priony

1.

Choroby prionowe i amyloidozy
Xavier Bellart
Uladzislau Bernacki

2.

Definicja i kontekst historyczny
Czym są priony?
PrPC jest glikolizowanym białkiem transbłonowym, które
ulega ekspresji przede wszystkim w komórkach
ośrodkowego układu nerwowego (OUN), jednak można
je znaleźć również w innych tkankach. Fizjologiczna rola
białka PrPC nie jest w pełni poznana, jednak obecnie
uważa się, że białko to uczestniczy w procesach
redukujących komórkowy stres oksydacyjny poprzez np.
wiązanie jonów miedzi. Wśród innych funkcji białka
PrPC wyróżnia się: uczestnictwo w procesach transdukcji
sygnału, regulacja apoptozy, uczestnictwo w komunikacji
synaptycznej poprzez stabilizację struktury synaps
Rys historyczny
Koncepcję prionów sformułował Stanley B.
Prusiner w 1982 roku, za co otrzymał
Nagrodę Nobla. Odkrycie to
zrewolucjonizowało biologię, podważając
dogmat o konieczności DNA/RNA w
procesie infekcji.

3.

Charakterystyka białka PrPC
I. Kodowanie Białka
Za syntezę białka odpowiada konserwowany
ewolucyjnie gen PRNP, zlokalizowany na krótkim
ramieniu chromosomu 20. Produktem translacji jest
polipeptyd o długości 253 aminokwasów, który
posiada dwie kluczowe domeny sygnałowe:
o N-końcowy peptyd sygnałowy (aa 1–22):
kieruje białko do szlaku wydzielniczego.
o C-końcowa domena hydrofobowa (aa 232–
253): pełni rolę sygnału do przyłączenia
kotwicy lipidowej.
III.Architektura dojrzałego białka PrPC
W „dojrzałym” białku PrPC można wyróżnić:
o Domena N-końcowa: Elastyczna i
nieustrukturyzowana. Zawiera
charakterystyczny motyw powtarzalnych
sekwencji oktapeptydowych (PHGGGWGQ),
wykazujących wysokie powinowactwo do
jonów miedzi (Cu2+) oraz innych metali
przejściowych.
o Domena C-końcowa: Dobrze
ustrukturyzowana, składająca się z trzech
alpha-helis oraz dwóch krótkich,
antyrównoległych beta-kartek.
II. Modyfikacje posttranslacyjne
Zanim białko trafi na powierzchnię komórki, w świetle siateczki
śródplazmatycznej (ER) zachodzi szereg istotnych zmian, które redukują długość
łańcucha do 209 aminokwasów:
o Proteoliza: Odcięcie obu terminalnych peptydów sygnałowych (N- i Ckońcowego).
o Glikozylacja: Przyłączenie łańcuchów cukrowych (N-glikany).
o Stabilizacja struktury: Utworzenie wewnątrzłańcuchowego mostka
disiarczkowego między resztami cysteiny w pozycjach 179 i 214.
o Lipidacja: Dodanie kotwicy GPI (glikozylofosfatydyloinozytolowej), która
umożliwi osadzenie białka w zewnętrznej warstwie błony komórkowej.

4.

Porównanie PrPC i PrPSc
Białko PrPC (komórkowe):
Dominacja α-helis (ok. 42%),
śladowa ilość struktur β. Jest
rozpuszczalne i podatne na
proteolizę.
Białko PrPSc (scrapie):
Przewaga β-harmonijki (ponad 43%).
Jest nierozpuszczalne, tworzy
agregaty i wykazuje wysoką
oporność na proteazy.
Sekwencja aminokwasowa obu
form jest identyczna – różnią się
jedynie ułożeniem przestrzennym.

5.

Charakterystyka PrPSc
Ekstremalna Oporność
Priony są odporne na
standardową sterylizację,
promieniowanie UV oraz
działanie proteaz (np.
proteinazy K).
Brak Kwasu Nukleinowego
W przeciwieństwie do
wirusów czy bakterii, priony
nie posiadają własnego
genomu, co utrudnia ich
inaktywację metodami
genetycznymi.
Brak Reakcji Immunologicznej
Organizm gospodarza nie
rozpoznaje PrPSc jako obcego
białka, ponieważ posiada
ono tę samą sekwencję co
PrPC.

6.

W jaki sposób białko z formy PrPC przekształca się w
patogenną postać PrPSc?
Patogenne priony działają jak „szablon”
– każda cząsteczka PrPsc konwertuje
fizjologiczne PrPc w kolejną kopię siebie.
Proces ten ma charakter lawinowy i
prowadzi
do
postępującego
nieodwracalnego uszkodzenia mózgu.
Klasyczny model propagacji zmian
prionowych zakłada, że bezpośredni
kontakt prion-białko natywne wymusza
przejście konformacyjne. Tak powstały
agregat stanowi “zarodek” dalszej
propagacji zmian prionowych, które
postępują z obu końców złogu. Po
przekroczeniu
pewnej
granicznej
długości liniowy agregat traci stabilność
i ulega pęknięciu. Dwa agregaty
potomne stanowią kolejne centra
nukleacji złogów – widzimy więc, że
mechanizm propagacji prionowej jest
samonapędzający się.

7.

Czym są groźne priony(PrPSc)?
Priony w błonie komórkowej neuronów
Duże złogi,które są toksyczne dla
tkanki nerwowej,które gromadzą się
również w wewnątrz neuronów (w
lizosomach lub cytoplazmie)
stres oksydacyjny i uszkodzenia organelli
Apoptoza neuronów
Dużo komórek umiera
proces tworzenia się pęcherzyków (wakuoli)
Mózg – wygląda jak gąbka
(encefalopatia gąbczasta,
spongiform encephalopathy)
Mózg krowy,po lewej stronie – choroba szalonych
krów(mad cow disease),po prawej – zdrowy mózg

8.

Choroba Creutzfeldta-Jakoba (CJD)
- Najczęstsza choroba prionowa.
Postacie:
Sporadyczna(sporadic CJD, sCJD);
Rodzinna(familial CJD, fCJD);
Jatrogenna(iatrogennic CJD,jCJD);
wariantowa(variant CJD, vCJD).
Powodują gąbczaste zwyrodnienie
kory mózgowej i móżdżku
objawia się gwałtownym
otępieniem(demencją) i
zaburzeniami motorycznymi.
Zmiany gąbczaste w obrazie mikroskopowym mózgu pacjenta z CJD

9.

Rodzinna choroba Creutzfeldta-Jakoba (familial CJD, fCJD)
o spowodowana odziedziczoną mutacją
genu PRNP kodującego białko prionu
PrP.
o Najczęściej dochodzi do zmiany w 200
kodonie
Prowadzi do
nieprawidłowo
sfałdowanego
białka PrP

10.

Wariantowa choroba Creutzfeldta-Jakoba (variant CJD, vCJD)
Priony
Gąbczasta encefalopatia
bydła (Bovine Spongiform
Encephalopathy, BSE), choroba
szalonych krów
do neuronów
(za pomocą
absorpcyjnej
endocytozy)

11.

jatrogenna choroba Creutzfeldta-Jakoba (iatrogennic CJD, jCJD)
Spowodowane przez procedury medyczne
•Sprzęt używany do zabiegu
•Przeszczep rogówki zostaje zanieczyszczony i zaraża
zdrowe osoby
sporadyczna choroba Creutzfeldta-Jakoba (sporadic CJD, sCJD)
Bez znanej przyczyny
Mutacja w 129-ym kodonie genu PRNP
Prowadzi do
nieprawidłowo
sfałdowanego
białka PrP

12.

Drogi zakażenia
Zakażenie Samorzutne
Spontaniczna konwersja PrPc w PrPSc bez znanej
przyczyny zewnętrznej
Dziedziczenie
Mutacje w genie PRNP przekazywane potomstwu
w trybie autosomalnym dominującym
Droga Pokarmowa
Spożycie zakażonego mięsa — np. Spożycie
zakażonych tkanek nerwowych bydła
Zabiegi Medyczne
Transplantacje rogówki, podawanie hormonu
wzrostu od zakażonego dawcy.

13.

Choroba Kuru
o Kanibalizm zainfekowanego mięsa
o Plemię Fore w Nowej Gwinei, które zjadało mózgi
zmarłych członków rodziny
o Podejrzewa się, że choroba Kuru zaczęła się od
nabytej odmiany sCJD
o Chorobę można podzielić na fazy:
1.Faza I pojawiają się bóle głowy, brzucha i kończyn,
zwłaszcza stawów, może pojawić się utrata masy ciała;
2.Faza II chory jeszcze może chodzić ale,chód staje się
niepewny, występuje delikatne drżenie w obrębie
tułowia i inne ruchy mimowolne
3.Faza III chory jest w stanie tylko siedzieć
4.Faza IV, terminalna, w której chory leży bezsilnie:
pacjent jest całkowicie unieruchomiony, nie
trzyma moczu i kału
Dziecko z plemienia Fore z chorobą Kuru,nie jest w
stanie chodzić i siedzieć bez podpory

14.

Śmiertelna bezsenność rodzinna (fatal familial insomnia, FFI)
o dziedziczona autosomalnie dominująco.
o Mutacja w genie PRNP w kodonie 178
o Priony gromadzą się głównie we wzgórzu,
odpowiedzialnego między innymi za
regulację snu
o Objawy:
1.Bezsenność
2.Całkowity brak możliwości zaśnięcia
3.Demencja
4.Halucynacje
Prowadzi do
nieprawidłowo
sfałdowanego
białka PrP

15.

Inne choroby
Zespół GSS
Bardzo rzadka, dziedziczna choroba neurodegeneracyjna u
człowieka,uważana za odmianę rodzinnej postaci choroby
Creutzfeldta-Jakoba(fCJD). z ataksją i otępieniem.
BSE — Gąbczasta Encefalopatia Bydła
„Choroba szalonych krów". Epidemia w Wielkiej Brytanii w latach
90.XX w. Przenoszona na ludzi jako vCJD.
Scrapie
Choroba owiec i kóz znana od ponad 200 lat. Nie udowodniono
przenoszenia na ludzi.Objawy są podobne na chorobę Kuru
CWD — Przewlekła Choroba Wyniszczająca
Dotyka jeleniowate w Ameryce Północnej. Rosnące
zaniepokojenie potencjalnym ryzykiem dla ludzi.
Owca ze scrapie z widoczną utratą
wagi ciała i zgarbieniem.
Klasyczny obraz krowy chorej na BSE.
Zwierzę nie jest w stanie wstać.

16.

Diagnostyka i leczenie
Diagnostyka
MRI — charakterystyczne zmiany
w jądrze ogoniastym i skorupie
EEG — okresowe kompleksy ostrowolne
Płyn mózgowo-rdzeniowy —
wykrywanie białka 14-3-3 i tau
Biopsja / sekcja — bezpośrednie
wykrycie PrPSc
Śmiertelność jest 100%
Leczenie
•Obecnie brak skutecznych
terapii przyczynowych
•Leczenie objawowe i
paliatywne
•Badania nad aptamerami i
przeciwciałami anty-PrP dają
nadzieję
•Wczesna diagnostyka i
profilaktyka są kluczowe
Rezonans magnetyczny osoby z CJD
Rezonans magnetyczny osoby zdrowej