384 стр., ISBN 5-7901-0038-4
• Прионна биология и болести, редактирано от S.B.Prusiner, Cold Spring Harbor, NY, 1999, ISBN 0-87969-547-1

Източници

1. инж. Ярослав Петр, д-р. Phony a ustni dutina. Прогресдент, 2004, № 2, с. 12-16

Връзки

На английски

• Луда крава Информация за луда крава, Център за глобални хранителни проблеми.
• Madcowering Блог за BSE-TSE.
• Патологичният протеин - луда крава, хронично изтощение и други смъртоносни прионови заболявания (2003 г., актуализиран онлайн 2005 г.). Филип Ям,

Приони или живот без ДНК

Откриването на прионите е най-голямото постижение за науката като цяло и биохимията в частност.

Изследването им започва в края на ХХ век. По това време те се смятаха само за белтъчни молекули, не съвсем нормално подредени, но постепенно бяха открити нови аспекти от живота им.

Прионите не съдържат нито ДНК, нито РНК, но се възпроизвеждат успешно. Толкова успешни, че представляват значителна опасност в някои случаи. Те са обект на мутации и дори на действието на естествения подбор. И така, какви са те всъщност?

Американският молекулярен биолог Стенли Б. Прусинър изучава скрейпи, болест по овцете, която се смята за вирусна. През 1982 г. той за първи път изолира неговия причинител. Тази странна болест е изследвана в продължение на няколко десетилетия без видим успех. Неговите отличителни черти са особено дълъг инкубационен период и странности в засегнатите тъкани и органи. В края на 50-те години на миналия век бяха открити аналогии между болестта скрейпи и болестта на племето Fore от Нова Гвинея. Аборигените наричали болестта „куру“ или „треперене от злото око“ и приписвали появата й на магьосничество. Твърди се, че причината за разпространението на куру в научния свят е ритуалният канибализъм.

След като изостави този обичай, болестта практически престана да се проявява. Въпреки това може да се счита за доказано, че неговият инкубационен период е повече от 30 години, а някои случаи на заболяването са свързани именно с дълъг инкубационен период.Изследванията върху това заболяване донесоха на К. Гайдучек Нобелова награда през 1976 г.

Едва през 80-те години на миналия век, благодарение на усилията на S. Prusiner, е установена истинската природа на двете заболявания.

Всичко опира до правилната форма

Протеиновите молекули PrP се наричат ​​приони, ако са нагънати по необичаен, неправилен начин. Името идва от английското „proteinaceous infectious particles“, тоест „протеинови инфекциозни частици“. Същият PrP протеин в обичайната си форма или алфа форма не е опасен, въпреки че ролята му в живите организми все още не е напълно изяснена. Съществуването му е доказано в организмите на всички бозайници, включително и човека. Предполага се, че участието му е необходимо за йонен обмен или предаване на нервни импулси. Редица учени предполагат значението му за поддържане на цикли на активност и почивка през целия ден. Изследователите все още не са стигнали до консенсус и всички тези хипотези трябва да бъдат тествани.

По-подробно е изследван моментът на образуване на нови белтъчни молекули. Прионът има пространствена структура PrP-Sc, а формата на молекулата е различна от алфа формата (нормална) и се нарича бета форма. Ако прион е наблизо по време на синтеза, това е бета формата, която се образува. С други думи, прионите се размножават. Откриването на този модел в научния свят се смята за толкова важно, че откривателят на феномена Стенли Б. Прусинър е удостоен с Нобелова награда през 1997 г.

Механизмите на това влияние все още не са проучени и при сегашното ниво на развитие на науката едва ли могат да бъдат обяснени в близко бъдеще. Произходът на самите приони също не е достатъчно ясен.

Според една версия, малък брой протеинови образувания от приони постоянно се появяват в здраво тяло, но те се разпадат за кратко време. Ако процесът на „самопочистване на клетките” е нарушен, се натрупват протеини с неправилна форма и възникват сериозни заболявания, понякога с много странни симптоми.

Прионите демонстрират невероятна жизненост. Те са устойчиви не само на стандартните методи за дезинфекция, но и на специални биохимични съединения - протеолитични ензими. Именно тези ензими са отговорни за унищожаването на стари или дефектни протеинови молекули. Прионите могат лесно да издържат на кипене, сушене, замразяване, обработка с алкохоли и други химически активни течности, както и облъчване с ултравиолетови и гама лъчи. Можем да кажем: когато всички живи същества умират, прионът умира последен.

Колко са живи?

От момента, в който прионите бяха открити и започна тяхното задълбочено изследване, изследователите се занимават с въпроса за тяхната еволюция. Дали еволюционните закони на Дарвин важат за тях? По-точно, имат ли прионите мутации, които се предават по наследство? След отговора на този въпрос би било необходимо да се определи как мутациите влияят върху възпроизвеждането на приони и да се оцени скоростта на този процес.

Едва в средата на 2000-те изследователите успяха да стигнат до първите заключения. Серия от експерименти потвърдиха способността на PrP протеина да се сгъва във формата PrP-Sc по няколко различни начина. Потвърдено е, че всеки от вариантите се наследява доста стабилно. Освен това бяха проведени експерименти за прехвърляне на приони от животни от един вид в друг. Резултатите показват намаляване на инкубационния период при животни от втория вид: следователно се наблюдава адаптиране на инфекциозния агент. Промененият патоген, „адаптиран“ към новите условия на съществуване, след това отново се въвежда на животни от първия тип и в този случай болестта протича по различен начин. Разликите в симптомите и протичането на болестта потвърждават, че нейният причинител се е променил.

Друга серия от експерименти беше посветена на изучаването на развитието на приони при неблагоприятни условия. В местообитанието им е добавено веществото SWA, което инхибира прионите (служи като инхибитор за тях). Животът и възпроизвеждането в такива условия беше трудна задача, но след известно време прионите демонстрираха резистентност към лекарството SWA. С всяко ново поколение на тези необичайни протеини тяхната стабилност само се увеличава и този процес с право се сравнява с еволюцията.

В сравнение с еволюцията на Дарвин, прионите нямат класически запис на резултатите, но въпреки това по някакъв начин предават информация чрез наследяване. Пространствената структура на молекулата на прионовия протеин не позволява голямо разнообразие от варианти, което е особено забележимо в сравнение с гигантските възможности на ДНК.

Остава открит въпросът за появата на нови форми (видове) приони чрез естествен подбор. Отговорът изисква дълго проучване на малки промени, които или ще бъдат коригирани, или не. Повечето учени са скептични относно тази възможност, но по-задълбочено изследване на въпроса е въпрос на близко бъдеще.

Изключение

Вероятно не си струва да ограничаваме ролята на прионите само до един процес. Инфекциозните протеини може да са частен случай на по-сериозен феномен. Ако приемем, че протеините с прионни качества са широко разпространени в природата, тогава тяхното влияние трябва да е огромно. Учени от университета Брукс в Оксфорд изследват хипотезата, че изчезването на неандерталците е пряко свързано с прионите. Популацията беше необратимо отслабена, вероятно в резултат на заболяване, което учените нарекоха заразяване с приони. Може би се е разпространил и чрез канибализъм, който вече беше обсъден в примера с куру.

Възможно ли е да се адаптираме към такава болест или неандерталците са били обречени? Този въпрос е частично отговорен от статия на американски учени за събитията в племето Fore (New England Journal of Medicine, 2009). Наскоро сред представители на това племе са открити случаи на вроден имунитет към куру. Учените смятат, че причината за този имунитет е нова форма на гена Pr-nP, възникнала естествено в резултат на полиморфизъм. Много точки все още остават неясни по отношение на това как работи имунитетът в този случай.

Гъбични приони (използвайки примера на дрожди)

В сравнение с прионите на бозайниците, прионите на микромицетите, тоест микроскопичните гъби, са по-задълбочено проучени. Пример за това е добре познатата мая.

Как се развиват прионите, като тези в дрождите? Оказва се, че в образуването им участват протеини, както нормални, така и в прионна форма. HSP104, или протеин на топлинен шок, играе специална роля. Обичайната му цел е да помогне на протеините да възвърнат естествената си форма след екстремно излагане, като например високи температури. HSP104, който също се нарича "шаперон", има същото свойство като прионите: той променя пространствената структура на други протеини. В резултат на експериментите е установено, че ако действието на шаперона бъде блокирано, след кратко време всички приони ще изчезнат от културата на гъбите.

Гъбичните приони не могат да представляват опасност за хората, поради сериозни различия в структурата от човешките приони.

Ролята на прионите при болестта на Алцхаймер

Известно е, че болестта на Алцхаймер засяга мозъка. Нарушенията в работата му се причиняват от появата на т. нар. плаки с различна структура, два основни вида. Учени от университетите в Базел и Кеймбридж изследваха връзката между прионната инфекция и появата на болестта на Алцхаймер. Променената форма на тау протеина се натрупва в нервните клетки и ги разрушава. Как се появява той? Учените са дали отговор: обикновеният тау протеин се превръща в дефектен и този процес е много подобен на прионна инфекция.

Големите плаки се класифицират като бета-амилоид, докато по-малките се състоят само от променен тау протеин. По време на образуването на нормален протеин възниква неизправност, поради която протеиновите вериги се разпадат на къси участъци, образувайки бета-амилоидни плаки. При нормални условия тау протеинът е част от цитоскелета, вид вътрешна „пътека“ или „релса“ на клетката, по която се движат органелите. При болестта на Алцхаймер тау протеинът се сгъва в полимерни топчета, като по този начин унищожава всички вътреклетъчни комуникационни пътища. Следващият етап е изчезването на контактите между невроните. Често ситуацията се влошава от полученото възпаление, причинено от растежа на протеинови полимери: плаки и заплитания. Инфекциозният агент тук е самият протеин, чийто метод на възпроизвеждане не зависи нито от ДНК, нито от РНК и е подобен на метода на възпроизвеждане, присъщ на пилето или скрейпи.

Изследването на прионите и моделите на тяхното възникване отваря нови научни хоризонти и може значително да разшири възможностите на фармакологията и медицината.