PRIÓNY: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE, CHOROBY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto prióny sú proteíny bez genómu nukleovej kyseliny alebo ktoré pôsobia ako infekčným agens. Termín „prión“ znamená bielkovinovú infekčnú časticu (z anglických bielkovinových infekčných častíc), ktorú vytvoril neurológ a nositeľ Nobelovej ceny Stanley B. Prusiner.

V roku 1982 Prusiner a jeho kolegovia identifikovali infekčnú proteínovú časticu pri štúdiu príčin Creutzfeldt-Jakobových chorôb (u ľudí) a bovinnej spongiformnej encefalopatie.

Zvyšky bovinného priónového proteínu. Prevzaté a upravené: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. a RCSB, prostredníctvom Wikimedia Commons

Tieto zriedkavé infekčné agens sa nachádzajú v membráne normálnych buniek, iba ako chybné proteíny a / alebo s abnormálnou trojrozmernou štruktúrou. Tieto proteíny sú zodpovedné za mnohopočetné degeneratívne ochorenia a veľmi vysokú úmrtnosť, ktorá ovplyvňuje nervové tkanivá a štruktúru mozgu.

Nazývajú sa tiež priónové choroby. Medzi najdôležitejšie, ktoré postihujú ľudí, patrí kuru, Gerstmann-Sträussler-Scheinkerova choroba, Creutzfeldt-Jakobov syndróm a fatálna familiárna nespavosť.

Všeobecné charakteristiky

Prióny sú proteínové štruktúry prítomné v bunkových membránach. Tieto proteíny majú zmenený tvar alebo konformáciu.

Pokiaľ ide o jeho množenie, dosahuje sa prostredníctvom konverzie foriem, ako je to v prípade choroby klusavky. Pri tejto chorobe prióny získavajú PrP (C) (priónové proteíny nezmenenej konformácie), aby stimulovali konverziu na izoformu PrP (Sc).

To vytvára reťazovú reakciu, ktorá šíri infekčný materiál, a preto umožňuje zavlažovanie choroby. Ako tento konverzný proces prebieha, je stále neznáme.

Tieto neobvyklé proteíny schopné množenia neobsahujú nukleové kyseliny. Dôkazom toho je, že sú odolné proti röntgenovým lúčom a ultrafialovému žiareniu. Tieto činidlá ľahko štiepia nukleové kyseliny.

Prionové proteíny, z ktorých sa skladajú prióny (PrP), sa nachádzajú v tele nielen u ľudí, ale aj u iných zdravých stavovcov. Tieto proteíny sú všeobecne rezistentné na proteázy (enzýmy, ktoré katalyzujú proteíny).

O užitočnosti priónových proteínov PrP (C), čo je normálna forma neinfekčného proteínu v ľudskom tele, je známe len veľmi málo.

Niektorí vedci však dokázali, že u myší tieto proteíny aktivujú opravu myelínu v bunkách periférneho nervového systému. Ukázalo sa tiež, že ich absencia spôsobuje demyelinizáciu takýchto nervových buniek.

štruktúry

Poznatky o štruktúre priónov spočívajú hlavne vo výskumoch uskutočňovaných na baktérii Escherichia coli.

Štúdie ukázali, že polypeptidy v reťazci PrP (C) (normálne) a PrP (Sc) (infekčné) sú identické v zložení aminokyselín, líšia sa však svojou 3D konformáciou a skladaním.

PrP (C)

Tieto neinfekčné prióny majú u ľudí 209 aminokyselín. Majú disulfidovú väzbu. Jeho štruktúra je alfa-helikálna, čo znamená, že má špirálovité aminokyseliny (alfa helixy) a málo plochých vlákien aminokyselín (beta listy).

Tento proteín sa nedá oddeliť odstredením, čo znamená, že nie je sedimentovateľné. Ľahko sa štiepi širokospektrálnou serínovou proteázou nazývanou proteináza K.

PrP (Sc)

Je to infekčný proteín, ktorý transformuje PrP (C) na infekčné izoformy PrP (Sc) as abnormálnou konfiguráciou alebo tvarom.

O jeho 3D štruktúre je známe len veľmi málo, je však známe, že má málo špirálovitých tvarov a viac plochých prameňov alebo beta listov. Posun k izoforme je známy ako kľúčová udalosť priónových chorôb.

Vlastnosti

Bunkové priónové proteíny sú umiestnené na bunkovom povrchu širokého spektra orgánov a tkanív. O fyziologických funkciách priónov v tele je známe len veľmi málo. Napriek tomu experimenty na myšiach naznačujú možné funkcie, ako napríklad:

S metabotropickými glutamátovými receptormi

Ukázalo sa, že PrP (C) pôsobí s glutamátovými receptormi (ionotropnými a metabotropnými). PrP (C) sa zúčastňuje ako receptor synaptotoxických oligomérov peptidu Ap na povrchu bunky.

V embryonálnom vývoji

U myší z rodiny Murinae sa zistilo, že priónové proteíny PrP (C) sa exprimujú v priebehu niekoľkých dní po implantácii v embryonálnom vývoji.

To naznačuje, že zohrávajú úlohu pri vývoji týchto malých cicavcov. Úloha, ktorá podľa vedcov súvisí s reguláciou neuritogenézy (produkcia axónov a dendritov neurónov).

Pôsobia tiež na rast axónov. Tieto priónové proteíny sa dokonca podieľajú na vývoji mozgového obvodu. Z tohto dôvodu sa verí, že neprítomnosť týchto priónov PrP (C) spôsobuje oneskorenie v motorickom vývoji hlodavcov.

neuroprotektívne

V štúdiách zameraných na nadmernú expresiu PrP (C) génovou orientáciou sa zistilo, že neprítomnosť týchto priónov spôsobuje problémy s prísunom krvi do niektorých miest v mozgu (akútna mozgová ischémia).

To znamená, že priónové proteíny fungujú ako neuroprotektory. Ďalej sa ukázalo, že nadmerná expresia PrP (C) môže znížiť alebo zlepšiť zranenia spôsobené ischémiou.

Periférny nervový systém

Nedávno bola objavená fyziologická úloha Prp (C) pri udržiavaní periférneho myelínu.

Počas laboratórnej štúdie sa zistilo, že v neprítomnosti priónového proteínu sa u laboratórnych myší vyvinuli nedostatky v nervoch, ktoré prenášajú informácie z mozgu a miechy, čo sa nazýva periférna neuropatia.

Bunková smrť

Niektoré proteíny sú podobné priónom a nachádzajú sa v iných častiach tela ako mozgu.

Funkciou takýchto proteínov je iniciovať, regulovať a / alebo kontrolovať bunkovú smrť, keď je organizmus napadnutý (napríklad vírmi), čím sa zabráni šíreniu patogénu.

Táto zvláštna funkcia týchto proteínov vedie vedcov k premýšľaniu o možnom význame neinfekčných priónov v boji proti patogénom.

Dlhodobá pamäť

Štúdia vykonaná v Stowers Institute v Missouri v USA ukázala, že prióny PrP môžu hrať úlohu pri udržiavaní dlhodobej pamäte.

Štúdia odhalila, že určité priónové proteíny sa dajú regulovať tak, aby fungovali pri udržiavaní fyziologických funkcií dlhodobej pamäte.

Obnova kmeňových buniek

Výskum priónových proteínov, ktoré sú exprimované v kmeňových bunkách krvného tkaniva, odhalil, že všetky tieto kmeňové bunky (hematopoetické) exprimujú priónové proteíny vo svojej bunkovej membráne. Preto sa predpokladá, že sa podieľajú na komplexnom a veľmi dôležitom procese obnovy buniek.

Choroby spôsobené priónmi

Patológie priónového pôvodu sú známe ako progresívne degeneratívne poruchy mozgu. Môžu útočiť na hovädzí dobytok, jelene, karibu, ovce a dokonca aj na ľudí.

Tieto choroby sú spôsobené zmenou štruktúry proteínov PrP (C) a ktorých špecifické funkcie sú dnes neisté. Patologické nálezy priónov môžu vzniknúť bez známej príčiny. Môžu mať zdedený genetický pôvod a môžu sa prenášať aj infekčne nákazlivým spôsobom.

Prióny spôsobujú familiárne, sporadické a nákazlivé choroby. Familiárne priónové choroby sú tie, ktoré sú dedičné. Sporadické patológie sú najbežnejšie a vyskytujú sa bez známych príčin.

Nákazlivé choroby sa považujú za zriedkavé, prenášajú sa z človeka na človeka, zo zvieraťa na zviera, z človeka na zviera a naopak. Príčiny sú početné a siahajú od konzumácie kontaminovaného mäsa, kanibalizmu, transfúzií až po manipuláciu s kontaminovaným chirurgickým zariadením.

Najbežnejšie priónové choroby sú:

Creutzfeldt-Jakobova choroba (CJD)

Vzhľadom na najbežnejšiu priónovú chorobu u ľudí je to kozmopolitná choroba, to znamená, že má celosvetovú distribúciu. Môže byť dedičné (familiárne), sporadické alebo infekčné.

Pacienti majú príznaky, ako je demencia, trhavé miesta alebo náhle mimovoľné pohyby a deficity centrálneho nervového systému.

V závislosti od liečby a formy ochorenia môže nastať smrť medzi 4 mesiacmi a 2 rokmi po získaní choroby. Diagnózu je ťažké stanoviť, zvyčajne sa robí post mortem, počas pitvy.

Svetelná mikrofotografia mozgového tkaniva odhaľujúca prítomnosť typických amyloidných plakov nájdených vo variante prípad Creutzfeldt-Jakobovej choroby. Prevzaté a upravené: Poskytovatelia obsahu: CDC / Teresa Hammett Foto Kredit: Sherif Zaki; MD; PhD; Wun-Ju Shieh; MD; PhD; MPH, prostredníctvom Wikimedia Commons

Gerstmann-Sträussler-Scheinkerova choroba

Je to choroba spôsobená priónmi v dedičnom alebo autozomálne dominantnom infekčnom mozgovom procese. Ochorenie sa prejavuje u ľudí vo veku 40 až 60 rokov.

Títo ľudia prejavujú problémy s vyjadrením slov (dysartria), trhaním alebo náhlymi mimovoľnými pohybmi, pričom agresivita je častá.

Majú mozgovú degeneráciu sprevádzanú nestabilnou chôdzou. Medzi ďalšie príznaky je tiež možné pozorovať hyporeflexiu, hluchotu, ochrnutie očí, demenciu. Stredná dĺžka života je asi 5 rokov alebo o niečo dlhšia.

Prionopatia s variabilnou citlivosťou na proteázu

Je to veľmi zriedkavé ochorenie, keďže jeho výskyt sa pohybuje od 2 do 3 prípadov na 100 miliónov obyvateľov. Patológia je podobná Gerstmann-Sträussler-Scheinkerovej chorobe.

Klinické prejavy proteínu naznačujú nízku rezistenciu na proteázy, niektoré sú na tieto enzýmy menej citlivé.

Príznaky, ktoré pacienti vykazujú, sú: problémy s rečou a kognitívnymi poruchami, strata neurónov v oblasti, kde mozog riadi pohyby a vykonáva koordináciu svalov.

Ochorenie je bežné u starších pacientov (70 rokov) a odhadovaná dĺžka života po infikovaní je približne 20 mesiacov.

Smrteľná nespavosť

Je to dedičné alebo familiárne ochorenie, môže sa vyskytnúť aj ojedinele. O tejto chorobe je známe, že je spôsobená dedičnou alebo autozomálne dominantnou mutáciou.

Pacienti majú príznaky, ako sú kumulatívne problémy so spánkom a udržiavaním spánku, demencia, kognitívne poruchy, dokonca problémy s hypertenziou, tachykardiou, hyperhidrózou a ďalšie.

Vek, ktorý postihuje, je pomerne široký, pohybuje sa medzi 23 a 73 rokmi, priemerný vek je však 40 rokov. Životnosť po infikovaní je niečo viac ako 6 rokov.

kuru

Táto priónová choroba bola zistená iba u obyvateľov Papuy-Novej Guiney. Je to choroba spojená s kanibalizmom a kultúrnou tradíciou rituálu smútku nad mŕtvych, keď títo ľudia jedia mozog alebo ľudské telo.

Ľudia, ktorí túto chorobu nosia, majú obvykle nekontrolovateľné a nedobrovoľné pohyby v rôznych častiach tela.

Predstavujú tras, stratu kontroly nad pohybmi a stratu svalovej koordinácie. Stredná dĺžka života infikovaných ľudí je dva roky.

Choroby zvierat

Medzi patológie produkované priónmi u zvierat patrí bovinná spongiformná encefalopatia. Táto choroba spôsobila zmätok v Európe, v oblasti verejného zdravia, zdravia zvierat a hospodárstva postihnutých krajín.

Medzi ďalšie choroby zvierat patria klusavka, prenosná encefalopatia noriek, chronická chradnúca choroba (jeleň) a mačacia spongiformná encefalopatia.

Tieto choroby, rovnako ako tie, ktoré sa vyskytujú u ľudí, postrádajú účinnú liečbu, takže prevencia je nevyhnutná najmä po infekciách u ľudí, ktoré sa vyskytli v dôsledku konzumácie mäsa z infikovaných kráv.

ošetrenie

Doteraz nie je známy žiadny liek na priónové choroby. Liečba je symptomatická. Pacientom sa odporúča naplánovať paliatívnu starostlivosť a odporúča sa genetické testovanie a odporúča sa poradenstvo pre rodinných príslušníkov.

U pacientov s priónovými chorobami sa testovalo široké spektrum liekov, ako sú antivirotiká, protinádorové lieky, lieky na choroby, ako je Parkinsonova choroba, liečba imunosupresie, antibiotiká, antimykotiká, dokonca aj antidepresíva.

V súčasnosti však neexistuje žiadny dôkaz, ktorý by naznačoval, že niektoré z nich zmierňujú príznaky alebo zlepšujú prežitie pacientov.

prevencia

Prióny sú odolné voči rôznym fyzikálnym a chemickým zmenám. Používajú sa však rôzne techniky, aby sa zabránilo kontaminácii pacientov kontaminovanými chirurgickými nástrojmi.

Medzi najpoužívanejšie techniky patrí sterilizácia zariadenia v autokláve pri 132 ° C po dobu jednej hodiny a potom ponorenie nástrojov do hydroxidu sodného po dobu najmenej jednej ďalšej hodiny.

Na druhej strane Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) vyvinula opatrenia na prevenciu šírenia priónových chorôb. Táto organizácia stanovuje normy pre zaobchádzanie so zakázanými alebo potenciálne rizikovými tkanivami, ako sú: oči, mozog, črevo, mandle a miecha.

Referencie

1. Prión, infekčný agent. Obnovené zo stránky britannica.com.
2. Čo je prión? Získané z adresy scientificamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Prióny - bielkovinové infekčné častice. Časopis, Indická akadémia klinického lekárstva.
4. Prion. Obnovené 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). Konverzia alfa-helixov na beta-listy má za následok tvorbu priónových proteínov scrapie. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických.
6. M.-A. Wulf, A. Senatore a A. Aguzzic (2017). Biologická funkcia bunkového priónového proteínu: aktualizácia. BCM Biology.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Priónový proteín sa exprimuje na dlhodobo repopulujúcich hematopoetických kmeňových bunkách a je dôležitý pre ich samoobnovenie. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických.
8. Recenzia priónových chorôb (prenosné spongiformné encefalopatie) Zdroj: msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Redondo, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010). Prionopatia: priónové encefalopatie. Rodinné lekárstvo. SEMERGEN.