Priony, cisi zabójcy

Autorka artykułu: Katarzyna Bryszkowska, Uniwersytet Gdański, Wydział Biologii

Artykuł otrzymany: 10.07.2022; Zaakceptowany po recenzji i opublikowany: 02.08.2022

Wstęp

Choroby prionowe były powszechnie znane już w XVIII w., jednak natura czynników, które je wywoływały pozostawała zagadką aż do XX wieku. Pierwszy raz termin „prion” został użyty na łamach czasopisma „Science” w 1982 roku przez Stanleya Prusinera [1]. Podczas badań zapoczątkowanych w 1970 r. przez śmierć pacjenta z chorobą Creutzfeldta-Jakoba odkrył on, że czynniki zakaźne nie reagują na promieniowanie zwykle powodujące mutacje kwasów nukleinowych i nie odnalazł w nich DNA ani RNA [2]. Jako że nieznany był mechanizm replikacji tych czynników hipoteza Prusinera, według której istnieją czynniki zakaźne powodujące choroby bez udziału kwasów nukleinowych, nie została zaakceptowana przez innych naukowców od razu. Jednak nie zniechęciło to profesora Prusinera i kontynuował swoje badania wraz z innymi naukowcami doprowadzając do poznania tego mechanizmu. Za odkrycie nowych czynników zakaźnych – prionów w 1997 roku Prusiner otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny [3] . Przełomem było wykazanie kodowanego przez gen PRNP u człowieka (i analogicznych genów Prn-p u większości zwierząt wyższych) białka PrP [1].

Charakterystyka

PrP (ang. Prion Protein) to białko zwykle nieszkodliwe, występujące na powierzchni m.in. komórek nerwowych (prawdopodnie  odgrywa rolę w działaniu zmysłu węchu). Jednak porównanie cząstek białek PrP w tkankach zdrowych z tkankami pobranymi od zwierząt chorych np. na trzęsawkę (Ryc. 1, ang. scrapie) dowiodło, że zmiana konformacji białka PrP powoduje chorobę – zmienia się jego struktura drugorzędowa, przy czym pierwszorzędowa pozostaje niezmieniona.

Białko prionowe
Ryc. 1. Białko prionowe (wybarwione na czerwono) obecne na mikrofotografii tkanki nerwowej myszy zakażonej trzęsawką (źródło: National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID)
https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=18131; opublikowane: 01.01.2011).

Białko PrP niewywołujące choroby (oznaczane jako PrPC (z ang. cellular – komórkowe) jest rozpuszczalne w wodzie, natomiast patogenne białko PrP – PrPSc (z ang. scrapie) zawiera przewagę struktury zwanej β-kartką i nie rozpuszcza się w wodzie, co utrudnia dokładne poznanie jego struktury, a także leczenie, gdyż taka struktura zwiększa odporność białek na denaturację. To właśnie ta nieprawidłowa forma białka nazywana jest prionem (z ang. proteinaceous infectious particle – białkową cząstką zakaźną). Mutacje we wcześniej wymienionym genie kodującym białko PrP zwiększa ryzyko zmiany jego konformacji w formę PrPSc. Nieprawidłowo zwinięte białko jest zdolne do przekształcania form PrPC w formy PrPSc (Ryc. 2) [4]. 

Ryc. 2. Schematy obrazujące różne mechanizmy tworzenia się prionów: model heterodimeryczny (1) oraz wariant pierwszy (2. a) i drugi (2. b) modelu polimeryzacyjnego. Źródło: e-biotechnologia.pl

 

Zjawisko to wyjaśnia zaproponowany model heterodimeru, według którego formowanie agregatów nie jest niezbędne dla konwersji prionów, a ich tworzenie jest rozpatrywane jako proces wtórny. Innym jest model polimeryzacji zakładający, że agregacja jest niezbędna do stabilizacji formy PrPSc czyniąc z polimeryzacji i przemiany prionów proces nierozerwalny. Istnieją dwa rodzaje drugiego modelu, różniące się momentem zmiany konformacji monomerów – według jednego zachodzi to przed połączeniem z oligomerem, który pełni funkcję stabilizującą, a drugi zakłada, że zmiana ta zachodzi w momencie przyłączenia się monomeru z oligomerem [4].

Chorobotwórczość

Priony tworząc złogi w formie tzw. włókien amyloidowych powodują poważne uszkodzenia mózgu oraz innych narządów. Znajdują się one w mózgu pacjentów chorych na zakaźne gąbczaste zwyrodnienie mózgu (TSE – ang. transmissible spongiform enephalopathy). Nazwa tej grupy śmiertelnych chorób pochodzi od wyglądu dotkniętego TSE mózgu, przypominającego podziurawioną gąbkę. Mogą być one dziedziczone genetycznie, nabyte bądź powstać spontanicznie, przy czym ta ostatnia opcja jest najczęstsza. Przeniesienie czynników infekcyjnych zwykle następuje przez spożycie zakażonego mięsa (poprzez spożycie mięsa krów karmionych resztkami z uboju na ludzką odmianę BSE, ang. bovine spongiform encephatolophaty, zmarło około 150 osób) lub przez niedokładną sterylizację narzędzi chirurgicznych. Zakażenia eksperymentalne przeprowadza się drogą dootrzewnowej lub wewnątrzczaszkowej iniekcji homogenatu (preparatu uzyskanego po rozdrobnieniu i wymieszaniu tkanki) sporządzonego z mózgu chorego zwierzęcia.

TSE przypominają choroby wirusowe, jednak charakteryzują się one tym, że objawy kliniczne ujawniają się po dość długim okresie inkubacji (latencja u człowieka trwa ok. 10 lat). Są one nieuleczalne, jednak genetycznie zmodyfikowane myszy, nieposiadające genów kodujących priony, są odporne na zakażenia TSE [2].

Mimo liczby chorób TSE, które dotykają człowieka, najdłużej znaną jest wcześniej wymieniona trzęsawka dotykająca owce i kozy. Powoduje ona utratę koordynacji, nadmierną pobudliwość oraz ostry świąd, przez który zwierzęta wręcz zdrapują z siebie sierść.

Nietypowe występowanie

Priony odkryto także u niższych eukariontów, takich jak grzyby – pierwsze z tych cząstek u grzybów odkryto u Podospora anserina. Wykryto je także u drożdży. Nie powodują jednak one śmierci komórki, lecz wspomagają procesy dostosowawcze umożliwiając przeżycie w niekorzystnych warunkach środowiska.

Inne cechy

Podobnie jak wirusy, priony wykazują się zmiennością. Odmienne szczepy  prionów mogą różnić się między sobą konformacją oraz właściwościami, takimi jak czas inkubacji i objawy wywoływanych chorób. Liczbę tych szczepów wyznacza struktura pierwszorzędna budującego je białka[5]. Priony różnią się jednak od wirusów głównie tym, że powstają w większości spontanicznie.

Rozprzestrzenianie się niektórych chorób wywoływanych prionami jest ograniczone przez występowanie tzw. barier międzygatunkowych – przykładowo choroba Creutzfelda-Jakoba może przechodzić między blisko spokrewnionymi gatunkami jakimi są człowiek i szympans, jednak nie może zostać nią zakażona owca.

Podsumowanie

Wciąż prowadzone są badania zgłębiające działanie prionów i opracowujące potencjalne metody pobudzania komórek do ich niszczenia oraz zapobiegające samemu tworzeniu się prionów. Podobnie, jednym z kluczowych zagadnień dla naukowców jest opracowanie metody wczesnej diagnozy chorób prionowych, przykładowo przez badania krwi.

Bibliografia

[1] S.B. Prusiner, „Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie”, Science, 216 (4542), 1982,  136-144.

[2]  E.P. Solomon, L.R. Berg, D.W. Martin „Biologia – Podrozdział 24.6 Wirusopodobne czynniki zakaźne” wydanie IX 2011, MULTICO Oficyna Wydawnicza.

[3] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1997 Press release, Stanley B. Prusiner.

[4] A. Marín-Moreno i in. „Progress in Molecular Biology and Translational Science 150, 2017, 181-201 – Chapter Nine – Transmission and Replication of Prions” Elsevier.

[5] M. Muszyńska, „Prionye-biotechnologia.pl [dostęp z dn. 10.07.2022]
Print Friendly, PDF & Email

Kategorie: Artykuły biologiczne,Biologia,Ciekawostki biologiczne

Tagi: ,,,

Pozostaw odpowiedź

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.