ПРИОНЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ, БОЛЕЗНИ - БИОЛОГИЯ - 2024

Эти прионы представляют собой белки без кислоты генома или нуклеиновых которые выступают в качестве инфекционных агентов. Термин «прион» означает белковые инфекционные частицы (от англ. Proteinaceous Infectious Particles) и был введен неврологом и лауреатом Нобелевской премии Стэнли Б. Прусинером.

В 1982 году Прусинер и его коллеги идентифицировали инфекционную белковую частицу, изучая причины заболеваний Крейтцфельдта-Якоба (у людей) и губчатой ​​энцефалопатии крупного рогатого скота.

Остатки бычьего прионного белка. Взято и отредактировано по адресу: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. и RCSB, через Wikimedia Commons.

Эти редкие инфекционные агенты обнаруживаются в мембране нормальных клеток только в виде неправильно свернутых белков и / или с аномальной трехмерной структурой. Эти белки ответственны за множественные дегенеративные заболевания и очень высокую смертность, которые влияют на нервные ткани и структуру мозга.

Их еще называют прионными заболеваниями. Среди наиболее важных факторов, влияющих на человека, - куру, болезнь Герстмана-Штройсслера-Шейнкера, синдром Крейтцфельдта-Якоба и фатальная семейная бессонница.

Общие характеристики

Прионы - это белковые структуры, присутствующие в клеточных мембранах. Эти белки имеют измененную форму или конформацию.

Что касается его размножения, то это достигается за счет преобразования форм, как в случае болезни скрепи. При этом заболевании прионы привлекают PrP (C) (прионные белки неизмененной конформации), чтобы стимулировать превращение в изоформу PrP (Sc).

Это вызывает цепную реакцию, которая приводит к распространению инфекционного материала и, следовательно, способствует орошению болезни. Как происходит этот процесс преобразования, пока неизвестно.

Эти необычные белки, способные к размножению, не содержат нуклеиновых кислот. Доказательством этого является то, что они устойчивы к рентгеновским лучам и ультрафиолетовому излучению. Эти агенты легко расщепляют нуклеиновые кислоты.

Прионные белки, из которых состоят прионы (PrP), обнаруживаются по всему телу, не только у людей, но и у других здоровых позвоночных. Эти белки обычно устойчивы к протеазам (ферментам, которые катализируют белки).

Очень мало известно о полезности прионных белков PrP (C), нормальной формы неинфекционного белка в организме человека.

Однако некоторым исследователям удалось показать, что у мышей эти белки активируют восстановление миелина в клетках периферической нервной системы. Также было показано, что их отсутствие вызывает демиелинизацию таких нервных клеток.

сооружения

Информация о структуре прионов в основном связана с исследованиями, проведенными на бактерии Escherichia coli.

Исследования показали, что полипептиды в цепи PrP (C) (нормальный) и PrP (Sc) (инфекционный) идентичны по составу аминокислот, но отличаются своей трехмерной конформацией и укладкой.

ПрП (С)

Эти неинфекционные прионы содержат 209 аминокислот в организме человека. У них есть дисульфидная связь. Его структура альфа-спиральная, что означает, что он имеет спиралевидные аминокислоты (альфа-спирали) и несколько плоских цепей аминокислот (бета-листы).

Этот белок нельзя отделить центрифугированием, что означает, что он не осаждается. Он легко переваривается сериновой протеазой широкого спектра действия, называемой протеиназой К.

ПрП (СК)

Это инфекционный белок, который превращает PrP (C) в инфекционные изоформы PrP (Sc) с аномальной конфигурацией или формой.

Очень мало известно о его трехмерной структуре, однако известно, что он имеет несколько спиральных форм и больше плоских нитей или бета-листов. Переход на изоформу - это то, что известно как ключевое событие прионных заболеваний.

Характеристики

Клеточные прионные белки расположены на клеточной поверхности самых разных органов и тканей. О физиологических функциях прионов в организме известно очень мало. Тем не менее, эксперименты, проведенные на мышах, указывают на возможные функции, такие как:

С метаботропными рецепторами глутамата

Было показано, что PrP (C) действует с рецепторами глутамата (ионотропными и метаботропными). PrP (C) участвует в качестве рецептора синаптотоксических олигомеров пептида Aβ на клеточной поверхности.

В эмбриональном развитии

Было обнаружено, что у мышей семейства Murinae прионные белки PrP (C) экспрессируются в течение нескольких дней после имплантации в эмбриональном развитии.

Это указывает на то, что они играют определенную роль в развитии этих мелких млекопитающих. Роль, которая, по мнению исследователей, связана с регуляцией нейритогенеза (выработка аксонов и дендритов нейронов).

Они также действуют на рост аксонов. Эти прионные белки даже участвуют в развитии цепи мозжечка. В связи с этим считается, что отсутствие этих прионов PrP (C) приводит к задержке моторного развития грызунов.

Нейропротекторный

В исследованиях сверхэкспрессии PrP (C) по ориентации генов было обнаружено, что отсутствие этих прионов вызывает проблемы с кровоснабжением некоторых участков мозга (острая церебральная ишемия).

Это означает, что прионные белки действуют как нейропротекторы. Кроме того, было показано, что сверхэкспрессия PrP (C) может уменьшить или улучшить травмы, вызванные ишемией.

Периферическая нервная система

Недавно была обнаружена физиологическая роль Prp (C) в поддержании периферического миелина.

В ходе лабораторного исследования было обнаружено, что в отсутствие прионного белка у лабораторных мышей развилась недостаточность нервов, передающих информацию от головного и спинного мозга, что называется периферической невропатией.

Смерть клетки

Есть некоторые белки, похожие на прионы, и они расположены не в мозге, а в других частях тела.

Функции таких белков - инициировать, регулировать и / или контролировать гибель клеток, когда организм подвергается атаке (например, виронами), тем самым предотвращая распространение патогена.

Эта особенная функция этих белков заставляет исследователей задуматься о возможной важности неинфекционных прионов в борьбе с патогенами.

Долгосрочная память

Исследование, проведенное в Институте Стоуэрса в Миссури, США, показало, что прионы PrP могут играть роль в поддержании долговременной памяти.

Исследование показало, что определенные прионные белки можно контролировать для поддержания физиологических функций долговременной памяти.

Обновление стволовых клеток

Исследование прионных белков, которые экспрессируются в стволовых клетках ткани крови, показало, что все эти стволовые клетки (гемопоэтические) экспрессируют прионные белки в своей клеточной мембране. Считается, что они участвуют в сложном и очень важном процессе обновления клеток.

Заболевания, вызванные прионами

Патологии прионного происхождения признаются прогрессирующими дегенеративными заболеваниями головного мозга. Они могут атаковать крупный рогатый скот, оленей, карибу, овец и даже людей.

Эти заболевания вызваны изменением структуры белков PrP (C), чьи конкретные функции до сих пор не определены. Прионные патологии могут возникать без известной причины. Они могут иметь наследственное генетическое происхождение, а также могут передаваться инфекционно-заразным путем.

Прионы вызывают семейные, спорадические и заразные заболевания. Семейные прионные болезни - это наследственные заболевания. Спорадические патологии являются наиболее распространенными и возникают без известных причин.

Инфекционные заболевания считаются редкими, они передаются от человека к человеку, от животного к животному, от человека к животному и наоборот. Причины многочисленны и варьируются от потребления зараженного мяса, каннибализма, переливания крови до обращения с зараженным хирургическим оборудованием.

Наиболее частыми прионными заболеваниями являются:

Болезнь Крейтцфельдта-Якоба (БКЯ)

Считается наиболее распространенным прионным заболеванием среди людей, это космополитическое заболевание, то есть оно имеет всемирное распространение. Он может быть наследственным (семейным), спорадическим или инфекционным.

У пациентов наблюдаются такие симптомы, как слабоумие, подергивания или внезапные непроизвольные движения, а также нарушение работы центральной нервной системы.

В зависимости от лечения и формы заболевания смерть может наступить в период от 4 месяцев до 2 лет после заражения. Диагноз поставить сложно, обычно его ставят вскрытие, при вскрытии.

Световая микрофотография ткани головного мозга, показывающая наличие типичных амилоидных бляшек, обнаруженных в вариантном случае болезни Крейтцфельдта-Якоба. Взято и отредактировано: Контент-провайдеры: CDC / Тереза ​​Хэмметт Фото: Шериф Заки; MD; Кандидат наук; Вун-Джу Ши; MD; Кандидат наук; MPH, через Wikimedia Commons

Болезнь Герстмана-Штреусслера-Шейнкера

Это заболевание, вызываемое прионами в результате наследственного или аутосомно-доминантного инфекционного процесса в головном мозге. Заболевание проявляется у людей в возрасте от 40 до 60 лет.

У этих людей проявляются проблемы с произношением слов (дизартрия), рывки или резкие непроизвольные движения, часто проявляется агрессивность.

У них наблюдается дегенерация мозжечка, сопровождающаяся неустойчивой походкой. Также среди других симптомов можно наблюдать гипорефлексию, глухоту, паралич взгляда, слабоумие. Продолжительность жизни составляет около 5 лет или чуть больше.

Прионопатия с переменной чувствительностью к протеазе

Это очень редкое заболевание, частота его встречаемости составляет от 2 до 3 случаев на 100 миллионов жителей. Патология похожа на болезнь Герстмана-Штройсслера-Шейнкера.

Клинические проявления белка указывают на низкую резистентность к протеазам, некоторые более, а другие менее чувствительны к этим ферментам.

У пациентов наблюдаются следующие симптомы: проблемы с речью и когнитивные нарушения, потеря нейронов в той области, где мозг контролирует движения и выполняет координацию мышц.

Заболевание часто встречается у пожилых пациентов (70 лет), и расчетная продолжительность жизни после заражения составляет около 20 месяцев.

Фатальная бессонница

Это наследственное или семейное заболевание, также может возникать спорадически. Известно, что заболевание возникает из-за наследственной или аутосомно-доминантной мутации.

У пациентов наблюдаются такие симптомы, как кумулятивные проблемы со сном и поддержанием сна, слабоумие, когнитивные нарушения, даже проблемы гипертонии, тахикардии, гипергидроза и другие.

Возраст, на который он влияет, довольно широк: от 23 до 73 лет, однако средний возраст составляет 40 лет. Продолжительность жизни после заражения составляет чуть более 6 лет.

Куру

Это прионное заболевание обнаружено только у жителей Папуа-Новой Гвинеи. Это болезнь, связанная с каннибализмом и культурной традицией обряда оплакивания умерших, когда эти люди едят мозг или человеческое мясо.

Люди, являющиеся переносчиками заболевания, обычно имеют неконтролируемые и непроизвольные движения в разных частях тела.

Они проявляются тремором, потерей контроля над движениями и потерей мышечной координации. Продолжительность жизни инфицированных людей составляет два года.

Болезни животных

Среди патологий, вызываемых прионами у животных, - губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота. Это заболевание вызвало хаос в Европе, в области общественного здравоохранения, здоровья животных и экономики пострадавших стран.

К другим заболеваниям животных относятся скрепи, трансмиссивная норковая энцефалопатия, хроническая болезнь истощения (у оленей) и губчатая энцефалопатия кошек.

Эти болезни, как и болезни людей, не имеют эффективного лечения, поэтому профилактика важна, особенно после инфекций у людей, которые произошли в результате употребления в пищу мяса инфицированных коров.

Лечение

На сегодняшний день не существует известного лекарства от прионных болезней. Лечение симптоматическое. Пациентам рекомендуется планировать паллиативную помощь, а также рекомендуется генетическое тестирование и консультирование членов семьи.

На пациентах с прионными заболеваниями были протестированы самые разные лекарства, такие как противовирусные, противоопухолевые, лекарства от таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, средства для лечения иммуносупрессии, антибиотики, противогрибковые препараты и даже антидепрессанты.

Однако в настоящее время нет доказательств того, что некоторые из них уменьшают симптомы или улучшают выживаемость пациентов.

профилактика

Прионы устойчивы к различным физическим и химическим изменениям. Однако используются другие методы, чтобы избежать заражения пациентов зараженными хирургическими инструментами.

Среди наиболее часто используемых методов - стерилизация оборудования в автоклаве при 132 ° C в течение одного часа, а затем погружение инструментов в гидроксид натрия как минимум на один час.

С другой стороны, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) разработала меры по предотвращению распространения прионных заболеваний. Эта организация устанавливает правила обращения с запрещенными или потенциально опасными тканями, такими как глаза, мозг, кишечник, миндалины и спинной мозг.

Ссылки

1. Прион, возбудитель инфекции. Получено с britannica.com.
2. Что такое прион? Получено с сайта Scientificamerican.com.
3. П.К. Каликири, Р.Г. Сачан. 2003. Прионы - белковые инфекционные частицы. Журнал Индийской академии клинической медицины.
4. Прион. Получено с en.wikipedia.org
5. К.М. Пан, М. Болдуин, Дж. Нгуен, М. Гассет, А. Сербан, Д. Грот, И. Мельхорн, З. Хуанг, Р. Дж. Флеттерик, Ф. Э. Коэн (1993). Превращение альфа-спиралей в бета-листы участвует в образовании прионных белков скрепи. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.
6. М.-А. Вульф, А. Сенаторе и А. Агуцзич (2017). Биологическая функция клеточного прионного белка: обновленная информация. BCM Biology.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Прионный белок экспрессируется на гемопоэтических стволовых клетках с длительным периодом репопуляции и важен для их самообновления. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.
8. Обзор прионных заболеваний (трансмиссивные губчатые энцефалопатии) Получено с msdmanuals.com.
9. Э. Арранс-Мартинес, Дж. Трильо-Санчес-Редондо, А. Руис-Гарсия, С. Арес-Бланко (2010). Прионопатии: прионные энцефалопатии. Семейная медицина. SEMERGEN.