SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
1 von 10
Univerza v Ljubljani
      Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo




      Seminarska naloga pri predmetu biokemija II



   PRIONOPATIJE IN DRUGE
NEVRODEGENERATIVNE BOLEZNI
    S SORODNIM POTEKOM




                     Matej Huš




                V Ljubljani, maja 2010
ZGODOVINA

Leta 1884 sta raziskovalca Robert Koch in Friedrich Loeffler postavila skupino trditev, ki so
poznane pod imenom Kochovi postulati in povezujejo domnevne povzročitelje bolezni z
boleznimi, ki naj bi jih povzročali. Da lahko rečemo, da je nek mikroorganizem povzročitelj
bolezni, se mora:
        - v obilju nahajati v bolnih osebkih, medtem ko ga v zdravih ne sme biti;
        - izolirati iz obolelega organizma in gojiti v čisti kulturi;
        - izkazati, da vbrizganje kulture mikroorganizma v zdrav organizem povzroči
            bolezen.
Nekatere postulate je spremenil že Koch. Prvega je črtal, ko je opazil asimptomatske
prenašalce kolere. Virusi v njegovem času niso bili znani, a se jih ne da gojiti v kulturi s
preprostimi postopki.[a] Skoraj celo stoletje je veljala dogma, da so povzročitelji nalezljivih
bolezni bakterije, glive, praživali ali virusi. Čeprav so slednji skrajno poenostavljena oblika
življenja, ki izven gostitelja sploh ne živi, mora vsak parazit, ki povzroča bolezensko stanje,
imeti lasten dedni material v obliki DNA ali RNA.

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja se je v Veliki Britaniji pojavila neznana bolezen
goveda z dolgo inkubacijsko dobo. Pri obolelih živalih so se v možganih pojavile zaplate
gobastega tkiva, zaradi česar so bolezen poimenovali bovina spongiformna encefalopatija
(BSE). Sorodna bolezen, ki prizadene koze in ovce, se imenuje praskavec (angl. scrapie) in je
poznana že od 18. stoletja. Jelenjad napada bolezen kroničnega hiranja (CWD), prve primere
sorodnih obolenj pri ljudeh pa so odkrili sredi prejšnjega stoletja med kanibalskim plemenom
Fore na Papui Novi Gvineji. Bolezen so poimenovali kuru.




   Slika 1: Ovca s praskavcem[b]
                                                     Slika 2: Krava z BSE[b]

Vsem boleznim je skupen izmuzljiv povzročitelj, saj dolgo časa raziskovalcem ni uspelo
izolirati nobenega patogenega organizma, ki bi bil prisoten pri vseh obolelih organizmih in bi
povzročal bolezen. Poleg tega je bila kužnina tudi po prekuhavanju še vedno kužna. Sterilizira
jo šele štiriurna obdelava z NaOH pri 134 °C in tlaku 4 atm.[b] Prve hipoteze o povzročitelju
bolezni brez lastnega genskega materiala sta v šestdesetih letih prejšnjega stoletja postavila
radiobiolog Tikvah Alper in matematik John Stanley Griffith. Predpostavila sta, da bolezni
prenaša kužnina, ki sestoji izključno iz proteinov. Šele leta 1982 je Stanley B. Prusiner z
Univerze v Kaliforniji izoliral prve skupke proteinov, ki so povzročali praskavec. Dve leti po
objavi so v laboratoriju izolirali čisti protein, ki ga je Prusiner poimenoval prion. Leta 1997 je
za svoje delo dobil Nobelovo nagrado za medicino.[c] Do danes so na področju prionov in
bolezni, ki jih povzročajo, izvedli že mnogo raziskav, tako da je mehanizem njihovega
delovanja dobro razjasnjen.



                                                2
PRIONI

Prioni so zgrajeni iz enega
sialoglikoproteina[d], ki ga pri človeku
kodira gen PRNP na 20. kromosomu.
Gen PRNP sestoji iz dveh eksonov,
ločenih z enim intronom, ki se
prepišeta v dve molekuli RNA in nato
povežeta v eno molekulo mRNA.
Protein PrP 33-35 (PrPC), ki ga
sintetizirajo   zdrave      celice,    je
prekurzor prionskega proteina. V
živčnih celicah ga najdemo z
glikoinozitol fosfolipidnim sidrom
pritrjenega na površino nevronov.
Vključen je v delovanje sinaps, kjer
veže bakrove(II) ione. Njegove
funkcije in vitro še niso uspeli
ponoviti. Kakor vsi običajni proteini,
je PrP 33-35 občutljiv na proteaze.[e]

Včasih pa se na proteinu PrP 33-35
izvede še šest posttranslacijskih
                                          Sika 3: Primerjava mišjega in človeškega proteina PrP[f].
modifikacij, ki bi lahko bile ključne za
izbruh bolezni[f]:
       - oba konca se glikozilirata;
       - dva cisteinska ostanka se povežeta z disulfidnimi vezmi;
       - signalni peptid na N-koncu se odstrani;
       - hidrofobni segment na C-koncu se odstrani;
       - doda se fosfatidilinozitolni glikolipid na C-koncu;
       - odstrani se prvih 57 aminokislin na N-koncu.




 Slika 4: Rezultat obdelave PrP 33-35 s proteinazo K je PrP 27-30.



                                                      3
Nastali protein se imenuje PrP 27-30. Poleg posttranslacijskih modifikacij se od PrP 33-35
razlikuje še po aminokislinskem ostanku 178, ki je asparagin namesto aspartata. To spremeni
njegovo zgradbo in jo zaklene, da vsebuje 21 odstotkov alfa vijačnice in 54 odstotkov beta
ploskve, medtem ko ima PrP 33-35 le 3 odstotke beta ploskve in 42 odstotkov alfa vijačnice.
Mutirana oblika PrP 27-30 ima avtokatalitične sposobnosti, saj ob stiku s PrP 33-35 povzroči,
da se ta zvije v mutirano obliko. PrP 27-30 nastane iz oblike PrPSc (mutirana oblika PrPC), ki
jo najdemo pri praskavcu, z delno proteolizo N-konca, tako da ostane le na proteolizo
odporno jedro.[g] Zaradi avtokatalitičnih lastnosti in proteolizne odpornosti PrP 27-30 so
bolezni, ki jih povzroča, neozdravljive. Zaradi velikega deleža strukture beta ploskve
polimerizirajo proteini PrP 27-30 v amiloidne fibrile. Ker PrP 27-30 ni topen, točnih
rentgenskih in NMR-analiz ni moč izvesti; znane podatke so dobili iz kristalografskih analiz
kristalitov.[c] PrPSc za razliko od PrPC tudi ni topen v vodnih raztopinah surfaktantov.[g]
V zadnjih dveh letih so odkrili novo konformacijo proteina PrP, občutljivo na proteinazo K, ki
prav tako povzroča spongiformno encefalopatijo. Bolezen z imenom PSPr (na proteinazo
občutljiva prionopatija) je po poteku in simptomih sorodna Alzheimerjevi bolezni.[h]

Protein                             Delež α-vijačnice                 Delež β-ploskve
PrP 33-35 (PrPC, divji tip)         42                                3
PrPSc                               30                                43
PrP 27-30                           21                                54
Tabela 1: Zgradba proteina PrP[g]

Agregati PrP 27-30 v možganih povzročajo počasno propadanje
nevronov v talamusu z apoptozo in moteno delovanje drugih
nevronov. V človeku prioni povzročajo Creutzfeldt-Jakobovo
bolezen (njena varianta nCJD ima izvor v uživanju mesa živali z
BSE), smrtno družinsko nespečnost (FFI), kuru in Gerstmann–
Sträußler–Scheinkerjev sindrom. Vse bolezni so neozdravljive in
jih zaznamuje počasno propadanje nevronov. Njihove skupne
značilnosti so povečanje števila astrocitov, izčrpanje dendritskih
trnov, amiloidoza in tvorba številnih vakuol v cerebralnem
korteksu, zaradi česar jim s skupnim imenom pravimo
spongiformne encefalopatije. Pri vseh boleznih opazimo zelo
dolgo inkubacijsko dobo, postopno izgubo mišične koordinacije
po izbruhu, demenco, ki se sprva kaže kot slabljenje spomina,
kasneje pa pešanje vseh kognitivnih funkcij, in napredujočo Slika 5: Levo model PrPC, desno model PrPSc.
nespečnost. Imunskega odgovora ni, ker je prion telesu lasten
protein.

Gostitelj    Bolezen                         Mehanizem patogeneze
Ovce         Praskavec (angl. scrapie)       Infekcija v genetsko podvrženih ovcah
Govedo       Bovina spongiformna             Infekcija prek kostne moke, okužene s prioni
             encefalopatija (BSE)
Kune         Prenosna kunja encefalopatija   Infekcija s prioni iz ovac ali goveda
             (TME)
Jelenjad     Bolezen kroničnega hiranja      Neznan
             (CWD)
Mačke        Felina spongiformna             Infekcija prek govedine, okužene s prioni
             encefalopatija (FSE)
Kopitarji    Eksotična encefalopatija        Infekcija prek kostne moke, okužene s prioni
             kopitarjev (EUE)




                                                  4
Gostitelj   Bolezen                        Mehanizem patogeneze
Človek      Creutzfeldt-Jakobova bolezen
                    - iatrogena (iCJD)     Z okuženimi hipofiznimi hormoni, instrumenti, transplanti
                    - sporadična (sCJD)    Somatska mutacija ali spontana konverzija PrPC v PrPSc?
                    - variantna (vCJD)     Infekcija prek govejega mesa, okuženega s prioni
                    - družinska (fCJD)     Podedovana mutacija gena PRNP
Pleme       Kuru                           Infekcija prek ritualističnega kanibalizma
Fore
Ljudje       Smrtna družinska nespečnost  Podedovana mutacija gena PRNP
             (FFI)
Ljudje       Smrtna sporadična nespečnost Somatska mutacija ali spontana konverzija PrPC v PrPSc?
             (FSI)
Ljudje       Gerstmann–Sträußler–         Podedovana mutacija gena PRNP
             Scheinkerjev sindrom (GSS)
Tabela 2: Prionske bolezni[i]

Daleč najpogostejša spongiformna encefalopatija pri človeku je Creutzfeldt-Jakobova
bolezen, ki se pojavlja v več oblikah. Kopičenje PrPSc v možganih je pri iatrogeni obliki
(iCJD) posledica vnosa PrPSc v telo z zdravljenjem s hipofiznimi hormoni pridobljenimi iz
hipofize umrlih s CJB ali po presadku roženice ali dure, pridobljenih od umrlih s CJB, ali z
uporabo nevrokirurških inštrumentov, okuženih s PrPSc. Pri variantni obliki (vCJD) je kužni
material bolnik zaužil v obliki mehansko predelanega govejega mesa. Družinsko Creutzfeldt-
Jakobovo bolezen (fCJD) povzroča mutacija gena PRNP, ki se deduje avtosomno
dominantno. Pri sporadični obliki (sCJD) je razlog kopičenja polimernih agregatov PrPSc v
možganih neznan.[j]

Spongiformne encefalopatije se lahko prenašajo horizontalno, bodisi prek človeškega stika
bodisi prek uporabe okuženega pribora (iCJD) ali uživanja mesa bolnih živali (vCJD), ali pa
vertikalno z dedovanjem mutiranega gena PRNP (fCJD, FFI, GSS).[j] Dvojni način prenos je
unikaten.

DRUGE NEVRODEGENERATIVNE BOLEZNI

Poleg prionskih bolezni obstoji vrsta drugih nevrodegenerativnih bolezni, ki prizadenejo ljudi.
Mednje sodijo Alzheimerjeva bolezen (AD), frontotemporalna demenca (FTD), Parkinsonova
bolezen (PD), razne poliglutaminske bolezni (Huntingtonova bolezen (HD), spinocerebralna
ataksija (SA)) ipd. Medtem ko se poliglutaminske bolezni prenašajo izključno z dedovanjem
genetskih napak, ki povzročijo nenormalno dolge poliglutaminske verige na koncu proteinov,
se druge bolezni pojavljajo v sporadični obliki ali v avtosomsko dominantni kot posledica
drugačnosmiselnih mutacij. S prionopatijami si delijo vrsto značilnosti – fenotipsko
raznolikost in širjenje patologije v organizmu – zaradi česar bi lahko bilo tudi zdravljenje
usmerjeno na podobne tarče.

Tako kot je za prionske bolezni značilno nalaganje agregatov PrPSc v možganih, je tudi za
neprionske nevrodegenerativne bolezni značilno kopičenje netopnih fibrilnih agregatov
proteinov (β-amiloid, protein tau, α-sinuklein, poliglutaminski niz) v živčnih celicah, kar
povzroča simptome bolezni.




                                                5
Protein               Vloga                                      Lokacija              Bolezen
prionski protein      delovanje sinaps,                          površina nevronov     prionopatije
                      veže bakrove ione
protein tau[k], [l]   stabilizacija mikrotubul           predvsem v aksonih            tauopatije,    demence
                                                         nevronov, drugje v            (AD, FTD)
                                                         sledovih
β-amiloid[m]          neznana, najnovejše študije kažejo možgani                       AD, cerebralna
                      protimikrobno delovanje proti vsaj                               amiloidna angiopatija
                      osmim pogostim patogenim
                      mikroorganizmom
α-sinuklein[n]        neznana                            živčno tkivo, jedra            PD, demenca z
                                                         možganskih celic               Lewyjevimi telesci,
                                                                                        multipla sistemska
                                                                                        atrofija
poliglutaminski       -                                          večkratna ponovitev    HD, SA1-3, SA6-7,
niz[o]                                                           glutaminskega kodona SA17, DRPLA,
                                                                 CAG na različnih genih Kennedyjeva bolezen,
                                                                                        spinalna in bulbarna
                                                                                        mišična atrofija
Tabela 3: Proteini, udeleženi pri nevrodegenerativnih boleznih

Fenotipska raznolikost

Večina običajnih nevrodegenerativnih obolenj ima kopico fenotipov. Spreminjajo se starost
ob izbruhu, hitrost napredovanja, lokacija prizadetih delov živčnega sistema in obseg
kopičenja proteinskih agregatov. Zanimivo je, da je nalaganje proteina tau značilnost več kot
20 različnih nevrodegenerativnih bolezni, med njimi tudi AD in FTD. Sporadične tauopatije
imajo zelo različno prizadete dele možganov, trajanje bolezni, starost bolnikov in morfologijo
fibrilov. Podobno tudi prionske bolezni napredujejo različno hitro in izvirajo iz različnih
mutacij gena PRNP.

Pri prionskih boleznih poznamo različne oblike proteina PrPSc (zaporednje aminokislin,
posttranslacijske modifikacije, pogoji agregacije), ki se zvijejo v različne oblike in se kažejo v
različnih fenotipih bolezni. Kateri fenotip bo določena oblika PrPSc povzročila pri sesalcih, še
ni mogoče napovedati.

Podobno imajo amiloidni proteini vrsto konformacij (za protein tau poznamo šest izoform
divjega tipa[l] in vrsto mutant, med njimi ∆K280 in P301L in dvojno mutanto V337M.
Navedene mutante imajo različne konformacijske oblike. Fibrilne strukture β-amiloida in
α-sinukleina so poznane v dveh konformerah različne toksičnosti). Mutirana oblika v vseh
primerih sproži (zaseje) fibrilizacijo monomere divjega tipa, pri čemer so nastale fibrile enake
konformacije kot sevni protein. Ker informacijo o svojem zvitju prenašajo na zdrave proteine,
ki se polimerizirajo v napačno zviti obliki, jih to uvršča v isti razred kot prione.

Tvorbo agregatov lahko povzročajo tudi kovalentne modifikacije. Polimerizacijo proteinov
tau v fibrilarne agregate povzroča hiperfosforilacija, zaradi katere se stabilnost mikrotubul
poruši. To vodi v odmrtje celic in tvorbo nevrofibrilarnih vozličev, ki so prisotni pri AD.[p] V
teh primerih proteina tau ne najdemo le v aksonih, marveč tudi v celičnih telescih in dendritih
prizadetih celic.[q]




                                                       6
Ali različne konformere fibrilnih proteinov povzročajo različne fenotipe nevrodegenerativnih
bolezni, še ni dognano. Za dokaz bo treba nedvoumno povezati posamezno konformero z
določenim fenotipom bolezni.

Širjenje patologije

Nevrodegenerativne bolezni se začnejo z motnjami v delovanju neke regije v možganih,
medtem ko so v kasnejših stadijih bolezni običajno prizadeta mnogo večja območja
možganov. Prva prizadeta regija je pri isti bolezni pogosto ista in lahko služi za diagnozo
(npr. pri AD je to običajno entorinalni korteks, kjer se kaže kopičenje proteina tau). Lezije se
širijo po normalnih poteh notranje možganske povezanosti (pri AD sledijo hipokampus,
amigdala in neokorteks). PD se začne z motoričnimi simptomi, ki jih povzroča propadanje
dopaminskih recepetorjev v črni substanci, in pri znatnem deležu bolnikov napreduje do
demence, kar nakazuje prizadetost dodatnih delov možganov. Vse to kaže na patogeno
povezavo med prizadetimi celicami in okolico.

Prionopatije se začnejo z majhnim inokulumom, ki je lahko kontaminiran kirurški instrument
ali pa spontana akumulacija PrPSc v eni celici. Sčasoma se prionopatija razširi po živčnem
sistemu, verjetno prek vagusnega živca v medulo, pons, medmožgane, male možgane in
talamus po nevroanatomskih povezavah.

PrPSc potuje iz prizadete celice v naivno celico, kjer pretvarja PrPC v PrPSc, na dva načina.
Lahko potuje po sinaptičnih povezavah ali pa se izloči v okolico, kjer ga sosednje celice
privzamejo. Prehajanje se vrši prek eksosomov ali tunelskih nanocevk (zanje se predpostavlja,
da so citoplazmatske povezave med celicami sesalcev). Ali neprionski proteinski agregati
prehajajo med človeškimi celicami in vivo, ni znano. Raziskave celic v kulturi in na
transgenih miših s človeškim sinukleinom kažejo, da je to možno. Celice v kulturi so privzele
agregate proteinov tau, β-amiloida, α-sinukleina in poliglutamina. Protein tau in poliglutamin
sta v celicah tudi sprožila napačno zvijanje pravilno zvitih proteinov in njihovo nadaljnjo
agregacijo. Induciranje napačnega zvijanja in agregiranja proteinov in vivo v ljudeh še ni bilo
dokazano.

Protein          Konformacijska         Prehajanje agregatov med             Širjenje agregacije in
                 raznolikost?           celicami v kulturi?                  vivo?
Prionski         Da                     Da.                                  Da.
protein (PrP)
Amiloid-β        Da                     Celice vključijo ekstracelularne     Da: inokulacija v možgane
                                        agregate.                            sproži nadaljnjo agregacijo
Tau              Da                     Celice vključijo ekstracelularne     Da: ekstracelularna
                                        agregate, prenos intracelularnih     inokulacija sproži vnos v
                                        agregatov.                           celice in inducira napačno
                                                                             zvijanje proteinov.
α-sinuklein      Da                     Celice sproščajo protein, druge      Možno: v ljudeh presajene
                                        celice v kulturi ga privzamejo.      celice razvijejo Lewyjeva
                                                                             telesca; presajene celice v
                                                                             miših asorbirajo proteine iz
                                                                             gostitelja in tvorijo inkluzije.
Poliglutaminski Da                       Celice v kulturi privzamejo         Ne.
niz                                      agregate, ki inducirajo napačno
                                         zvitje proteinov v celici; agregati
                                         prehajajo med celicami.
Tabela 4: Skupne značilnosti sesalskih proteinov, povezanih z nevrodegenerativnimi boleznimi



                                                      7
Razlike

Razlike med prionskimi in običajnimi nevrodegenerativnimi obolenji obstajajo. Za zdaj ni
dokazov o spontani infektivnosti sporadičnih oblik AD, FTD ali PD. Prioni po zaužitju
nespremenjeni potujejo skozi prebavni trakt, se absorbirajo v gostitelja, pomnožujejo in
potujejo do možganov. Proteini, ki se agregirajo pri ostalih nevrodegenerativnih boleznih,
tega niso zmožni. Raziskave sicer kažejo, da bi se lahko serumska amiloidoza A, ki jo
povzroča agregacija serumskih amiloidov A, prenašala na tak način, a ne sodi med
nevrodegenerativne bolezni. Poleg tega prionopatije po dolgi inkubacijski dobi po izbruhu
simptomov napredujejo hitro, tipično vodijo v smrt v manj kot letu dni, medtem ko so
nevrodegenerativne bolezni počasnejše.

Podoben način širjenja?

Ker       je      protein       PrP
transmembranski, se bolezen
laže širi med celicami, medtem
ko sta protein tau in sinuklein
intracelularna proteina. Kljub
temu protein tau in sinuklein
nekako prehajata med celicami.
Lokalno prehajanje je posledica
izliva agregatov v okolico po
smrti celice in eksocitoze,
medtem ko nove raziskave
odkrivajo tudi širjenje fibrilarnih
agregatov po sinaptičnih poteh
bodisi     zaradi    degeneracije
sinapse      bodisi    v    okviru
normalnega            sinaptičnega
delovanja.
                                      Slika 6: Transcelularno širjenje napačno zvite oblike proteinov[r]

Na podoben način se širi prionska oblika PrPSc, tako da bi imela potrditev tega mehanizma
pomembne ramifikacije za zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni. Današnje metode
zdravljenja skušajo zavreti celično smrt in podaljšati življenjsko dobo nevronov, a je
zdravljenje v veliki meri samo paliativno in simptomatsko (AD se zdravi z levodopo, ki se v
živčnem sistemu pretvarja v dopamin, in dopaminskimi agonisti, kot so bromokriptin,
pergolid, pramipeksol, kabergolin. Uporabljajo se še amantadin, biperiden in triheksifenidil,
katerih funkcija ni dokončno pojasnjena[s]). Terapija z zarodnimi celicami je verjetno
neučinkovita zato, ker zarodne celice niso odporne proti napačnemu zvijanju, ki ga inducirajo
že napačno zviti proteini. Največ obetajo raziskave s področja razvoja protiteles, ki dajejo v
miših pri tauopatijah in sinukleinopatijah spodbudne rezultate pri farmakološkem blokiranju
privzema agregatov v celice. Tehnike s protitelesi bi se prav tako lahko osredotočile na
proteinske agregate v celicah, ki se izločajo v ekstracelularni prostor.




                                               8
REFERENCE

a. Dimmock N. J., et al. Introduction to Modern Virology. 6. natis. Oxford, Blackwell
   Publishing. 2007. ISBN 978-140-5136-45-7.

b. Riesner, D. Prionen-Krankheiten: Vom ausgefallenen Forschungsthema zur
   epidemiologischen Anwendung. Chemie in unserer Zeit. 1996, let. 30, št. 2, str. 66–74.

c. Hörnlimann, B., et al. Prions in humans and animals. 1. natis. Berlin, Walter de Gruyter
   GmbH & Co. 2007. ISBN 978-311-0182-75-0.

d. Bolton D. C., et al. Scrapie PrP 27-30 is a sialoglycoprotein. The Journal of Virology.
   1985, let. 53, str. 596-606.

e. Otvos, L. jr., Cudic, M. Post-translatonal modifications in prion proteins. Current Protein
   & Peptide Science. 2002, let. 6, str. 643–642.

f. Manson J. C., Tuzi N. L. The murine PrP gene (Prnp), and murine and human PrP
   proteins.     Expert    Reviews      in   Molecular  Medicine.   2001.  Dostopno:
   http://journals.cambridge.org/fulltext_content/ERM/ERM3_12/S1462399401002952sup0
   02.htm.

g. Prusiner, S. B., et al. Conversion of α-helices into β-sheets features in the formation of the
   scrapie prion proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1993, let. 90,
   str. 10962-10966.

h. Gambetti P., et al. A Novel Human Disease with Abnormal Prion Protein Sensitive to
   Protease. Annals of Neurology. 2008, let. 63, str. 697-708.

i. Prusiner, S. B., et al. Prion Protein Biology: Review. Cell. 1998, let. 93, str. 337–348.

j. Popović, M., et al. Navodila za obravnavo bolnika s Creutzfeldt-Jakobovo boleznijo. 1.
   natis. Ljubljana, Inštitut za varovanje zdravja Republike Slovenije. 2009. ISBN
   978-961-6659-48-2.

k. Drubin, D. G., Kirschner, M. W. Tau Protein Function in Living Cells. The Journal of
   Cell Biology. 1986, let. 103, št. 6, str. 2739-2746.

l. Buée, L. Tau protein isoforms, phosphorylation and role in neurodegenerative disorders.
   Brain Research Reviews. 2000, let. 33, str. 95-130.

m. Soscia, S. J., et al. The Alzheimer’s Disease-Associated Amyloid b-Protein Is               an
   Antimicrobial Peptide. PLoS ONE. 2010, let. 5, št. 3, str. 1-10.

n. Yu, S., et al. Extensive nuclear localization of α-synuclein in normal rat brain neurons
   revealed by a novel monoclonal antibody. Neuroscience. 2007, let. 146, št. 2, str. 539-555.

o. Cummings, C. J., Zoghbi, H. Y. Trinucleotide repeats: Mechanisms and patophysiology.
   Annual Review of Genomics and Human Genetics. 2000, let. 1, str. 281-328.



                                                9
p. Forlenza, O. V., Gattaz W. F. Influência de mecanismos colinérgicos nos processos
   neurodegenerativos relacionados à formação de amilóide e à fosforilação da proteína
   tau. Revista de Psiquiatria Clínica. 1998, let. 25, št. 3, str. 114-117.

q. Götz, J., et al. Somatodendritic localization and hyperphosphorylation of tau protein in
   transgenic mice expressing the longest human brain tau isoform. The EMBO Journal.
   1995, let. 14, št. 7, str. 1304-1313.

r. Frost B., Diamond, M. I. Prion-like mechanisms in neurodegenerative diseases. Nature
   Reviews. 2010, let. 11, str. 155-159.

s. Picon, P. D., Beltrame A. Doença de Parkinson: Protocolo Clínico e Diretrizes
   Terapêuticas. Brasília: Organização Pan-Americana de Saúde Brasil. 2002. Dostopno:
   http://www.opas.org.br/medicamentos/docs/pcdt/do_d12_01.pdf.




                                            10

Weitere ähnliche Inhalte

Empfohlen

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by HubspotMarius Sescu
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTExpeed Software
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsPixeldarts
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthThinkNow
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfmarketingartwork
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024Neil Kimberley
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)contently
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024Albert Qian
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsKurio // The Social Media Age(ncy)
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Search Engine Journal
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summarySpeakerHub
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Tessa Mero
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentLily Ray
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best PracticesVit Horky
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementMindGenius
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...RachelPearson36
 

Empfohlen (20)

2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot2024 State of Marketing Report – by Hubspot
2024 State of Marketing Report – by Hubspot
 
Everything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPTEverything You Need To Know About ChatGPT
Everything You Need To Know About ChatGPT
 
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage EngineeringsProduct Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
Product Design Trends in 2024 | Teenage Engineerings
 
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental HealthHow Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
How Race, Age and Gender Shape Attitudes Towards Mental Health
 
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdfAI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
AI Trends in Creative Operations 2024 by Artwork Flow.pdf
 
Skeleton Culture Code
Skeleton Culture CodeSkeleton Culture Code
Skeleton Culture Code
 
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
PEPSICO Presentation to CAGNY Conference Feb 2024
 
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
Content Methodology: A Best Practices Report (Webinar)
 
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
How to Prepare For a Successful Job Search for 2024
 
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie InsightsSocial Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
Social Media Marketing Trends 2024 // The Global Indie Insights
 
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
Trends In Paid Search: Navigating The Digital Landscape In 2024
 
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
5 Public speaking tips from TED - Visualized summary
 
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
ChatGPT and the Future of Work - Clark Boyd
 
Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next Getting into the tech field. what next
Getting into the tech field. what next
 
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search IntentGoogle's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
Google's Just Not That Into You: Understanding Core Updates & Search Intent
 
How to have difficult conversations
How to have difficult conversations How to have difficult conversations
How to have difficult conversations
 
Introduction to Data Science
Introduction to Data ScienceIntroduction to Data Science
Introduction to Data Science
 
Time Management & Productivity - Best Practices
Time Management & Productivity -  Best PracticesTime Management & Productivity -  Best Practices
Time Management & Productivity - Best Practices
 
The six step guide to practical project management
The six step guide to practical project managementThe six step guide to practical project management
The six step guide to practical project management
 
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
 

Prioni

  • 1. Univerza v Ljubljani Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo Seminarska naloga pri predmetu biokemija II PRIONOPATIJE IN DRUGE NEVRODEGENERATIVNE BOLEZNI S SORODNIM POTEKOM Matej Huš V Ljubljani, maja 2010
  • 2. ZGODOVINA Leta 1884 sta raziskovalca Robert Koch in Friedrich Loeffler postavila skupino trditev, ki so poznane pod imenom Kochovi postulati in povezujejo domnevne povzročitelje bolezni z boleznimi, ki naj bi jih povzročali. Da lahko rečemo, da je nek mikroorganizem povzročitelj bolezni, se mora: - v obilju nahajati v bolnih osebkih, medtem ko ga v zdravih ne sme biti; - izolirati iz obolelega organizma in gojiti v čisti kulturi; - izkazati, da vbrizganje kulture mikroorganizma v zdrav organizem povzroči bolezen. Nekatere postulate je spremenil že Koch. Prvega je črtal, ko je opazil asimptomatske prenašalce kolere. Virusi v njegovem času niso bili znani, a se jih ne da gojiti v kulturi s preprostimi postopki.[a] Skoraj celo stoletje je veljala dogma, da so povzročitelji nalezljivih bolezni bakterije, glive, praživali ali virusi. Čeprav so slednji skrajno poenostavljena oblika življenja, ki izven gostitelja sploh ne živi, mora vsak parazit, ki povzroča bolezensko stanje, imeti lasten dedni material v obliki DNA ali RNA. V osemdesetih letih prejšnjega stoletja se je v Veliki Britaniji pojavila neznana bolezen goveda z dolgo inkubacijsko dobo. Pri obolelih živalih so se v možganih pojavile zaplate gobastega tkiva, zaradi česar so bolezen poimenovali bovina spongiformna encefalopatija (BSE). Sorodna bolezen, ki prizadene koze in ovce, se imenuje praskavec (angl. scrapie) in je poznana že od 18. stoletja. Jelenjad napada bolezen kroničnega hiranja (CWD), prve primere sorodnih obolenj pri ljudeh pa so odkrili sredi prejšnjega stoletja med kanibalskim plemenom Fore na Papui Novi Gvineji. Bolezen so poimenovali kuru. Slika 1: Ovca s praskavcem[b] Slika 2: Krava z BSE[b] Vsem boleznim je skupen izmuzljiv povzročitelj, saj dolgo časa raziskovalcem ni uspelo izolirati nobenega patogenega organizma, ki bi bil prisoten pri vseh obolelih organizmih in bi povzročal bolezen. Poleg tega je bila kužnina tudi po prekuhavanju še vedno kužna. Sterilizira jo šele štiriurna obdelava z NaOH pri 134 °C in tlaku 4 atm.[b] Prve hipoteze o povzročitelju bolezni brez lastnega genskega materiala sta v šestdesetih letih prejšnjega stoletja postavila radiobiolog Tikvah Alper in matematik John Stanley Griffith. Predpostavila sta, da bolezni prenaša kužnina, ki sestoji izključno iz proteinov. Šele leta 1982 je Stanley B. Prusiner z Univerze v Kaliforniji izoliral prve skupke proteinov, ki so povzročali praskavec. Dve leti po objavi so v laboratoriju izolirali čisti protein, ki ga je Prusiner poimenoval prion. Leta 1997 je za svoje delo dobil Nobelovo nagrado za medicino.[c] Do danes so na področju prionov in bolezni, ki jih povzročajo, izvedli že mnogo raziskav, tako da je mehanizem njihovega delovanja dobro razjasnjen. 2
  • 3. PRIONI Prioni so zgrajeni iz enega sialoglikoproteina[d], ki ga pri človeku kodira gen PRNP na 20. kromosomu. Gen PRNP sestoji iz dveh eksonov, ločenih z enim intronom, ki se prepišeta v dve molekuli RNA in nato povežeta v eno molekulo mRNA. Protein PrP 33-35 (PrPC), ki ga sintetizirajo zdrave celice, je prekurzor prionskega proteina. V živčnih celicah ga najdemo z glikoinozitol fosfolipidnim sidrom pritrjenega na površino nevronov. Vključen je v delovanje sinaps, kjer veže bakrove(II) ione. Njegove funkcije in vitro še niso uspeli ponoviti. Kakor vsi običajni proteini, je PrP 33-35 občutljiv na proteaze.[e] Včasih pa se na proteinu PrP 33-35 izvede še šest posttranslacijskih Sika 3: Primerjava mišjega in človeškega proteina PrP[f]. modifikacij, ki bi lahko bile ključne za izbruh bolezni[f]: - oba konca se glikozilirata; - dva cisteinska ostanka se povežeta z disulfidnimi vezmi; - signalni peptid na N-koncu se odstrani; - hidrofobni segment na C-koncu se odstrani; - doda se fosfatidilinozitolni glikolipid na C-koncu; - odstrani se prvih 57 aminokislin na N-koncu. Slika 4: Rezultat obdelave PrP 33-35 s proteinazo K je PrP 27-30. 3
  • 4. Nastali protein se imenuje PrP 27-30. Poleg posttranslacijskih modifikacij se od PrP 33-35 razlikuje še po aminokislinskem ostanku 178, ki je asparagin namesto aspartata. To spremeni njegovo zgradbo in jo zaklene, da vsebuje 21 odstotkov alfa vijačnice in 54 odstotkov beta ploskve, medtem ko ima PrP 33-35 le 3 odstotke beta ploskve in 42 odstotkov alfa vijačnice. Mutirana oblika PrP 27-30 ima avtokatalitične sposobnosti, saj ob stiku s PrP 33-35 povzroči, da se ta zvije v mutirano obliko. PrP 27-30 nastane iz oblike PrPSc (mutirana oblika PrPC), ki jo najdemo pri praskavcu, z delno proteolizo N-konca, tako da ostane le na proteolizo odporno jedro.[g] Zaradi avtokatalitičnih lastnosti in proteolizne odpornosti PrP 27-30 so bolezni, ki jih povzroča, neozdravljive. Zaradi velikega deleža strukture beta ploskve polimerizirajo proteini PrP 27-30 v amiloidne fibrile. Ker PrP 27-30 ni topen, točnih rentgenskih in NMR-analiz ni moč izvesti; znane podatke so dobili iz kristalografskih analiz kristalitov.[c] PrPSc za razliko od PrPC tudi ni topen v vodnih raztopinah surfaktantov.[g] V zadnjih dveh letih so odkrili novo konformacijo proteina PrP, občutljivo na proteinazo K, ki prav tako povzroča spongiformno encefalopatijo. Bolezen z imenom PSPr (na proteinazo občutljiva prionopatija) je po poteku in simptomih sorodna Alzheimerjevi bolezni.[h] Protein Delež α-vijačnice Delež β-ploskve PrP 33-35 (PrPC, divji tip) 42 3 PrPSc 30 43 PrP 27-30 21 54 Tabela 1: Zgradba proteina PrP[g] Agregati PrP 27-30 v možganih povzročajo počasno propadanje nevronov v talamusu z apoptozo in moteno delovanje drugih nevronov. V človeku prioni povzročajo Creutzfeldt-Jakobovo bolezen (njena varianta nCJD ima izvor v uživanju mesa živali z BSE), smrtno družinsko nespečnost (FFI), kuru in Gerstmann– Sträußler–Scheinkerjev sindrom. Vse bolezni so neozdravljive in jih zaznamuje počasno propadanje nevronov. Njihove skupne značilnosti so povečanje števila astrocitov, izčrpanje dendritskih trnov, amiloidoza in tvorba številnih vakuol v cerebralnem korteksu, zaradi česar jim s skupnim imenom pravimo spongiformne encefalopatije. Pri vseh boleznih opazimo zelo dolgo inkubacijsko dobo, postopno izgubo mišične koordinacije po izbruhu, demenco, ki se sprva kaže kot slabljenje spomina, kasneje pa pešanje vseh kognitivnih funkcij, in napredujočo Slika 5: Levo model PrPC, desno model PrPSc. nespečnost. Imunskega odgovora ni, ker je prion telesu lasten protein. Gostitelj Bolezen Mehanizem patogeneze Ovce Praskavec (angl. scrapie) Infekcija v genetsko podvrženih ovcah Govedo Bovina spongiformna Infekcija prek kostne moke, okužene s prioni encefalopatija (BSE) Kune Prenosna kunja encefalopatija Infekcija s prioni iz ovac ali goveda (TME) Jelenjad Bolezen kroničnega hiranja Neznan (CWD) Mačke Felina spongiformna Infekcija prek govedine, okužene s prioni encefalopatija (FSE) Kopitarji Eksotična encefalopatija Infekcija prek kostne moke, okužene s prioni kopitarjev (EUE) 4
  • 5. Gostitelj Bolezen Mehanizem patogeneze Človek Creutzfeldt-Jakobova bolezen - iatrogena (iCJD) Z okuženimi hipofiznimi hormoni, instrumenti, transplanti - sporadična (sCJD) Somatska mutacija ali spontana konverzija PrPC v PrPSc? - variantna (vCJD) Infekcija prek govejega mesa, okuženega s prioni - družinska (fCJD) Podedovana mutacija gena PRNP Pleme Kuru Infekcija prek ritualističnega kanibalizma Fore Ljudje Smrtna družinska nespečnost Podedovana mutacija gena PRNP (FFI) Ljudje Smrtna sporadična nespečnost Somatska mutacija ali spontana konverzija PrPC v PrPSc? (FSI) Ljudje Gerstmann–Sträußler– Podedovana mutacija gena PRNP Scheinkerjev sindrom (GSS) Tabela 2: Prionske bolezni[i] Daleč najpogostejša spongiformna encefalopatija pri človeku je Creutzfeldt-Jakobova bolezen, ki se pojavlja v več oblikah. Kopičenje PrPSc v možganih je pri iatrogeni obliki (iCJD) posledica vnosa PrPSc v telo z zdravljenjem s hipofiznimi hormoni pridobljenimi iz hipofize umrlih s CJB ali po presadku roženice ali dure, pridobljenih od umrlih s CJB, ali z uporabo nevrokirurških inštrumentov, okuženih s PrPSc. Pri variantni obliki (vCJD) je kužni material bolnik zaužil v obliki mehansko predelanega govejega mesa. Družinsko Creutzfeldt- Jakobovo bolezen (fCJD) povzroča mutacija gena PRNP, ki se deduje avtosomno dominantno. Pri sporadični obliki (sCJD) je razlog kopičenja polimernih agregatov PrPSc v možganih neznan.[j] Spongiformne encefalopatije se lahko prenašajo horizontalno, bodisi prek človeškega stika bodisi prek uporabe okuženega pribora (iCJD) ali uživanja mesa bolnih živali (vCJD), ali pa vertikalno z dedovanjem mutiranega gena PRNP (fCJD, FFI, GSS).[j] Dvojni način prenos je unikaten. DRUGE NEVRODEGENERATIVNE BOLEZNI Poleg prionskih bolezni obstoji vrsta drugih nevrodegenerativnih bolezni, ki prizadenejo ljudi. Mednje sodijo Alzheimerjeva bolezen (AD), frontotemporalna demenca (FTD), Parkinsonova bolezen (PD), razne poliglutaminske bolezni (Huntingtonova bolezen (HD), spinocerebralna ataksija (SA)) ipd. Medtem ko se poliglutaminske bolezni prenašajo izključno z dedovanjem genetskih napak, ki povzročijo nenormalno dolge poliglutaminske verige na koncu proteinov, se druge bolezni pojavljajo v sporadični obliki ali v avtosomsko dominantni kot posledica drugačnosmiselnih mutacij. S prionopatijami si delijo vrsto značilnosti – fenotipsko raznolikost in širjenje patologije v organizmu – zaradi česar bi lahko bilo tudi zdravljenje usmerjeno na podobne tarče. Tako kot je za prionske bolezni značilno nalaganje agregatov PrPSc v možganih, je tudi za neprionske nevrodegenerativne bolezni značilno kopičenje netopnih fibrilnih agregatov proteinov (β-amiloid, protein tau, α-sinuklein, poliglutaminski niz) v živčnih celicah, kar povzroča simptome bolezni. 5
  • 6. Protein Vloga Lokacija Bolezen prionski protein delovanje sinaps, površina nevronov prionopatije veže bakrove ione protein tau[k], [l] stabilizacija mikrotubul predvsem v aksonih tauopatije, demence nevronov, drugje v (AD, FTD) sledovih β-amiloid[m] neznana, najnovejše študije kažejo možgani AD, cerebralna protimikrobno delovanje proti vsaj amiloidna angiopatija osmim pogostim patogenim mikroorganizmom α-sinuklein[n] neznana živčno tkivo, jedra PD, demenca z možganskih celic Lewyjevimi telesci, multipla sistemska atrofija poliglutaminski - večkratna ponovitev HD, SA1-3, SA6-7, niz[o] glutaminskega kodona SA17, DRPLA, CAG na različnih genih Kennedyjeva bolezen, spinalna in bulbarna mišična atrofija Tabela 3: Proteini, udeleženi pri nevrodegenerativnih boleznih Fenotipska raznolikost Večina običajnih nevrodegenerativnih obolenj ima kopico fenotipov. Spreminjajo se starost ob izbruhu, hitrost napredovanja, lokacija prizadetih delov živčnega sistema in obseg kopičenja proteinskih agregatov. Zanimivo je, da je nalaganje proteina tau značilnost več kot 20 različnih nevrodegenerativnih bolezni, med njimi tudi AD in FTD. Sporadične tauopatije imajo zelo različno prizadete dele možganov, trajanje bolezni, starost bolnikov in morfologijo fibrilov. Podobno tudi prionske bolezni napredujejo različno hitro in izvirajo iz različnih mutacij gena PRNP. Pri prionskih boleznih poznamo različne oblike proteina PrPSc (zaporednje aminokislin, posttranslacijske modifikacije, pogoji agregacije), ki se zvijejo v različne oblike in se kažejo v različnih fenotipih bolezni. Kateri fenotip bo določena oblika PrPSc povzročila pri sesalcih, še ni mogoče napovedati. Podobno imajo amiloidni proteini vrsto konformacij (za protein tau poznamo šest izoform divjega tipa[l] in vrsto mutant, med njimi ∆K280 in P301L in dvojno mutanto V337M. Navedene mutante imajo različne konformacijske oblike. Fibrilne strukture β-amiloida in α-sinukleina so poznane v dveh konformerah različne toksičnosti). Mutirana oblika v vseh primerih sproži (zaseje) fibrilizacijo monomere divjega tipa, pri čemer so nastale fibrile enake konformacije kot sevni protein. Ker informacijo o svojem zvitju prenašajo na zdrave proteine, ki se polimerizirajo v napačno zviti obliki, jih to uvršča v isti razred kot prione. Tvorbo agregatov lahko povzročajo tudi kovalentne modifikacije. Polimerizacijo proteinov tau v fibrilarne agregate povzroča hiperfosforilacija, zaradi katere se stabilnost mikrotubul poruši. To vodi v odmrtje celic in tvorbo nevrofibrilarnih vozličev, ki so prisotni pri AD.[p] V teh primerih proteina tau ne najdemo le v aksonih, marveč tudi v celičnih telescih in dendritih prizadetih celic.[q] 6
  • 7. Ali različne konformere fibrilnih proteinov povzročajo različne fenotipe nevrodegenerativnih bolezni, še ni dognano. Za dokaz bo treba nedvoumno povezati posamezno konformero z določenim fenotipom bolezni. Širjenje patologije Nevrodegenerativne bolezni se začnejo z motnjami v delovanju neke regije v možganih, medtem ko so v kasnejših stadijih bolezni običajno prizadeta mnogo večja območja možganov. Prva prizadeta regija je pri isti bolezni pogosto ista in lahko služi za diagnozo (npr. pri AD je to običajno entorinalni korteks, kjer se kaže kopičenje proteina tau). Lezije se širijo po normalnih poteh notranje možganske povezanosti (pri AD sledijo hipokampus, amigdala in neokorteks). PD se začne z motoričnimi simptomi, ki jih povzroča propadanje dopaminskih recepetorjev v črni substanci, in pri znatnem deležu bolnikov napreduje do demence, kar nakazuje prizadetost dodatnih delov možganov. Vse to kaže na patogeno povezavo med prizadetimi celicami in okolico. Prionopatije se začnejo z majhnim inokulumom, ki je lahko kontaminiran kirurški instrument ali pa spontana akumulacija PrPSc v eni celici. Sčasoma se prionopatija razširi po živčnem sistemu, verjetno prek vagusnega živca v medulo, pons, medmožgane, male možgane in talamus po nevroanatomskih povezavah. PrPSc potuje iz prizadete celice v naivno celico, kjer pretvarja PrPC v PrPSc, na dva načina. Lahko potuje po sinaptičnih povezavah ali pa se izloči v okolico, kjer ga sosednje celice privzamejo. Prehajanje se vrši prek eksosomov ali tunelskih nanocevk (zanje se predpostavlja, da so citoplazmatske povezave med celicami sesalcev). Ali neprionski proteinski agregati prehajajo med človeškimi celicami in vivo, ni znano. Raziskave celic v kulturi in na transgenih miših s človeškim sinukleinom kažejo, da je to možno. Celice v kulturi so privzele agregate proteinov tau, β-amiloida, α-sinukleina in poliglutamina. Protein tau in poliglutamin sta v celicah tudi sprožila napačno zvijanje pravilno zvitih proteinov in njihovo nadaljnjo agregacijo. Induciranje napačnega zvijanja in agregiranja proteinov in vivo v ljudeh še ni bilo dokazano. Protein Konformacijska Prehajanje agregatov med Širjenje agregacije in raznolikost? celicami v kulturi? vivo? Prionski Da Da. Da. protein (PrP) Amiloid-β Da Celice vključijo ekstracelularne Da: inokulacija v možgane agregate. sproži nadaljnjo agregacijo Tau Da Celice vključijo ekstracelularne Da: ekstracelularna agregate, prenos intracelularnih inokulacija sproži vnos v agregatov. celice in inducira napačno zvijanje proteinov. α-sinuklein Da Celice sproščajo protein, druge Možno: v ljudeh presajene celice v kulturi ga privzamejo. celice razvijejo Lewyjeva telesca; presajene celice v miših asorbirajo proteine iz gostitelja in tvorijo inkluzije. Poliglutaminski Da Celice v kulturi privzamejo Ne. niz agregate, ki inducirajo napačno zvitje proteinov v celici; agregati prehajajo med celicami. Tabela 4: Skupne značilnosti sesalskih proteinov, povezanih z nevrodegenerativnimi boleznimi 7
  • 8. Razlike Razlike med prionskimi in običajnimi nevrodegenerativnimi obolenji obstajajo. Za zdaj ni dokazov o spontani infektivnosti sporadičnih oblik AD, FTD ali PD. Prioni po zaužitju nespremenjeni potujejo skozi prebavni trakt, se absorbirajo v gostitelja, pomnožujejo in potujejo do možganov. Proteini, ki se agregirajo pri ostalih nevrodegenerativnih boleznih, tega niso zmožni. Raziskave sicer kažejo, da bi se lahko serumska amiloidoza A, ki jo povzroča agregacija serumskih amiloidov A, prenašala na tak način, a ne sodi med nevrodegenerativne bolezni. Poleg tega prionopatije po dolgi inkubacijski dobi po izbruhu simptomov napredujejo hitro, tipično vodijo v smrt v manj kot letu dni, medtem ko so nevrodegenerativne bolezni počasnejše. Podoben način širjenja? Ker je protein PrP transmembranski, se bolezen laže širi med celicami, medtem ko sta protein tau in sinuklein intracelularna proteina. Kljub temu protein tau in sinuklein nekako prehajata med celicami. Lokalno prehajanje je posledica izliva agregatov v okolico po smrti celice in eksocitoze, medtem ko nove raziskave odkrivajo tudi širjenje fibrilarnih agregatov po sinaptičnih poteh bodisi zaradi degeneracije sinapse bodisi v okviru normalnega sinaptičnega delovanja. Slika 6: Transcelularno širjenje napačno zvite oblike proteinov[r] Na podoben način se širi prionska oblika PrPSc, tako da bi imela potrditev tega mehanizma pomembne ramifikacije za zdravljenje nevrodegenerativnih bolezni. Današnje metode zdravljenja skušajo zavreti celično smrt in podaljšati življenjsko dobo nevronov, a je zdravljenje v veliki meri samo paliativno in simptomatsko (AD se zdravi z levodopo, ki se v živčnem sistemu pretvarja v dopamin, in dopaminskimi agonisti, kot so bromokriptin, pergolid, pramipeksol, kabergolin. Uporabljajo se še amantadin, biperiden in triheksifenidil, katerih funkcija ni dokončno pojasnjena[s]). Terapija z zarodnimi celicami je verjetno neučinkovita zato, ker zarodne celice niso odporne proti napačnemu zvijanju, ki ga inducirajo že napačno zviti proteini. Največ obetajo raziskave s področja razvoja protiteles, ki dajejo v miših pri tauopatijah in sinukleinopatijah spodbudne rezultate pri farmakološkem blokiranju privzema agregatov v celice. Tehnike s protitelesi bi se prav tako lahko osredotočile na proteinske agregate v celicah, ki se izločajo v ekstracelularni prostor. 8
  • 9. REFERENCE a. Dimmock N. J., et al. Introduction to Modern Virology. 6. natis. Oxford, Blackwell Publishing. 2007. ISBN 978-140-5136-45-7. b. Riesner, D. Prionen-Krankheiten: Vom ausgefallenen Forschungsthema zur epidemiologischen Anwendung. Chemie in unserer Zeit. 1996, let. 30, št. 2, str. 66–74. c. Hörnlimann, B., et al. Prions in humans and animals. 1. natis. Berlin, Walter de Gruyter GmbH & Co. 2007. ISBN 978-311-0182-75-0. d. Bolton D. C., et al. Scrapie PrP 27-30 is a sialoglycoprotein. The Journal of Virology. 1985, let. 53, str. 596-606. e. Otvos, L. jr., Cudic, M. Post-translatonal modifications in prion proteins. Current Protein & Peptide Science. 2002, let. 6, str. 643–642. f. Manson J. C., Tuzi N. L. The murine PrP gene (Prnp), and murine and human PrP proteins. Expert Reviews in Molecular Medicine. 2001. Dostopno: http://journals.cambridge.org/fulltext_content/ERM/ERM3_12/S1462399401002952sup0 02.htm. g. Prusiner, S. B., et al. Conversion of α-helices into β-sheets features in the formation of the scrapie prion proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences. 1993, let. 90, str. 10962-10966. h. Gambetti P., et al. A Novel Human Disease with Abnormal Prion Protein Sensitive to Protease. Annals of Neurology. 2008, let. 63, str. 697-708. i. Prusiner, S. B., et al. Prion Protein Biology: Review. Cell. 1998, let. 93, str. 337–348. j. Popović, M., et al. Navodila za obravnavo bolnika s Creutzfeldt-Jakobovo boleznijo. 1. natis. Ljubljana, Inštitut za varovanje zdravja Republike Slovenije. 2009. ISBN 978-961-6659-48-2. k. Drubin, D. G., Kirschner, M. W. Tau Protein Function in Living Cells. The Journal of Cell Biology. 1986, let. 103, št. 6, str. 2739-2746. l. Buée, L. Tau protein isoforms, phosphorylation and role in neurodegenerative disorders. Brain Research Reviews. 2000, let. 33, str. 95-130. m. Soscia, S. J., et al. The Alzheimer’s Disease-Associated Amyloid b-Protein Is an Antimicrobial Peptide. PLoS ONE. 2010, let. 5, št. 3, str. 1-10. n. Yu, S., et al. Extensive nuclear localization of α-synuclein in normal rat brain neurons revealed by a novel monoclonal antibody. Neuroscience. 2007, let. 146, št. 2, str. 539-555. o. Cummings, C. J., Zoghbi, H. Y. Trinucleotide repeats: Mechanisms and patophysiology. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 2000, let. 1, str. 281-328. 9
  • 10. p. Forlenza, O. V., Gattaz W. F. Influência de mecanismos colinérgicos nos processos neurodegenerativos relacionados à formação de amilóide e à fosforilação da proteína tau. Revista de Psiquiatria Clínica. 1998, let. 25, št. 3, str. 114-117. q. Götz, J., et al. Somatodendritic localization and hyperphosphorylation of tau protein in transgenic mice expressing the longest human brain tau isoform. The EMBO Journal. 1995, let. 14, št. 7, str. 1304-1313. r. Frost B., Diamond, M. I. Prion-like mechanisms in neurodegenerative diseases. Nature Reviews. 2010, let. 11, str. 155-159. s. Picon, P. D., Beltrame A. Doença de Parkinson: Protocolo Clínico e Diretrizes Terapêuticas. Brasília: Organização Pan-Americana de Saúde Brasil. 2002. Dostopno: http://www.opas.org.br/medicamentos/docs/pcdt/do_d12_01.pdf. 10