Prioni in konformacijske spremembe

Datoteke:
DatotekaVelikost
Snemi datoteko (prioni.doc)prioni.doc51 kB
Uvod
Konformacijske bolezni so tiste, pri katerih ključni protein spremeni konformacijo, postane stabilnejši, monomere se povezujejo v netopne skupke(fibrile), ki se odlagajo v tkivu(amiloid) in ga uničujejo.(1) Spremenjeni proteini imajo v sek. strukturi značilno povečan delež ß-lista.(1,2,3,4,) Vzroki za spremembo so večinoma genetski, čeprav se v manjši meri ta proces pojavlja tudi pri normalnih proteinih.(1) Okvara se odraža v znižanju aktivacijske energije za prehod v novo konformacijo.(4) Tipično je, da se transformira le določen delež proteinskih molekul, tako da se bolezen praviloma pojavi šele v poznejšem življenjskem obdobju, ko se nakopiči veliko polimeriziranega depozita.(1)
Pri nekaterih boleznih se mutacija proteina izrazi le ob povišani telesni temperaturi, vendar za razliko od večine konformacijskih bolezni transformacija prizadene veliko molekul naenkrat, kar da akutno sliko motnje.(1)
Prionoze tudi spadajo med konformacijske bolezni, izstopajo pa zaradi dejstva, da se lahko bolezen pridobi tudi z infekcijo.(1)
Vsebina
1. Prionoze. Kot pove ime samo, jih povzroča prion.(2,3) Kar neverjetno je, da kljub desetletjem raziskav, širokemu družbenemu interesu in podeljeni Nobelovi nagradi(2) še ni jasno, kaj to natančno je: celoten, spremenjen celični prionski protein(PrPsc), njegovi intermediati, specifični segmenti ali kompleks Prpsc + nek normalen protein (protein x).(3) Splošno je sprejeto, da je prion protein in da je tesno povezan s PrP(ni mikroorganizem).(3) PrPsc se od normalnega celičnega prionskega proteina(PrPc) razlikuje po sekundarni strukturi, bistveno povečanem deležu ß-list formacije, posledično zmanjšani topnosti in praviloma zvečani odpornosti proti proteazi K (2). Izboljšana je stabilnost proteina, zato je odporen na zelo visoke temperature(problem pri sterilizaciji). Posebno pomembno je dejstvo, da se z okvarjenim proteinom bolezen lahko prenese na genetsko zdrav organizem. Prenese se celo specifična bolezenska slika.(3) Znano je, da se prioni prenašajo tudi med različnimi vrstami.(1)V poskusih so prenesli patogeni prion iz hrčkov na miši. Te niso zbolele. Ko pa so ekstrakt možganov zdravih miši prenesli v drugo skupino hrčkov, so ti razvili enako stanje, kot ga je imela skupina, iz katere je patogeni prion izhajal.(3) Očitno je, da se je patogeni prion v miših ˝razmnoževal˝, a ostajal prikrit, z ohranjeno virulenco. Ta lastnost je zastrašujoča: pri pojavu bovine spongiformne encefalopatije(BSE) in z njo povezane nove variante Creutzfeldt-Jacob-ove bolezni(vCJD) je bilo možno povezati na tisoče obolelih krav s podobno klinično sliko pri ljudeh, tako da so (s primitivnimi metodami) zajezili hudo epidemijo. V primeru, da bi prioni na človeka prehajali preko mesa živali, ki ne bi zbolela, ne bi mogli ukrepati. Bi mar potem iztrebili vse klavne živali! Sposobnost, da različni PrPsc (različne mutacije in s tem tudi terciarne strukture) povzročajo različne slike bolezni razlaga ideja o mehanizmu njihove virulence(2,3). PrPsc naj bi deloval kot matrica za transformacijo in šaperon hkrati. Ker je nepolaren, ima veliko afiniteto do normalnih prionov, pride do interakcije. Prehod PrPc v PrPsc je termodinamsko(TD) zelo ugoden. Okvarjeni prion zmanjša aktivacijsko energijo. Dejanski mehanizem reakcije je nepoznan, verjetno je udeležen protein x, saj in vitro transformacija z definiranim medijem ni uspešna. Poteka v citoplazmi, torej mora prion najprej preusmeriti PrP iz sekretorne poti v citoplazmo.(3). Načinov okužbe je več. V laboratorijih uporabljajo cerebralno inokulacijo, biološka infekcija pa je možna s hrano, preko krvi, veznice, z okuženimi instrumenti in presajenimi organi(retina).Udeleženi so živci, imunske celice in limfatični organi.(3) Malo je znanega o tem, kako prioni poškodujejo tkivo.(3) Funkcija PrPc ni odkrita.(3) Na akademski ravni obstaja še ena izjemna lastnost:ker prioni prenašajo informacijo, potrebno za nastanek biološko aktivnega proteina med osebki in celo vrstami, rušijo centralno genetsko dogmo!
2. Serpini. Gre za družino serinskih proteaznih inhibitorjev, ki jih sintetizirajo jetra, delujejo pa v plazmi in tkivih. Znani so  1-antitripsin, antitrombin, C1-inhibitor.(1) Njihov smisel je v preprečevanju prekomerne razgradnje specifičnih proteinov. Npr.  1antitripsin nekompetitivno veže elastazo, zato se v pljučih ohrani več elastina.(1,4) Od konformacijskih bolezni so s serpini povezane najbolje raziskane in so zato vodilo pri razumevanju ostalih. Princip delovanja(1,4): Ključni strukturi sta reaktivna zanka in ß-list A, ki ga gradi 5 verig. TD najbolj ugodna konformacija nastane, če se reaktivna zanka vključi v omenjeni ß-list, tako da nastane 6-verižni ß-list, vendar je energijska barijera za prehod velika. Serpin ima do proteaze, ki jo inhibira, odnos substrata. V interakciji med njima proteaza prereže zanko. Ta se veliko lažje vključi v ß-list. Konformacijsko gibanje serpina ob tem objame proteazo in ker je nastala struktura TD zelo ugodna, ostane proteaza trajno inaktivirana. Pri konformacijski bolezni pa genetska napaka serpina povzroči, da je energijska barijera za vključitev zanke v ß-list brez cepljenja dovolj nizka, da se to lahko zgodi nespecifično. Do tega pa ne pride na ravni ene molekule, temveč se reaktivna zanka enega proteina vključi v ß-list drugega, kar omogoča neomejeno dodajanje novih serpinov. Nastali agregati so netopni in se precipitirajo(amiloid) v jetrih(kjer je največja koncentracija). Posledično je zmanjšana prisotnost aktivnih serpinov v plazmi in povečana aktivnost specifične proteaze. Z leti se učinki sumirajo, v primeru deficience  1-antitripsina je to razvoj emfizema in kasneje ciroza jeter. Pri serpinih so odkrili obstoj akutnih konformacijskih bolezni(1), pri katerih je reaktivnost zanke pogojena s temperaturo telesa. Pri normalni temperaturi je delovanje normalno, pri visoki pa večina molekul serpina preide v patološko konformacijo. Vročina je navadno posledica infekcije, ki poveča sintezo serpinov. Znani so primeri akutnih hudih tromboz zaradi antitrombinske napake in juvenilna ciroza jeter zaradi  1-antitripsina.
3. Alzheimerjeva bolezen. Ta bolezen ima več oblik: avtosomno dominantno, ki se pojavi med 45 in 65 letom, nemendelsko z geni za rizične faktorje in povsem starostno pogojeno.(5) Ključen je amiloid ß(Aß), ki povezan v fibrile tvori za bolezen tipične senilne lehe. V majhnih količinah normalno nastaja, kar razloži izključno starostno pogojene primere. Obdajajo jih distrofični nevriti in astrociti, leha se lahko vname, nevroni propadajo(5). Razhajanja okoli vprašanja ali bolezen povzročajo fibrile Aß(1,4) ali senilne lehe(5) so burna. Podobno je z vpletenostjo proteina tau v etiopatogenezo bolezni, le da se tu krepi mnenje, da gre pri prekomerni fosforilaciji tau-a in agregaciji v nevrofibrilarne pentlje bolj za posledico ali ločeno motnjo kot pa za vzrok(4,5). Značilno je, da se propad in degeneracija nevronov širi iz primarno prizadetih področij retrogradno v predele, ki izločajo nevrotransmiterje, kar še oteži klinično stanje, ki je predvsem progresivna demenca, motene kognitivne funkcije, nezmožnost trajnega pomnenja itd.(5)
Aß izvira iz amiloidnega prekurzorskega proteina(APP) (1,3,4,5). APP je transmembranski protein, ki ima nenavaden metabolizem. Intenzivno ga namreč cepi v ekstracelularnem prostoru  -sekretaza . Na zunanji strani nastane APPs, ki ima neznano funkcijo. Tisti APP, ki se ne cepi, se internalizira, nato pa v endosomih delujejo nanj ß in  -sekretaze. Pomembne so slednje, saj predstavljajo povsem nov tip proteaze: APP cepijo sredi transmembranske regije. Pred tem odkritjem so imeli intramembransko endoproteolizo za neizvedljivo. Sprosti se Aß, ki se izloči iz celice.(3,5)  -sekretaza je tetramer, čigar ključna komponenta je presenilin, ki regulira delovanje kompleksa in je hkrati vključen v encimsko aktivnost. Prezenilin se aktivira z endoproteolizo, nastala dela se vežeta s proteinoma nikastrinom in APH v tetramer. Najpomembnejši substrat je APP. Znotrajmembransko cepljenje je dvojno; poleg Aß nastane še krajša sekvenca z neznanim pomenom. Prezenilin v okviru regulatorne vloge natančno določa mesto cepitve in s tem dolžino Aß.(3) , kar vpliva na tendenco po precipitaciji. Mutirani prezenilini povzročijo podaljšanje Aß.(3) Monogenske Alzheimerjeve bolezni so povzročene izključno z mutacijo na genih za prezenilin 1 in 2 ali genu za APP.(3) V splošnem je Alzheimerjeva bolezen posledica motnje na ravni APP ali Aß(5). Poleg mutacije gena za APP so motnje še povečano izražanje gena kot: odziv na citokine(negativen pomen vnetij za bolezen) in kemičnega učinka že nastalega amiloida, trisomija 21, ker se gen za APP nahaja na kromosomu 21 in okvara sekretaz. Pri motnjah neposredno v zvezi z Aß prevladujejo dejavniki povečanega tveganja, med njimi apo E, ki promovira vezavo Aß v lehe.
4. terapija. Zdravljenje danes še ni na voljo in obsega preventivo, predvsem rigorozno zdravljenje infekcij. Obetajoči so poskusi, pri katerih uspešno preprečujejo povezovanje proteinov v fibrile s proteini ali oligosaharidi, ki preprečujejo formiranje ß-lista(1,2,4). Pri preučevanju prionov so ugotovili, da se zaradi dolgotrajne inkubacijske dobe lahko prepreči dostop prionom v možgane s specifičnimi protitelesi(4), po infekciji pa se to in vivo lahko le zavira. V kulturi nevronov določene snovi preprečijo replikacijo prionov.(3) znano je, da izražanje različnih PrPc zmanjšuje možnost za infekcijo in da so različni polimorfizmi PrPc neobčutljivi za infekcijo z določenimi prioni.(3) Napovedi za pojav učinkovitih sredstev v prihodnosti so, a na vidiku ni še noben proizvod.
Zaključek :
Konformacijske bolezni so na videz heterogene motnje, ki pa jih druži skupen biokemični mehanizem nastanka in postopen, dolgotrajen razvoj. Uvrstitev v skupino poudari te lastnosti in napeljuje na enovit pristop k terapiji, ki bo v prihodnosti, glede na naraščajoč domet znanosti in hkrati pojavnost tovrstnih bolezni, dokaj aktualna.
Literatura :
1 Carrell R.W., Lomas D.A. Conformational disease. Lancet 1997;350:134-38
2 Wisniewski T., Aucouturier P., Soto C., Frangione B. The prionoses and other conformational disorders. Amyloid: Int.J.Exp.Clin.Invest. 1998;5, 212-224
3 Aguzzi A, Haass C. Games Played by Rogue Proteins in Prion Disorders and Alzheimer´s Disease. Science 2003; vol302
4 Carrell R.W., Gooptu B. Conformational changes and disease-serpins, prions and Alzheimer´s. Current Opinion in Structural Biology 1998; 8:799-809
5 Dušan Sket. Alzheimerjeva bolezen. V:Bresjanac M., Bunc M, Črne- Finderle N. et al. Izbrana poglavja iz patološke fiziologije. 9. Izd. 1. Pon. Ljubljana, Medicinska fakulteta 2001 ISBN 961-09320-7-1

You have no rights to post comments

Uporabniški račun