PRIONY: CHARAKTERYSTYKA, BUDOWA, FUNKCJE, CHOROBY - BIOLOGIA - 2026

Że priony są białkami bez genomu kwas nukleinowy, lub które działają jak czynniki zakaźne. Termin „prion” oznacza białkową cząstkę zakaźną (z angielskiego Proteinaceous Infectious Particles) i został wymyślony przez neurologa i zdobywcę nagrody Nobla, Stanleya B. Prusinera.

W 1982 roku Prusiner i jego współpracownicy zidentyfikowali zakaźną cząsteczkę białka, badając przyczyny chorób Creutzfeldta-Jakoba (u ludzi) i gąbczastej encefalopatii bydła.

Pozostałości bydlęcego białka prionowego. Zrobione i zredagowane z: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. and RCSB, przez Wikimedia Commons

Te rzadkie czynniki zakaźne znajdują się w błonie normalnych komórek, tylko w postaci nieprawidłowo sfałdowanych białek i / lub o nieprawidłowej trójwymiarowej strukturze. Białka te są odpowiedzialne za wiele chorób zwyrodnieniowych i bardzo wysoką śmiertelność, które wpływają na tkanki nerwowe i strukturę mózgu.

Nazywa się je również chorobami prionowymi. Do najważniejszych, które dotykają ludzi, należą kuru, choroba Gerstmanna-Sträusslera-Scheinkera, zespół Creutzfeldta-Jakoba i śmiertelna rodzinna bezsenność.

Charakterystyka ogólna

Priony to struktury białkowe obecne w błonach komórkowych. Te białka mają zmieniony kształt lub konformację.

Jeśli chodzi o jej rozmnażanie, odbywa się to poprzez konwersję form, jak w przypadku choroby trzęsawki owiec. W tej chorobie priony rekrutują PrP (C) (białka prionowe o niezmienionej konformacji) w celu stymulacji konwersji do izoformy PrP (Sc).

Powoduje to reakcję łańcuchową, która rozprzestrzenia materiał zakaźny, a tym samym umożliwia nawadnianie choroby. Jak przebiega ten proces konwersji, wciąż nie jest znane.

Te niezwykłe białka zdolne do namnażania nie mają kwasów nukleinowych. Dowodem na to jest odporność na promieniowanie rentgenowskie i ultrafioletowe. Te środki łatwo rozkładają kwasy nukleinowe.

Białka prionowe, z których składają się priony (PrP), występują w całym organizmie, nie tylko u ludzi, ale także u innych zdrowych kręgowców. Białka te są ogólnie odporne na proteazy (enzymy, które katalizują białka).

Niewiele wiadomo na temat przydatności białek prionowych PrP (C), normalnej postaci niezakaźnego białka w organizmie człowieka.

Jednak niektórym badaczom udało się wykazać, że u myszy białka te aktywują naprawę mieliny w komórkach obwodowego układu nerwowego. Wykazano również, że ich brak powoduje demielinizację takich komórek nerwowych.

Struktury

Wiedza, jaką posiadamy o budowie prionów, tkwi głównie w badaniach bakterii Escherichia coli.

Badania wykazały, że polipeptydy w łańcuchu PrP (C) (normalne) i PrP (Sc) (zakaźne) są identyczne pod względem składu aminokwasów, ale różnią się konformacją 3D i fałdowaniem.

PrP (C)

Te niezakaźne priony mają u ludzi 209 aminokwasów. Mają wiązanie dwusiarczkowe. Jego struktura jest alfa-helikalna, co oznacza, że ​​ma aminokwasy w kształcie spirali (helisy alfa) i kilka płaskich pasm aminokwasów (arkusze beta).

Białka tego nie można oddzielić przez wirowanie, co oznacza, że ​​nie ulega sedymentacji. Jest łatwo trawiony przez proteazę serynową o szerokim spektrum działania zwaną proteinazą K.

PrP (Sc)

Jest to zakaźne białko, które przekształca PrP (C) w zakaźne izoformy PrP (Sc) i ma nieprawidłową konfigurację lub kształt.

Niewiele wiadomo na temat jego struktury 3D, jednak wiadomo, że ma kilka śrubowych kształtów i więcej płaskich pasm lub arkuszy beta. Przejście do izoformy jest tak zwanym kluczowym zdarzeniem chorób prionowych.

cechy

Komórkowe białka prionowe znajdują się na powierzchni komórek wielu różnych narządów i tkanek. Niewiele wiadomo o fizjologicznych funkcjach prionów w organizmie. Mimo to eksperymenty przeprowadzone na myszach wskazują na możliwe funkcje, takie jak:

Z metabotropowymi receptorami glutaminianu

Wykazano, że PrP (C) działa z receptorami glutaminianu (jonotropowymi i metabotropowymi). PrP (C) uczestniczy jako receptor synaptotoksycznych oligomerów peptydu Aβ powierzchni komórki.

W rozwoju embrionalnym

Stwierdzono, że u myszy z rodziny Murinae białka prionowe PrP (C) ulegają ekspresji w ciągu kilku dni po implantacji, w rozwoju embrionalnym.

Wskazuje to, że odgrywają rolę w rozwoju tych małych ssaków. Rola, która według badaczy wiąże się z regulacją neurytogenezy (wytwarzaniem aksonów i dendrytów neuronów).

Działają również na wzrost aksonów. Te białka prionowe są nawet zaangażowane w rozwój obwodu móżdżku. Z tego powodu uważa się, że brak tych prionów PrP (C) prowadzi do opóźnienia w rozwoju motorycznym gryzoni.

Neuroprotekcyjny

W badaniach nad nadekspresją PrP (C) przez orientację genów stwierdzono, że brak tych prionów powoduje problemy z dopływem krwi do niektórych miejsc w mózgu (ostre niedokrwienie mózgu).

Oznacza to, że białka prionowe działają jako neuroprotektory. Ponadto wykazano, że nadekspresja PrP (C) może zmniejszyć lub poprawić urazy spowodowane niedokrwieniem.

Obwodowego układu nerwowego

Niedawno odkryto fizjologiczną rolę Prp (C) w utrzymaniu mieliny obwodowej.

Podczas badań laboratoryjnych odkryto, że pod nieobecność białka prionowego u myszy laboratoryjnych wystąpiły niedobory w nerwach przenoszących informacje z mózgu i rdzenia kręgowego, co nazywa się neuropatią obwodową.

Śmierć komórki

Istnieją białka podobne do prionów, które znajdują się w innych częściach ciała niż mózg.

Funkcją takich białek jest inicjowanie, regulowanie i / lub kontrolowanie śmierci komórki, gdy organizm jest atakowany (na przykład przez wirony), zapobiegając w ten sposób rozprzestrzenianiu się patogenu.

Ta szczególna funkcja tych białek sprawia, że ​​badacze zastanawiają się nad możliwym znaczeniem niezakaźnych prionów w walce z patogenami.

Pamięć długoterminowa

Badanie przeprowadzone w Stowers Institute w Missouri w USA wykazało, że priony PrP mogą odgrywać rolę w utrzymaniu pamięci długotrwałej.

Badanie wykazało, że niektóre białka prionowe można kontrolować, aby działały w utrzymaniu fizjologicznych funkcji pamięci długotrwałej.

Odnowa komórek macierzystych

Badanie białek prionowych, które ulegają ekspresji w komórkach macierzystych tkanki krwi, ujawniło, że wszystkie te komórki macierzyste (hematopoetyczne) wyrażają białka prionowe w błonie komórkowej. Uważa się więc, że uczestniczą w złożonym i bardzo ważnym procesie odnowy komórek.

Choroby wywoływane przez priony

Patologie pochodzenia prionowego są uznawane za postępujące degeneracyjne zaburzenia mózgu. Mogą atakować bydło, jelenie, karibu, owce, a nawet ludzi.

Choroby te są spowodowane zmianą struktury białek PrP (C) i których specyficzne funkcje są nadal niepewne. Patologie prionowe mogą pojawić się bez znanej przyczyny. Mogą mieć dziedziczne pochodzenie genetyczne i mogą być również przenoszone w sposób zakaźno-zaraźliwy.

Priony powodują choroby rodzinne, sporadyczne i zaraźliwe. Rodzinne choroby prionowe to te, które są dziedziczne. Sporadyczne patologie są najczęstsze i występują bez znanych przyczyn.

Choroby zakaźne są uważane za rzadkie, przenoszą się z człowieka na człowieka, ze zwierzęcia na zwierzę, z człowieka na zwierzę i odwrotnie. Przyczyny są wielorakie i sięgają od spożycia skażonego mięsa, kanibalizmu, transfuzji po obchodzenie się ze skażonym sprzętem chirurgicznym.

Najczęstsze choroby prionowe to:

Choroba Creutzfeldta-Jakoba (CJD)

Uważana za najpowszechniejszą chorobę prionową wśród ludzi, jest chorobą kosmopolityczną, to znaczy rozprzestrzenia się na całym świecie. Może być dziedziczna (rodzinna), sporadyczna lub zakaźna.

Pacjenci zgłaszają się z objawami, takimi jak demencja, szarpnięcia lub nagłe mimowolne ruchy oraz ubytki w ośrodkowym układzie nerwowym.

W zależności od zastosowanego leczenia i postaci choroby, śmierć może nastąpić od 4 miesięcy do 2 lat po nabyciu choroby. Diagnoza jest trudna do postawienia, zwykle dokonuje się jej sekcji zwłok, podczas sekcji zwłok.

Mikrofotografie świetlne tkanki mózgowej ujawniające obecność typowych blaszek amyloidowych występujących w wariantowym przypadku choroby Creutzfeldta-Jakoba. Zrobione i zredagowane przez: Dostawcy treści: CDC / Teresa Hammett Źródło zdjęcia: Sherif Zaki; MD; Doktor; Wun-Ju Shieh; MD; Doktor; MPH, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Choroba Gerstmanna-Sträusslera-Scheinkera

Jest to choroba wywoływana przez priony w dziedzicznym lub autosomalnie dominującym zakaźnym procesie mózgowym. Choroba objawia się u osób w wieku od 40 do 60 lat.

Osoby te mają problemy z artykulacją słów (dyzartria), szarpnięcia lub nagłe mimowolne ruchy, często występuje agresywność.

Objawiają się zwyrodnieniem móżdżku, któremu towarzyszy chwiejny chód. Można również zaobserwować między innymi hiporefleksję, głuchotę, paraliż wzroku, demencję. Średnia długość życia to około 5 lat lub trochę dłużej.

Prionopatia ze zmienną wrażliwością na proteazę

Jest to choroba bardzo rzadka, do tego stopnia, że ​​zakres jej występowania wynosi od 2 do 3 przypadków na 100 milionów mieszkańców. Patologia jest podobna do choroby Gerstmanna-Sträusslera-Scheinkera.

Kliniczne objawy białka wskazują na niską oporność na proteazy, niektóre są bardziej, a inne mniej wrażliwe na te enzymy.

Objawy, które zgłaszają pacjenci to: problemy z mową i zaburzeniami poznawczymi, utrata neuronów w obszarze, w którym mózg kontroluje ruchy i koordynuje mięśnie.

Choroba występuje często u starszych pacjentów (70 lat), a szacowana długość życia po zakażeniu wynosi około 20 miesięcy.

Śmiertelna bezsenność

Jest to choroba dziedziczna lub rodzinna, może również występować sporadycznie. Wiadomo, że choroba jest spowodowana dziedziczną lub autosomalną dominującą mutacją.

Pacjenci mają objawy, takie jak narastające problemy ze snem i utrzymaniem snu, demencja, zaburzenia funkcji poznawczych, a nawet problemy związane z nadciśnieniem, tachykardią, nadmierną potliwością i innymi.

Wiek, na który ma wpływ, jest dość szeroki, waha się od 23 do 73 lat, jednak średni wiek wynosi 40 lat. Żywotność po zakażeniu wynosi nieco ponad 6 lat.

Kuru

Ta choroba prionowa została wykryta tylko u mieszkańców Papui-Nowej Gwinei. Jest to choroba związana z kanibalizmem i kulturową tradycją rytuału żałoby po zmarłych, gdzie ludzie ci jedzą mózg lub ludzkie mięso.

Osoby, które są nosicielami choroby, zwykle mają niekontrolowane i mimowolne ruchy w różnych częściach ciała.

Występują drżenie, utrata kontroli nad ruchami i utrata koordynacji mięśniowej. Oczekiwana długość życia u zarażonych osób wynosi dwa lata.

Choroby zwierząt

Wśród patologii wywoływanych przez priony u zwierząt jest gąbczasta encefalopatia bydła. Choroba ta spowodowała spustoszenie w Europie, w zdrowiu publicznym, zwierzętach oraz w gospodarce dotkniętych nią krajów.

Inne choroby zwierząt obejmują trzęsawkę, zakaźną encefalopatię norek, przewlekłą chorobę wyniszczającą (u jeleni) i gąbczastą encefalopatię kotów.

Choroby te, podobnie jak te, które występują u ludzi, nie są skutecznie leczone, dlatego profilaktyka jest niezbędna zwłaszcza w przypadku zakażeń u ludzi, które wystąpiły w wyniku spożycia mięsa zakażonych krów.

Zabiegi

Jak dotąd nie jest znane lekarstwo na choroby prionowe. Leczenie jest objawowe. Pacjentom zaleca się zaplanowanie opieki paliatywnej i badań genetycznych oraz doradztwo dla członków rodziny.

U pacjentów z chorobami prionowymi testowano szeroką gamę leków, takich jak leki przeciwwirusowe, przeciwnowotworowe, leki na choroby, takie jak choroba Parkinsona, leki immunosupresyjne, antybiotyki, leki przeciwgrzybicze, a nawet leki przeciwdepresyjne.

Jednak obecnie nie ma dowodów wskazujących, że niektóre z nich zmniejszają objawy lub poprawiają przeżycie pacjentów.

Zapobieganie

Priony są odporne na różnorodne zmiany fizyczne i chemiczne. Jednak stosuje się różne techniki, aby uniknąć zakażenia pacjentów zanieczyszczonymi narzędziami chirurgicznymi.

Do najczęściej stosowanych technik należy sterylizacja sprzętu w autoklawie w temperaturze 132 ° C przez jedną godzinę, a następnie zanurzenie narzędzi w wodorotlenku sodu na co najmniej godzinę.

Z drugiej strony Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) opracowała środki zapobiegające rozprzestrzenianiu się chorób prionowych. Organizacja ta ustala normy postępowania z niedozwolonymi lub potencjalnie niebezpiecznymi tkankami, takimi jak: oczy, mózg, jelita, migdałki i rdzeń kręgowy.

Bibliografia

1. Prion, zakaźny agent. Odzyskany z britannica.com.
2. Co to jest prion? Odzyskany z Scientificamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Priony - Proteinaceous Infectious Particles. Journal, Indyjska Akademia Medycyny Klinicznej.
4. Prion. Odzyskany z en.wikipedia.org
5. KM Pan, M. Baldwin, J. Nguyen, M. Gasset, A. Serban, D. Groth, I. Mehlhorn, Z. Huang, RJ Fletterick, FE Cohen (1993). Konwersja alfa-helis w beta-arkusze cechy w tworzeniu białek prionowych scrapie. Materiały z National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych Ameryki.
6. MAMA. Wulf, A. Senatore i A. Aguzzic (2017). Biologiczna funkcja komórkowego białka prionowego: aktualizacja. Biologia BCM.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Białko prionowe ulega ekspresji na długookresowej odbudowie hematopoetycznych komórek macierzystych i jest ważne dla ich samoodnawiania. Materiały z National Academy of Sciences w Stanach Zjednoczonych Ameryki.
8. Przegląd chorób prionowych (pasażowalnych encefalopatii gąbczastych). Pobrano z msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Redondo, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010). Prionpaties: encefalopatie prionowe. Medycyna rodzinna. SEMERGEN.