PRIONY: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, FUNKCE, NEMOCI - BIOLOGIE - 2025

Tyto Priony jsou proteiny bez genomu nukleové kyseliny nebo které působí jako infekčním agens. Termín "prion" znamená proteinovou infekční částici (z anglických bílkovinných infekčních částic) a byl vytvořen neurologem a nositelem Nobelovy ceny Stanleyem B. Prusinerem.

V roce 1982 Prusiner a jeho kolegové identifikovali infekční proteinové částice, zatímco studovali příčiny Creutzfeldt-Jakobových chorob (u lidí) a bovinní spongiformní encefalopatii.

Zbytky hovězího prionového proteinu. Převzato a upraveno: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. a RCSB, přes Wikimedia Commons

Tato vzácná infekční agens se nacházejí v membráně normálních buněk, pouze jako špatně složené proteiny a / nebo s abnormální trojrozměrnou strukturou. Tyto proteiny jsou zodpovědné za mnohočetné degenerativní choroby a velmi vysokou úmrtnost, které ovlivňují nervové tkáně a strukturu mozku.

Nazývají se také prionová onemocnění. Mezi nejdůležitější, které postihují lidi, patří kuru, Gerstmann-Sträussler-Scheinkerova choroba, Creutzfeldt-Jakobův syndrom a fatální familiární nespavost.

Obecné vlastnosti

Priony jsou proteinové struktury přítomné v buněčných membránách. Tyto proteiny mají změněný tvar nebo konformaci.

Pokud jde o jeho rozmnožování, dosahuje se přeměnou forem, jako v případě klusavky. U této choroby priony získávají PrP (C) (prionové proteiny nezměněné konformace), aby stimulovaly přeměnu na isoformu PrP (Sc).

To vytváří řetězovou reakci, která šíří infekční materiál, a proto umožňuje zavlažování nemoci. Jak tento proces převodu probíhá, není dosud známo.

Tyto neobvyklé proteiny schopné množení neobsahují nukleové kyseliny. Důkazem toho je, že jsou odolné vůči rentgenovému záření a ultrafialovému záření. Tato činidla snadno štěpí nukleové kyseliny.

Prionové proteiny, z nichž jsou složeny priony (PrP), se nacházejí v celém těle, nejen u lidí, ale i u jiných zdravých obratlovců. Tyto proteiny jsou obecně rezistentní na proteázy (enzymy, které katalyzují proteiny).

O užitečnosti prionových proteinů PrP (C), normální formy neinfekčního proteinu v lidském těle, je známo jen velmi málo.

Někteří vědci však dokázali, že tyto proteiny u myší aktivují opravu myelinu v buňkách periferního nervového systému. Ukázalo se také, že jejich nepřítomnost způsobuje demyelinaci takových nervových buněk.

Struktury

Znalosti o struktuře prionů spočívají hlavně ve výzkumu prováděném na bakterii Escherichia coli.

Studie ukázaly, že polypeptidy v řetězci PrP (C) (normální) a PrP (Sc) (infekční) jsou identické ve složení aminokyselin, ale liší se ve své 3D konformaci a skládání.

PrP (C)

Tyto neinfekční priony mají u lidí 209 aminokyselin. Mají disulfidovou vazbu. Jeho struktura je alfa-helikální, což znamená, že má spirálovité aminokyseliny (alfa helices) a několik plochých řetězců aminokyselin (beta listy).

Tento protein nelze oddělit odstředěním, což znamená, že není sedimentovatelné. Snadno se štěpí širokospektrální serinovou proteázou zvanou proteináza K.

PrP (Sc)

Je to infekční protein, který transformuje PrP (C) na infekční izoformy PrP (Sc) as abnormální konfigurací nebo tvarem.

O jeho 3D struktuře je známo jen velmi málo, je však známo, že má málo spirálových tvarů a více plochých pramenů nebo beta listů. Posun k izoformě je tím, co je známé jako klíčová událost prionových chorob.

Funkce

Buněčné prionové proteiny jsou umístěny na buněčném povrchu celé řady orgánů a tkání. O fyziologických funkcích prionů v těle je známo jen velmi málo. Přesto experimenty na myších naznačují možné funkce, jako například:

S metabotropními glutamátovými receptory

Ukázalo se, že PrP (C) působí s glutamátovými receptory (ionotropními a metabotropními). PrP (C) se účastní jako receptor synaptotoxických oligomerů peptidu Ap na buněčném povrchu.

V embryonálním vývoji

U myší z rodiny Murinae bylo zjištěno, že prionové proteiny PrP (C) jsou exprimovány během několika dnů po implantaci v embryonálním vývoji.

To naznačuje, že hrají roli při vývoji těchto malých savců. Role, která podle vědců souvisí s regulací neuritogeneze (produkce axonů a dendritů neuronů).

Působí také na růst axonů. Tyto prionové proteiny se dokonce podílejí na vývoji mozkového obvodu. Z tohoto důvodu se věří, že nepřítomnost těchto PrP (C) prionů vede ke zpoždění v motorickém vývoji hlodavců.

Neuroprotektivní

Ve studiích o nadměrné expresi PrP (C) genovou orientací bylo zjištěno, že nepřítomnost těchto prionů způsobuje problémy s dodávkou krve do některých míst v mozku (akutní mozková ischémie).

To znamená, že prionové proteiny fungují jako neuroprotektory. Kromě toho se ukázalo, že nadměrná exprese PrP (C) může snížit nebo zlepšit zranění způsobená ischemií.

Periferní nervový systém

Nedávno byla objevena fyziologická role Prp (C) při udržování periferního myelinu.

Během laboratorní studie bylo zjištěno, že v nepřítomnosti prionového proteinu se u laboratorních myší vyvinuly nedostatky v nervech, které přenášejí informace z mozku a míchy, což se nazývá periferní neuropatie.

Smrt buněk

Existují některé bílkoviny podobné prionům, které se nacházejí v jiných částech těla než v mozku.

Funkcí takových proteinů je iniciovat, regulovat a / nebo kontrolovat buněčnou smrt, když je tělo napadeno (například virony), čímž zabraňuje šíření patogenu.

Tato zvláštní funkce těchto proteinů nutí vědce přemýšlet o možném významu neinfekčních prionů v boji proti patogenům.

Dlouhodobá paměť

Studie provedená v Stowers Institute v Missouri v USA ukázala, že prionové priony mohou hrát roli při udržování dlouhodobé paměti.

Studie odhalila, že určité prionové proteiny mohou být kontrolovány tak, aby fungovaly při udržování fyziologických funkcí dlouhodobé paměti.

Obnova kmenových buněk

Výzkum prionových proteinů, které jsou exprimovány v kmenových buňkách krevní tkáně, odhalil, že všechny tyto kmenové buňky (hematopoietické) exprimují prionové proteiny v jejich buněčné membráně. Má se tedy za to, že se podílejí na komplexním a velmi důležitém procesu obnovy buněk.

Nemoci způsobené priony

Patologie prionového původu jsou považovány za progresivní degenerativní poruchy mozku. Mohou zaútočit na skot, jeleny, karibu, ovce a dokonce i na lidi.

Tato onemocnění jsou způsobena změnou struktury proteinů PrP (C) a jejichž specifické funkce jsou dodnes nejisté. Patologie prionů mohou vzniknout bez známé příčiny. Mohou mít zděděný genetický původ a mohou být také přenášeny infekčně-nakažlivým způsobem.

Priony způsobují familiární, sporadická a nakažlivá onemocnění. Rodinná prionová onemocnění jsou ta, která jsou dědičná. Sporadické patologie jsou nejčastější a vyskytují se bez známých příčin.

Infekční choroby jsou považovány za vzácné, jsou přenositelné z člověka na člověka, ze zvířete na zvíře, z člověka na zvíře a naopak. Příčiny jsou rozmanité a sahají od konzumace kontaminovaného masa, kanibalismu, transfuzí až po manipulaci s kontaminovaným chirurgickým zařízením.

Nejběžnější prionová onemocnění jsou:

Creutzfeldt-Jakobova nemoc (CJD)

Vzhledem k nejčastějšímu prionovému onemocnění u lidí je to kosmopolitní nemoc, tj. Má celosvětovou distribuci. Může to být dědičné (familiární), sporadické nebo infekční.

Pacienti mají příznaky, jako je demence, trhnutí nebo náhlé nedobrovolné pohyby a deficity v centrální nervové soustavě.

V závislosti na léčbě a formě nemoci může dojít k úmrtí mezi 4 měsíci až 2 roky po získání nemoci. Diagnózu je obtížné stanovit, obvykle se provádí post mortem, během pitvy.

Světelný mikrofotografie mozkové tkáně odhalující přítomnost typických amyloidních plaků nalezených ve variantním případě Creutzfeldt-Jakobovy choroby. Převzato a upraveno: Poskytovatelé obsahu: CDC / Teresa Hammett Foto Kredit: Sherif Zaki; MD; PhD; Wun-Ju Shieh; MD; PhD; MPH, prostřednictvím Wikimedia Commons

Gerstmann-Sträussler-Scheinkerova nemoc

Je to nemoc způsobená priony v dědičném nebo autozomálně dominantním infekčním mozkovém procesu. Tato nemoc se projevuje u lidí ve věku 40 až 60 let.

Tito lidé projevují problémy s artikulováním slov (dysarthrii), trháním nebo náhlými nedobrovolnými pohyby, agresivita je častá.

Vykazují mozkovou degeneraci doprovázenou nestabilní chůzí. Mezi další příznaky je také možné pozorovat hyporeflexii, hluchotu, ochrnutí pohledu, demenci. Délka života je asi 5 let nebo o něco delší.

Prionopatie s proměnlivou citlivostí na proteázu

Jedná se o velmi vzácné onemocnění do té míry, že jeho výskyt je 2 až 3 případy na 100 milionů obyvatel. Patologie je podobná Gerstmann-Sträussler-Scheinkerově chorobě.

Klinické projevy proteinu naznačují nízkou odolnost vůči proteázám, některé jsou více a jiné méně citlivé na tyto enzymy.

Příznaky, které pacienti vykazují, jsou: problémy s řečí a kognitivní poruchou, ztráta neuronů v oblasti, kde mozek řídí pohyby a provádí svalovou koordinaci.

Toto onemocnění je běžné u starších pacientů (70 let) a odhadovaná délka života po infikování je přibližně 20 měsíců.

Fatální nespavost

Je to dědičné nebo familiární onemocnění, může se také vyskytovat sporadicky. Je známo, že toto onemocnění je způsobeno dědičnou nebo autozomálně dominantní mutací.

Pacienti mají příznaky, jako jsou kumulativní problémy se spánkem a udržováním spánku, demence, kognitivní porucha, dokonce problémy s hypertenzí, tachykardií, hyperhidrózou a další.

Věk, který ovlivňuje, je poměrně široký, pohybuje se mezi 23 a 73 lety, průměrný věk je však 40 let. Životnost jednou infikovaná je něco přes 6 let.

Kuru

Tato prionová choroba byla detekována pouze u obyvatel Papua-Nová Guinea. Je to nemoc spojená s kanibalismem a kulturní tradicí obřadu smutku mrtvých, kde tito lidé jedí mozek nebo lidské maso.

Lidé, kteří mají nemoc, mají obvykle nekontrolovatelné a nedobrovolné pohyby v různých částech těla.

Představují třes, ztrátu kontroly nad pohyby a ztrátu svalové koordinace. Délka života u infikovaných lidí je dva roky.

Nemoci u zvířat

Mezi patologiemi produkovanými priony u zvířat patří bovinní spongiformní encefalopatie. Tato nemoc způsobila v Evropě nepříznivý dopad na zdraví lidí, zvířat a hospodářství postižených zemí.

Mezi další choroby zvířat patří scrapie, přenosná encefalopatie norek, chronické plýtvání (jeleny) a kočičí spongiformní encefalopatie.

Tyto nemoci, jako jsou ty, které se vyskytují u lidí, postrádají účinnou léčbu, takže prevence je nezbytná zejména po infekcích u lidí, ke kterým došlo v důsledku konzumace masa z infikovaných krav.

Ošetření

K dnešnímu dni není známo léčení prionových chorob. Léčba je symptomatická. Pacientům se doporučuje naplánovat paliativní péči a doporučuje se genetické testování a doporučuje se poradenství rodinným příslušníkům.

U pacientů s prionovými chorobami byla testována celá řada léků, jako jsou antivirotika, protinádorová léčiva, léky proti chorobám, jako je Parkinsonova choroba, léčba imunosuprese, antibiotika, antimykotika, dokonce i antidepresiva.

V současné době však neexistuje žádný důkaz, který by naznačoval, že některé z nich zmírňují příznaky nebo zlepšují přežití pacientů.

Prevence

Priony jsou odolné vůči různým fyzikálním a chemickým změnám. Používají se však různé techniky, aby se zabránilo kontaminaci pacientů kontaminovanými chirurgickými nástroji.

Mezi nejčastěji používané techniky patří sterilizace zařízení v autoklávu při 132 ° C po dobu jedné hodiny a poté ponoření nástrojů do hydroxidu sodného po dobu alespoň jedné další hodiny.

Na druhé straně Světová zdravotnická organizace (WHO) vyvinula opatření k prevenci šíření prionových chorob. Tato organizace stanoví normy pro nakládání se zakázanými nebo potenciálně rizikovými tkáněmi, jako jsou: oči, mozek, střevo, mandle a mícha.

Reference

1. Prion, infekční agent. Obnoveno z britannica.com.
2. Co je Prion? Získáno z scientificamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Prions - Proteinaceous Infectious Particles. Časopis, Indická akademie klinického lékařství.
4. Prion. Obnoveno 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). Konverze alfa-helixů na beta-listy má za následek tvorbu prionových proteinů. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických.
6. M.-A. Wulf, A. Senatore a A. Aguzzic (2017). Biologická funkce buněčného prionového proteinu: aktualizace. BCM Biology.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Prionový protein je exprimován na dlouhodobé repopulaci hematopoetických kmenových buněk a je důležitý pro jejich vlastní obnovu. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických.
8. Přezkum nemocí prionu (přenosné spongiformní encefalopatie) Citováno z msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Redondo, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010). Prionpathies: prion encephalopathies. Rodinná medicína. SEMERGEN.