Пріони є. Пріони історія відкриття загальна характеристика особливості реплікації пріони

Під пріонами необхідно розуміти особливий клас інфекційних білків з аномальною третинної структурою, позбавлених нуклеїнових кислот.

Пріони не можна віднести до живих мікроорганізмів, але їх розмноження відбувається за рахунок функцій живих клітин. Пріони - молекули білків з аномальною тривимірною структурою, які мають здатність прискорювати трансформацію нормальних білків і перетворювати їх в собі подібні. У більшості випадків в момент переходу білків з нормальної форми в пріонних α-спіралі починають трансформуватися в β-шари. Це дає можливість утворився інфекційних агентів перебудовувати нові білкові молекули, в результаті чого відбувається запуск ланцюгової реакції, завдяки якій утворюється величезна кількість неправильно згорнутих молекул.

Дані інфекційні агенти можуть існувати в декількох формах - штамах, структура кожного незначно відрізняється.

Білки, з яких складаються пріони (PrP), можна виявити у всіх органах і системах людини і ссавців. Але в уражених тканинах можна виявити PrP з аномальною структурою, який до того ж має стійкість до протеазам (ферменти, що гідролізують білки).

Нормальну тривимірну форму білка називають PrPС, а аномальну інфекційну - PrPSс. Якщо говорити про інфекційної ізоформах PrP - PrPSс, то вона має здатність переводити нормальний PrPС білок в інфекційну ізоформу, тобто замінювати його тривимірну структуру, що впливає на подальшу взаємозв'язок PrP з іншими білками.

Інформація про фізико-хімічні властивості пріонів

Пріони характеризуються досить високим рівнем опірності до хімічних і фізичних факторів. Пріони незмінні при високих температурних значеннях (90 ° С). Їх молекули є гідрофобними (бояться контакту з водою). Інфекційні форми пріонів (PrPSс) стійкі до багатьох фізичних факторів і реагентів, таким як ультрафіолетове опромінення і іонізуюче випромінювання, Нуклеази, органічні розчинники, альдегіди, іонні та неіонні детергенти.

Пріонні захворювання: класифікація

Пріони можуть викликати різні патологіїу тварин (коров'ячий сказ, трансмісивні губчасті енцефалопатії). У людей дані інфекційні агенти здатні викликати такі стани:

• хвороба куру;
• аміотрофічний лейкоспонгіоз;
• фатальна сімейна безсоння;
• синдром Герстмана - Штраусслера - Шейнкера;
• хвороба Крейтцфельдта - Якоба.

Що стосується інкубаційного періоду при пріонних хворобах, то він варіюється від декількох місяців до 15-30 років.

Всі перераховані вище хвороби вражають головний мозок, ЦНС, і на сьогоднішній день є невиліковними, що завжди закінчується летальним результатом.

Пріони здатні викликати нейродегенеративні захворювання, це є наслідком освіти і скупчення в ЦНС амілоїдних бляшок, які сприяють руйнуванню нормальної тканинної структури. Під руйнуванням мається на увазі освіту в тканинах порожнин, в результаті чого їх структура стає губчастої.

Прийнято вважати, що пріонні хвороби можна дістати 3 шляхами:

• спонтанно;
• Шляхом прямого зараження;
• Спадково.

В окремих випадках для виникнення захворювання необхідно комплексне поєднання цих факторів. Але, як правило, всі перераховані вище пріонні хвороби виникають через нез'ясовані причини спорадично. Якщо говорити про спадкових факторів захворюваності, то на такий варіант доводиться близько 15% всіх відомих випадків. Пріони інфікування може мати місце в таких випадках:

• прийом погано термічно обробленої їжі тваринного походження, наприклад: м'ясо, мозок корів, які страждають губчастої енцефалопатією;
• при оперативних вмешательствах- трансплантація рогівки ока, переливання крові, прийом БАДів і гормонів тваринного походження, використання зараженого або погано простерилізованого хірургічного інструментарію або кетгуту;
• гиперпродукция РГР та інші стани, в ході яких стимулюється процес переходу РГР в РГР.

Згідно даних останніх досліджень, основний шлях зараження - вживання інфікованої їжі. Є з ведення, що пріони прекрасно себе почувають в тканинах і органах мертвих тварин (слина, сеча та інші рідини).

Пріони знаходяться в навколишньому середовищі, тому зараження може статися спонтанно при використанні погано оброблених або нестерильних хірургічних інструментів. Вони чудово зберігаються в грунті, завдяки тому, що легко зв'язуються з більшістю ґрунтових мінералів.

Як діагностувати пріонні захворювання?

На сьогоднішній день способів точної діагностики пріонних інфекцій не розроблено. Існують тільки такі методи:

• Електроенцефалограма (ЕЕГ);
• Молекулярно-генетичне дослідження (метод иммуноблоттинга з використанням МКА-15ВЗ- моноклональних антитіл, за допомогою яких можна розпізнати PrPSc і РrРс).

• МРТ (з її допомогою можна виявити атрофію мозку).
• Дослідження ліквору (тест на нейроспецифічні білок 14-3-3 при спонтанних випадках захворювання Крейтцфельдта-Якоба).

• Методи полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР).
• імунологічне обстеження (ідентифікація пріонів за допомогою методу иммуноблоттинга в периферичних лімфоцитах).
• Дослідження аутопсійного матеріалу (виявлення Status spongiosis, ознак церебрального амілоїдозу, освіта амілоїдних бляшок).

При проведенні діагностики пріонних інфекцій необхідно диференціювати їх з усіма патологіями, характерною ознакою яких є придбане слабоумство, наприклад, нейросифилис, хвороба Паркінсона і Альцгеймера, васкуліт, стрептококовий менінгіт, герпетичний енцефаліт, міоклонус-епілепсія, і т.п.)

Інформація про лікування поранених захворювань

На сьогоднішній день завдяки комп'ютерним технологіям вченим вдалося знайти речовини, які можуть стати ліками від нейродегенеративних патологій, що характеризуються повільно прогресуючим ураженням головного мозку зі смертельними наслідками.

Кілька років тому було виявлено, що пріони мають здатність розкладатися під впливом лишайників. Величезне значення має проблема дослідження такого захворювання як губчаста енцефалопатія і хвороба Крейтцфельдта. Небезпека цих захворювань в тому, що до прояву перших симптомів може пройти від місяця до 10-12 років. На даний момент практично немає можливості визначити інфекційне ураження при житті. Єдиним оптимальним способам є дослідження тканини мозку вже після смерті пацієнта.

Вчені намагалися розробити методи дослідження, при яких можливо було б використовувати для аналізів сечу або кров. Але, на жаль розробки, поки не увінчалися успіхом.

На сьогоднішній день всі відомі хвороби, спровоковані інфекційним пріонних білком, є невиліковними, але методи терапії активно обговорюються в усьому світі. При губчастих енцефалопатії імунну відповідь на пріонну інфекцію відсутня, це є результатом того, що в людському організмі завжди є нормальна форма білка PrP.

Пацієнти з клінічними симптомами пріонних інфекцій є непрацездатними. Все патології характеризуються несприятливим прогнозом, хвороба завжди закінчується смертельним результатом для пацієнта.

Статтю підготувала лікар Тютюнник Д.М.

При деяких дегенеративно-дистрофічних захворюваннях людини тривалий час виявити причину їх виникнення з'ясувати не вдавалося. Лише з кінця XX століття були опубліковані перші повідомлення, що цю патологію викликає інфекційний агент білкової природи, який не містить в собі ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) і РНК (рибонуклеїнова) кислота. Такі білки були названі пріонами (від англійського скорочення слів білок і інфекція), а захворювання - пріонних інфекцій.

Етіологія (причини) пріонів інфекції

Організм людини складається переважно з білків. Вони є синтетичним матеріалом для побудови клітинних мембран, внутрішньоклітинних структур, більшості ферментів і гормонів. Інформація про те, який білок буде синтезуватися в клітці, міститься в геномі (ДНК або РНК) і визначається послідовністю нуклеотидів. Властивості білка в свою чергу залежать від послідовності його амінокислот. після синтезу білкової молекули зі строго заданою кількістю і послідовністю амінокислот, відбувається упаковка лінійної молекули білка в тривимірну структуру. Пріони - це білки зі зміненою тривимірною структурою. Нормальний їх аналог являє собою білок, що входить до складу нейроцитів (клітини нервової системи). Саме тому пріонних інфекцій вражає нервову систему - змінені білки, порушують нормальну структуру клітинних мембран і призводять до утворення скупчень аномальних білків в міжклітинному речовині з руйнуванням (дегенерація) нейроцитів. Білкові молекули пріони мають ряд властивостей, які призводять до розвитку патології і дають їй схожість з будь-якою іншою інфекцією:

• При попаданні в клітину, вони поступово приводять до зміни упаковки синтезованого білка в правильну тривимірну структуру.
• Мають здатність до поширення і збільшення кількості аномальних білкових молекул - цей процес відбувається постійно, в певній прогресії.
• Мають можливості до зараження - процес починається після потрапляння в клітину пріонів.

На відміну від інфекцій, представників живої матерії, пріони є дуже стійкими в навколишньому середовищі. Вони не руйнуються під дією дезінфікуючих речовин, ультрафіолетового або іонізуючого опромінення, високої температури.

Ці механізми і особливості пріонів призводять до розвитку дегенеративно-дистрофічних патології нервової системи, в першу чергу головного мозку.

Пріони досі викликають жваву дискусію, щодо їх положення в природі. Відсутність генетичного матеріалу відносить їх до неживої матерії. Проте, здатність до зараження і збільшення кількості патологічних білкових молекул, вказує на схожість пріонів з живою інфекцією.

Шляхи виникнення пріонів інфекції

Дегенеративно-дистрофічна патологія нервової системи, викликана пріонами, може розвиватися кількома шляхами, до яких відносяться:

• Спонтанне розвиток - пріони виникають спонтанно, без видимих ​​причин або провокуючих чинників, причому схильний їх появи, може бути будь-яка людина, незалежно від віку, статі або расової приналежності. Вважається, що патологія розвивається через помилкову тривимірної упаковки єдиної молекули, яка запускає процес пріонів інфекції.
• Зараження - цей шлях захворювання реалізується при попаданні приона в організм людини.
• Генетична схильність - зміни в гені, який несе інформацію про структуру білків клітин нервової системи, передаються у спадок від батьків дітям.

Це основні шляхи розвитку патології, найчастішим з них є генетична схильність, дещо рідше зараження і дуже рідко дегенеративно-дистрофічна патологія розвивається спонтанно.

Про інфекційну природу пріонів інфекції свідетелсьтвует часте розвиток патології нервової системи, викликаної пріонами, серед деяких племен аборигенів Нової Гвінеї, де мали місце випадки канібалізму. При цьому пріони потрапляли в організм здорових людей. При усуненні канібалізму в цих племенах, захворюваність пріонних інфекцій різко знизилася.

Симптоми пріонів інфекції

Період часу від освіти або попадання в організм людини єдиної молекули специфічного патологічного білка пріона до розвитку клінічної симптоматики (інкубаційний період) становить близько 30-50 років. У жінок цей період дещо коротший. Відомі випадки розвитку патології протягом декількох років. Дегенеративно-дистрофічних захворювань нервової системи проявляється змінами її функціонування з появою таких проявів:

• Порушення рухової функції - розвиток тремору (тремтіння) рук і атаксія (порушення ходи, при цьому вона нагадує людини в стані алкогольного сп'яніння).
• Деменція - виражене зниження розумових здібностей людини.
• Безсоння - порушення біологічного ритму людини, при якому він не може заснути тривалий період часу. Причому застосування снодійних засобів при цьому не має практично ніякого ефекту. Така безсоння значно виснажує людину і може привести до смерті (в літературі такий симптом має назву - смертельна безсоння).
• Дизартрія - нечленороздільна мова при ураженні мовного центру головного мозку.
• Мимовільний сміх і невмотивована ейфорія. Однією з форм пріонів інфекції є захворювання «гуру» в племенах Нової Гвінеї, що в перекладі означає - «тремтячий сміх».

Всі ці симптоми вказують на поступове руйнування нейроцитів різних центрів головного мозку. У міру прогресування патології, пріонні білки відкладають в судинно-руховому і дихальному центрі довгастого мозку з подальшою смертю від зупинки дихання та серцевої діяльності.

Від моменту появи перших ознак, до летального результату проміжок часу значно менше, в порівнянні з інкубаційним періодом, становить від 1-го року до декількох років.

діагностика

На жаль, на сьогоднішній день ефективних методик ранньої діагностики цієї патології немає. Зазвичай захворювання діагностується на стадії клінічних симптомів, при появі характерних ознак дегенеративно-дистрофічних процесів в головному мозку.

Лікування пріонів інфекції

Терапевтичні заходи, при цій патології є суто симптоматичними. Зупинити або хоча-б уповільнити процес зміни білків в нервовій системі поки не вдається.

Багато вчених намагаються розробити вакцину для профілактики і лікування пріонів інфекції, її суть полягає в виключенні гена, що відповідає за синтез білка в організмі, який може стати попередником пріонів.

Відкриття феномену пріонів дозволило виявити існування нового типу спадковості - спадковості на основі білка. Термін "пріони" (proteinaceous infectious particle) з'явився в зв'язку з дослідженням ряду нейродегенеративних захворювань з невідомою етіологією, таких, як скрейпі овець і хвороба Крейцфельда-Якоба у людини. І хоча ці хвороби відомі досить давно, природа їх залишалася загадкою досить довго. Пояснення такого повільного ходу досліджень полягала в незвичайний спосібвиникнення цих хвороб: вони можуть виникати спонтанно і в той же час можуть і успадковуватися і передаватися інфекційним шляхом. Довгий час комбінація цих трьох властивостей здавалася незрозумілою.

У 1967 була запропонована так звана "білкова" гіпотеза, згідно з якою інфекційний агент, що викликає ці захворювання і отримав пізніше назву "пріони", являє собою звичайний клітинний білок, який прийняв особливе конформационное стан. Проникнення пріонів в клітку призводить до порушення конформації синтезується клітиною пріонів білка, порушення функції клітини і подальшого накопичення пріонів, здатному самопідтримується за рахунок автокаталитического механізму. Фактично пріони є генетичним детермінантою білкової природи.

На сьогоднішній день цю гіпотезу підтверджують як експериментальні дані, так і той факт, що до сих пір не вдалося знайти будь-яку нуклеїнових кислот, пов'язану з цими інфекційними захворюваннями.

Пріони изоформа білка відрізняється від клітинної тільки по вторинній структурі, вона має в основному бета-складчасту структуру, а клітинна форма - в основному альфа-спіральну [Тер-Аванесян ea 1999]. Це вірно, як для білка ссавців PrP, так і для всіх інших знайдених пріонів, в тому числі і Sup35.

Основні властивості пріонних білків - здатність до агрегації і до виникнення de novо, наявність безлічі патологічних конформаційних варіантів і успадкування патологічної конформації. Для поранених полімерів характерна також стійкість до денатуруючих агентів і деяким протеазам (наприклад хімотрипсину). Остання властивість виявляють і амілоїдні агрегати, проте вони не успадковуються і не інфекційне. Конформаційних варіантів для них теж поки не виявлено.

Вивчення пріонів в основному пояснювалося патологією, яку вони викликають у людини і тварин. Відкриття пріоноподобних білків у нижчих еукаріот істотно розширило уявлення про пріони. Стало ясно, що це не просто принципово нове, але і досить загальне явище, що зустрічається у різних організмів. Вивчення дріжджових пріонів дало додаткову інформацію про явище в цілому, а також докази принципової подібності пріонів з амілоїдних фибриллами. В даний час пріони-амілоїдних феномен інтенсивно вивчається в багатьох лабораторіях, зростає список хвороб, з числа відомих раніше, для яких підтверджена амілоїдна природа.

У дріжджів і грибів існування білків з пріонні властивостями в основному має адаптивне значення. Крім того, стає відомо все більше і більше пріоноподобних і амілоїдних білків ссавців, що беруть участь в різних біологічних процесах. І, швидше за все, подібні білки поширені набагато ширше, ніж представляється зараз.

Що ж відбувається, коли аномальне, пріонних білок потрапляє в клітку або в систему, де є нормальний клітинний білок - аналог приона? Структурно пріонних білок відрізняється від клітинного тільки тим, що він володіє інший конформацией, тобто зміненої вторинної та третинної структурою. Для повної конверсії клітинного білка досить слідового кількості пріонів білка (далі така мала кількість матеріалу пріонів білка буде називатися "насінням"). На сьогоднішній день практично встановлено, що білок в пріонів конформації являє собою агрегат у вигляді високоупорядоченних фібрил, до кінців яких може приєднуватися нормальний клітинний розчинний білок, і саме це зв'язування, мабуть, і є тим фактором, який викликає зміну конформації. При цьому білок, що знаходиться в агрегованому стані, не здатний далі здійснювати свою нормальну клітинну функцію. На дріжджах in vitro було показано, що при додаванні до лізата клітин насіння відбувається швидка конверсія - утворення агрегатів з усієї клітинної форми цього білка. Якщо ж потім взяти насіння цього агрегату і помістити їх в наступну порцію нормального лизата, то знову відбудеться конверсія і утворення агрегатів. Цю процедуру можна здійснити необмежену кількість разів [Paushkin ea 1997].

Пріони дріжджів з'явилися досить зручною модельною системою для вивчення пріонів явища в цілому. Вони мають незаперечні переваги перед тваринами системами по швидкості постановки експериментів, доступності та безпеки для дослідників. Можна сподіватися, що результати, отримані в дріжджовий системі, будуть використані в майбутньому для дослідження поранених властивостей патогенних білків, що викликають пріонні або амілоїдні захворювання людини і тварин, а також білків, корисних для життєдіяльності клітини.

Пріони (англ. Prion від protein - «білок» і infection - «інфекція»).

Термін запропонований людиною, який виклав основи сучасних знань про ці білках - Стенлі Прузінер в 1982 році.

Тепер нам відомо, що це патологічні білки, що викликають ряд енцефалопатій людей (хвороба Крейтцфельдта - Якобасіндром Герстмана - Штраусслера - Шейнкера, фатальна сімейна безсоння, Куру і ін), худоби (коров'ячий сказ, скрейпі у овець) і птахів. Тип передачі, патогенез і т.д. у даних захворювань не схожий ні на віруси, ні на бактерії. Але про все по порядку.

Історія

Перше захворювання зі списку поранених описаних людиною є скрейпі - овеча почесуха. У 1700-му році, в Англії (в країні з найбільшою популяцією домашніх овець на той момент) були описані такі симптоми - найсильніший свербіж, біль у кінцівках при русі, судомні напади. Хвороба прогресувала за тиждень. Спалахи виникали в різних графствах. Ветеринари та лікарі розводили руками, не знаючи джерела хвороби. Всі симптоми вказували на ураження мозку.

До 20-го століття не додалося нових даних про те, що ж за захворювання вражало бідних овечок. І ось, в 1920-х, роках Ганс Герхард Крейцфельдта і Альфонс Марія Якоб окремо один від одного (при чому обидва в 1920-му році, але Крейцфельдта раніше) описали невиліковне ураження нервової системи людини, назване згодом їх іменами.

Custom Gallery:зображення не знайдені

Була описана патологоанатомічна картина (вогнищеві ураження тканин головного мозку). Була зроблена перша спроба класифікації симптомів. Ухвалою захворювання стало «спастичний псевдосклероз або енцефалопатія з розсіяними вогнищами в передніх рогах спинного мозку, екстрапірамідної та пірамідної системі».

Гістологічний препарат головного мозку, на якому видно мікропорожнини

Ганс Герхард Крейцфельдта, будучи німецьким неврологом, заплямував себе в зв'язках з нацизмом. Не будучи членом партії, він виступав в якості медичного експерта з питань спадковості, тобто вирішував питання про примусову стерилізацію і евтаназії.

Ходять різні версії про його заняттях в цій області. Одні пишуть, що Крейцфельдта рятував від цих процедур, приховуючи патології і виправляючи історії хвороб, інші, що лікар все-таки займався відправкою людей в табори смерті і в клініку Кіля (де і проводилися «евтаназії»).

У будь-якому випадку британські окупаційні власті не знайшли в його справі слідів злочинів і 60-ти річний лікар продовжив свою діяльність в Мюнхені.

Історія ж пріонних хвороб розвивалася далі. У 1957 році Карлтон Гайдушек і Вінсент Зігас відкрили захворювання, схоже за клінічній картині з хворобою Крейцфельдта-Якоба (захворювання тепер носило імена цих двох лікарів). Якщо захворювання, відкрите в 20-і роки вражало жителів Західної Європи, то нове - представників одного племені Нової Зеландії.

Було винесено припущення, що дана патологія викликається вірусом. Вивчено клінічна картина, Що характеризується тремором, судомами, головним болем.

На основі того, що сусідні племена не практикували канібалізм і поїдання головного мозку і не страждали подібними патологіями, стали з'являтися теорії про те, що вірус знаходиться в мозковій тканині і може передаватися алиментарно.

У 1967 році був проведений перший вдалий експеримент із зараженням піддослідних мишей біологічними рідинами хворих скрейпі овець. Результат виявився позитивним. У мишей розвивалися ті ж симптоми, що і у «донорів». Доказів на користь заразність захворювання стало більше.

Цікаво, що в 1976 році Гайдушек удостоївся Нобелівської премії за відкриття, що стосуються нових механізмів походження і поширення інфекційних захворювань, Пов'язану з вивченням хвороби племені форі. До кінця життя він був упевнений, що її викликають віруси.

Як вже було сказано вище, основи знань про пріони заклав Стенлі Прузінер.

Дещо з його біографії. Народився в США в 1942 році. Його предки - емігранти з російської імперії, єврейського походження, змушені покинути країну через єврейських погромів.

Сам Стенлі Прузінер в 1968 р закінчив Університет Пенсільванії і працював ординатором-неврологом в Медичній школі Каліфорнійського університету (Сан-Франциско).
У 1970 вперше зустрівся з хворобою Крейтцфельдта - Якоба.

У пацієнта, який перебуває на лікуванні у Прузінер, ніяк не виявлявся збудник.

Щільно зайнявшись цим дослідженням, невролог звернувся до праць іншого лікаря - Сіггурдсона, що виявив певні закономірності у незрозумілих на той момент хвороб. Такими закономірностями стали:

- незвично тривалий (місяці і роки) інкубаційний період;

- повільно прогресуючий характер перебігу;

- незвичайність ураження органів і тканин;

- неминучість смертельного результату.

Відомими на той момент захворюваннями, придатними під дані критерії, а були хвороба Крейтцфельдта - Якоба, Куру у людей і скрейпі, яка почала вражати не тільки овець, але і кіз.

Саме з біологічних рідин (ліквору, сечі, спермі, слини) овець, хворих «часоткой» готувалися препарати для зараження і подальшого дослідження.

Експерименти проводилися на мишах. Було виявлено, що інкубаційний період триває 100-200 діб. Хвороба розвивається у всіх експериментальних мишей.

Прогрес був досягнутий після появи в лабораторії хом'яків. У них інкубаційний період був значно коротший, а клінічні проявибули все ті ж.

Отже, після 10-ти (!) Років кропіткої роботи по зараженню, забою тварин, очищення та дослідження матеріалу було виявлено патогенний об'єкт. Експерименти наполегливо свідчили, що він складався з одиночного білка, який Прузінер назвав пріонів.

Незважаючи на величезну доказову базу, зібрану за роки досліджень, теорія не отримала загальної вдячності. Більшість вірусологів того часу (а йшов уже 1982 рік) поставилися до заяви з недовірою.

Основною причиною цього була відсутність у збудника свого генотипу. Були тільки амінокислоти, нуклеїнових кислот не було.
Не втративши наснаги, Сіггурдсон продовжив вивчення дивного агента. Була виявлена ​​його амінокислотна послідовність. Далі отримання антитіл до пріон-білку уможливило визначення його локалізації в клітинній мембрані.

Кар'єра вченого йшла в гору. У 1980 р він став професором неврології, а в 1988 р - професором біохімії.
У 1982 році він опублікував наукова працяпро абсолютно новий тип збудників хвороб.

Загальне визнання лікар і вчений отримав в 90-і роки. У 1997 році він отримав Нобелівську премію «За відкриття пріонів, нового біологічного принципу інфекції».

Ще одна причина збільшення інтересу до даної патології - епідемія коров'ячого сказу, або губчастої енцефалопатії великої рогатої худоби, що захлеснула Великобританію (налічувалося 179 тис. Голів великої рогатої худоби з симптомами захворювання).

Що ж таке пріони і який їхній механізм дії на організм (сучасні уявлення)?

Насправді в організмі людини і багатьох інших живих істот є білки PrP C. По-русски - нормальна форма пріонних білків (відкриті були після досліджень Сіггурдсона, тому така дивина в назву). Відома його довжина, послідовність амінокислот, вторинна структура. Важливо знати, що кінцева структура складається з трьох α-спіралей і двухцепочечную антипаралельними β-листа.

Мають цікавою властивістю, а саме осідають високошвидкісним центрифугуванням, що є стандартним тестом на наявність пріонів. Є дані, що PrP грає важливу роль в прикріпленні клітин, передачі внутрішньоклітинних сигналів, а тому може бути залучений в комунікацію клітин мозку. Проте, функції PrP досліджені недостатньо.

(A) норма (b) патологія

Експерименти на мишах, позбавлених цих білків, показують, що відсутність PrP призводить до демієлінізації нервів. Можливо, пріонів білка в нормі підтримують довгострокову пам'ять.

Але це в нормі.

Іноді трапляються «проблеми» і з'являються білки, названі - PrP Sc - інфекційні пріони. Відрізняються вони тим, що в них замість α-спіралей переважають β-шари.

Призводить це до того, що змінюється взаємодія інших білків з новим білком.
Півбіди, якби утворювався всього один білок на організм. Біда в тому, що, одного разу утворилися, білок (!) Сам починає змінювати структуру інших.
Розглянемо основні механізми розмноження PrP Sc

Для початку механізми появи їх в організмі

Вважається, що пріони захворювання може бути придбано 3 шляхами: в разі прямого зараження, спадково або спорадично (спонтанно) або їх комбінаціями.

Спорадична (тобто спонтанна) пріонних хворобвиникає в популяції у випадкової особини. Такий, наприклад, класичний варіант хвороби Крейтцфельдта - Якоба. Існують дві основні гіпотези щодо спонтанного появи пріонних хвороб. Відповідно до першої з них спонтанна зміна відбувається в самому досі нормальному білку в мозку, тобто має місце Посттрансляційна модифікація. Альтернативна гіпотеза свідчить, що одна або кілька клітин організму в якийсь момент зазнають соматичну мутацію (тобто, не передається спадково) і починають виробляти дефектний білок PrP Sc. Як би там не було, конкретний механізм спонтанного виникнення пріонних хвороб невідомий.

Друга - зараження. За даними сучасних досліджень, основний шлях придбання поранених захворювань - поїдання зараженої їжі. Вважається, що пріони можуть залишатися в навколишньому середовищі в останках мертвих тварин, а також присутні в сечі, слині та інших рідинах і тканинах тіла (кров, ліквор). Через це зараження пріонами може статися і в ході користування нестерильними хірургічними інструментами. Це ускладнює стерилізацію хірургічних інструментів або пристроїв на бойні. Пріони в більшості своїй стійкі до протеазам, високій температурі, радіації і зберігання в формаліні, хоча ці заходи і знижують їх здатність до зараження.

Ефективна дезінфекція проти пріонів повинна включати гідроліз або пошкодження / руйнування їх третинної структури. Це можна досягти обробкою хлорним вапном, гідроксидом натрію і сильнокислая миючими речовинами. Перебування протягом 18 хвилин при температурі 134 ° C в герметичному паровому автоклаві не може деактивувати пріони.

В якості основного сучасного методу для деактивації і денатурації пріонів в даний час вивчається озонова стерилізація. Ренатурації повністю денатурованого приона до инфективности стану зафіксована не була, проте для частково денатурованих пріонів в деяких штучних умовах це можливо.

Ще варто пам'ятати, що ці білки можуть довго зберігатися в грунті за рахунок зв'язування з глиною та іншими грунтовими мінералами. Не впадайте в параною, але теоретично вони можуть бути всюди.

У 2011 році було повідомлено про відкриття пріонів, що передаються по повітрю в частинках аерозолю (тобто повітряно-крапельним шляхом). Також в 2011 році було опубліковано попереднє доказ того, що пріони можуть передаватися з одержуваних з сечі людським менопаузальним гонадотропином, застосовуваним для лікування безпліддя.

Теоретично за допомогою всього одного хворої тварини з пріонів хворобою, можна знищувати цілі нації і країни, просто додаючи його кісткову муку в кормові добавки і продаючи їх в потрібне держава.
Схожа ситуація сталася в кінці 80-х років в Британії (епідемія коров'ячого сказу). Тоді, швидше за все через незнання (а не зі злого наміру) стався вищевказаний процес, який забрав життя близько 200 осіб (на 2009 рік) і 179 тис. Голів великої рогатої худоби.

розмноження пріонів

Третій механізм - генетичний.Був відкритий недавно і абсолютно не вписується в загальну картину. Був ідентифікований ген, що кодує нормальний білок PrP - PRNP, локалізований на 20-й хромосомі. При всіх спадкових пріонних захворюваннях має місце мутація цього гена.

Що потрапив тим або будь-яким чином «спотворений» пріонних білок починає змінювати структури близьким до нього за структурою білків, перетворюючи їх в такі ж патогенні агенти.

Основна гіпотеза, найближче відображає цей процес дуже проста. Одна молекула PrP Sc приєднується до однієї молекулі PrP C і каталізує її перехід в пріонних форму. Дві молекули PrP Sc після цього розходяться і продовжують перетворювати інші PrP C в PrP Sc.

Але схема дає більше питань, ніж відповідей.

клініка

Поговоримо про хвороби і клінічних проявах.

Теоретично може виникати у всіх живих істот, що володіють PrP c

Ось деякі приклади.

У овець і кіз, як це вже говорилося вище, головне прояв - це скрейпі.

Для корів характерно коров'ячий сказ (губчаста енцефалопатія великої рогатої худоби)

У норок- Трансмісивна енцефалопатія норок. І так далі.

Зафіксовані прояви захворювань у кішок, диких парнокопитних, страусів.

Але нас цікавлять хвороби людини.

Хвороба Крейтцфельдта - Якоба. Код за МКХ-10 A81.0; F02.1.
Код А відповідає інфекційних хвороб (А81 - інфекційні захворюваннянервової системи).

Код F - психічні розлади, F02 - деменції.

Темно зелений поширення К-Я Світло зелений - коров'ячого сказу

Основні клінічні критерії для постановки діагнозу

• швидко прогресуюча - протягом 2 років - ( «спустошуюча») деменція з дезінтеграцією всіх вищих коркових функцій; пірамідні порушення (спастичні парези);
• екстрапірамідні порушення (хореоатетоз);
• міоклонус;
• атаксія, акінетичний мутизм;
• дизартрія;
• епілептичні припадки;
• зорові порушення(Диплопія)

Стадії захворювання:

1. продромальний період- симптоми неспецифічні і виникають приблизно у 30% хворих. Вони з'являються за тижні і місяці до виникнення перших ознак деменції і включають астенію, порушення сну і апетиту, уваги, пам'яті та мислення, зниження маси тіла, втрату лібідо, зміна поведінки.
2. ініціальний період- для перших ознак захворювання зазвичай характерні зорові порушення, головні болі, запаморочення, нестійкість і парестезії. У основній частині хворих поступово розвивається, рідше - гострий або підгострий дебют. У деяких випадках, як при так званих аміотрофічний формах, неврологічні знаки можуть передувати початку деменції.
3. розгорнутий період- зазвичай відзначається прогресуючий спастичний параліч кінцівок з супутніми екстрапірамідними знаками, тремором, ригідністю і характерними рухами. В інших випадках може відзначатися атаксія, падіння зору або м'язова фібриляція і атрофія верхнього рухового нейрона.

Виділяють кілька клінічних форм:

Спонтанна - класична (sCJD)

Відповідно до сучасних уявлень (пріонів теорії), пріони при цій формі захворювання виникають в мозку спонтанно, без будь-якої видимої зовнішньої причини. Хвороба зазвичай вражає людей у ​​віці старше 50 років і проявляється з ймовірністю 1-2 випадки на мільйон жителів. Спочатку проявляється у формі коротких втрат пам'яті, змінами настрою, втратою інтересу до того, що відбувається навколо. Далі симптоми деменції прогресують з усіма витікаючими наслідками.

Спадкова (fCJD)

Хвороба виникає в сім'ях, де успадковується пошкодження гена для пріонового білка. Дефектний Пріонові білок є набагато більш схильним спонтанного перетворення в пріон. Ознаки та хід хвороби подібні класичній формі.

Ятрогенна (1CJD)

Хвороба обумовлена ​​ненавмисним внесенням пріонів в тіло пацієнта при медичному втручанні. Джерелом пріонів раніше були деякі ліки, інструменти або мозкові оболонки, які забиралися у мертвих людей і використовувалися для закриття рани при операціях на мозку. Ознаки та хід хвороби подібні класичній формі.

Новий варіант (nvCJD)

Хвороба з'явилася вперше в 1995 році у Великобританії і з того моменту від неї померло не більше 100 чоловік. Найімовірніше, що вони заразилися м'ясними продуктами, що містять бичачі пріони.

• психічні розлади і сенсорні порушення,
• характерні глобальні когнітивні порушення і атаксія.
• описано кілька випадків захворювання, який дебютував з корковою сліпоти (варіант Heidenhain).
• епісиндром представлений також миоклоническими припадками.
• мозжечковая симптоматика виявляється в 100%.

Основний спосіб діагностики - прижиттєвої біопсії мозку. Також використовуються методи МРТ, ПЕТ, Існують патогномонічні симптоми електроенцефалографії.

Синдром Герстмана - Штраусслера - Шейнкера - рідкісне, зазвичай сімейне, смертельне нейродегенеративне захворювання, що вражає пацієнтів у віці від 20 до 60 років. Код A81.9. Дев'ятка тут позначає «Повільні вірусні інфекції центральної нервової системи неуточнені».

Синдром зустрічається у осіб в 40-50 років і характеризується, головним чином, мозочковою атаксією, розладами ковтання і фонації, прогресуючою деменцією на протязі від 6 до 10 років (середня тривалість хвороби становить 59,5 місяців), після чого настає смерть. Інкубаційний період триває від 5 до 30 років.

Мало вивчена. Ведуться дослідження на лабораторних мишах і хом'яків.

Фатальна сімейна безсоння - рідкісне невиліковне, спадкове (домінантно-успадковане пріони) захворювання, при якому хворий помирає від безсоння. Відомо всього 40 сімей, уражених цією хворобою.

Код за МКХ той же, що і у попередньої.

Хвороба починається у віці від 30 до 60 років, в середньому в 50. Хвороба триває від 7 до 36 місяців, після чого хворий вмирає.

Виділяють 4 стадії розвитку хвороби.

• Пацієнт страждає від все більш важкою безсоння, панічних атак і фобій. Ця стадія триває в середньому 4 місяці.
• Панічні атаки стають серйозною проблемою, і до них приєднуються галюцинації. Ця стадія триває в середньому 5 місяців.
• Цілковита нездатність спати, супроводжувана швидкою втратою ваги. Ця стадія триває в середньому 3 місяці.
• Пацієнт перестає говорити і не реагує на навколишнє. Це остання стадія хвороби, що триває в середньому 6 місяців, після чого пацієнт помирає.

Снодійні не допомагають. Взагалі.

Куру, Майже не зустрічається в даний час, у зв'язку з викоріненням канібалізму.

Цікаво, що в 2009 році американські вчені зробили несподіване відкриття: деякі члени племені форі, завдяки з'явився у них в порівняно недавньому часі новому поліморфізму гена PRNP, мають вроджений імунітет до куру.

В даний час немає жодного засобу зупиняє або гальмуючого розвиток пріонних хвороб.

Ведеться безліч досліджень.
Основні напрямки:

• Ліки - препарат, який зможе вилікувати або зупинити / загальмувати розвиток хвороби
• Вакцина - засіб для профілактики хвороб
• Так само використовуються методи генної інженерії, завдяки яким виводяться тварини несприйнятливі до пріонних хвороб.

Як зміни в генотипі і білковому складіпозначиться на їх життєдіяльності, поки ще загадка.

Стаття на конкурс «біо / мовляв / текст»: Пріонні захворювання - феномен, відкритий в двадцятому столітті, і в ньому ж почав відігравати велику роль: збільшення тривалості життя в розвинених країнах призвело до того, що все більше людей стало доживати до «свого Альцгеймера» або «свого Паркінсона». Природа нейродегенеративних захворювань продовжує залишатися туманною, і вчені поки досліджують тільки окремі їх аспекти - наприклад, причину розвитку саме в старечому віці або здатність передаватися від одних видів живих істот іншим.

Все почалося з того, що в 20 столітті вчені зацікавилися природою незвичайних захворювань людини і тварин: куру, Крейтцфельда-Якоба, скрепі. Помітне схожість патології цих хвороб дало підставу для гіпотези про їх інфекційності, що згодом було експериментально підтверджено. Тоді виникло питання про збудника даних захворювань. Перш ніж була знайдена відповідь, були виявлені надзвичайні властивості збудників: вони не розмножуються на штучних поживних середовищах, стійкі до високої температури, формальдегіду, різним видамвипромінювань, дії нуклеаз. Очищення інфекційного матеріалу і його вивчення дозволило проголосити про те, що «в усьому винен» білок, який 30 років тому отримав назву прион ( від англ. prion- білкова інфекція).

Так, відомі американські вчені - вірусолог і лікар Д.К. Гайдушек, який розкрив інфекційну природу пріонних хвороб, в 1976 р і біохімік С.Б. Прузінер, який визначив пріони і розробив пріонну теорію, в 1997 році, - були удостоєні Нобелівських премій. Їх роботи стали імпульсом для подальших досліджень, завдяки яким були вивчені нові види пріонних інфекцій. Але, навіть не дивлячись на незгасний інтерес до «пріонів темі», освіту пріонів до сьогоднішнього дня залишається загадкою.

Біологічна сутність пріонів

Малюнок 1.Метафора нейродегенератівного ураження мозку - це губка, в яку перетворюється нервова тканина в результаті масової загибелі нейронів.

Молекула приона не є чимось екзотичним: у «нормальної» формі вона є на поверхні нервових у кожного з нас. При цьому ми чудово себе почуваємо, і наші нервові клітини живі і здорові. Однак це все до тих пір, поки наш нормальний білок не «переродиться» в аномальну форму. А якщо це трапиться, то приведе до жахливих наслідків: інфекційна форма пріонів має властивість «склеюватися» з іншими молекулами і, мало того, «конвертувати» їх в цю ж саму форму, викликаючи «молекулярну епідемію». В результаті цієї полімеризації на нервовій клітині з'являються токсичні білкові бляшки, і вона гине. На місці загиблої клітини утворюється порожнеча - вакуоль, заповнена рідиною. З плином часу буде зникати один нейрон за іншим, а в мозку - утворюватися все більше «дірок», поки, нарешті, мозок не перетвориться в губку (рис. 1), за чим неминуче піде смерть.

Існує спрощене уявлення, що полімеризовані пріонні фібрили «протикають» нейрон, що викликає його загибель. Насправді це не зовсім так: попередні фибриллярной стадії сферичні агрегати пріонів також володіють токсичністю (по крайней мере, для хвороби Альцгеймера): « Альцгеймера нейротоксин: отруйні не тільки фібрили ». - Ред.

Але як може нормальний природний білок (позначається PrP C) раптом стати патологічним (PrP Sc; Sc - від слова «scrapie»)? Що має статися? Як і в разі «звичайної» інфекції, для такої трансформації необхідна зустріч з молекулою інфекційного пріона. Існують два шляхи передачі цієї молекули: спадковий (за рахунок мутацій в гені, що кодує білок) і інфекційний. Тобто впровадження приона може статися несподівано - наприклад, при вживанні в їжу недостатньо добре прожареного або звареного м'яса (в якому має бути присутня форма PrP Sc), при переливанні крові, при трансплантації органів і тканин, при введенні гормонів гіпофіза тваринного походження.

І тоді відбувається дивна подія: нормальні молекули білка, контактуючи з патологічними, самі перетворюються в них, змінюючи свою просторову структуру (механізм трансформації залишається загадкою і до цього дня). Таким чином прион, як справжнісінький інфекційний агент, заражає нормальні молекули, запускаючи ланцюгову реакцію, руйнівну для клітини.

Деякі відомості про пріони

Дослідники відзначають:

Умови виникнення захворювань

Умови виникнення пріонових хвороб унікальні. Вони можуть формуватися за трьома сценаріями: як інфекційні, спорадичні і спадкові ураження. В останньому варіанті головну роль грає генетична схильність.

Знаменитий дослідник пріонів Стенлі Прузінер ( Stanley Prusiner) Виділяє дві разючі особливості, властиві таким нейродегенеративних захворювань, як хвороба Крейтцфельда-Якоба, хвороба Альцгеймера і хвороба Паркінсона. Перша полягає в тому, що більше 80% випадків захворювання - спорадичні (тобто, випадкові, що виникають «самі собою»). Друга: незважаючи на те, що велика кількість мутантних білків, специфічних до певної хвороби, експресується в процесі зародкового розвитку, форми успадкування цих нейродегенеративних захворювань проявляються пізніше. Це передбачає, що деякі процеси відбуваються під час старіння, яке «дає волю» хвороботворним білків. Більше 20 років тому автор стверджував, що даний процес включає випадковий рефолдингу (пересворачіваніе) білка в неправильно згорнутий, що відповідає переходу в інфекційне стан - пріон.

Цікаві факти щодо хвороби Альцгеймера: її ймовірність може підвищуватися внаслідок хронічного недосипання ( « Новий крок до розуміння хвороби Альцгеймера: можливо, недосипання є одним з факторів ризику»), А сам Альцгеймера нейропептид (β-амілоїд Aβ) може бути частиною системи вродженого імунітету (« Можливо, β-амілоїд хвороби Альцгеймера - частина вродженого імунітету »). - Ред.

В останнє десятиліття інтерес до цієї теми відновився в зв'язку з можливістю розвитку діагностики і ефективної терапії. З'явилося безліч різних пояснень для вікових нейродегенеративних хвороб, - наприклад, окислювальна модифікація ДНК, ліпідів і / або білків; соматичні мутації; змінений вроджений імунітет; екзогенні токсини; невідповідності ДНК-РНК; порушення роботи шаперонов; відсутність одного з алелей гена. Альтернативним комплексним роз'ясненням служить те, що різні групи білків можуть формувати пріони. Незважаючи на те, що невелика кількість пріонів може бути видалено за допомогою шляхів білкової деградації, їх надмірне накопичення з плином часу дозволяє пріонами самостійно поширюватися в організмі (рис. 2), що призводить до порушення діяльності центральної нервової системи.

Малюнок 2. Процеси нейродегенерации, викликаної пріонами. зверху: накопичення «нормального» пріонів білка підвищує його ймовірність переходу в токсичну конформацию, яка описується більшим вмістом β-структури. Пріони найбільш патогенні в формі олігомерів; після утворення фібрил токсичність знижується. Залежно від того, про який конкретно пріонів білка йдеться, в патологічний станвін може утворювати бляшки, клубки або тільця включення. Можливі шляхи лікарського втручання: (I) зниження концентрації «нормального» білка-попередника; (II) інгібування утворення пріонів форми; (III) знищення токсичних агрегатів. знизу: Спадкова стареча нейродегенерации пояснюється двома подіями: наявністю мутантної форми попередника і освітою з нього приона, готового до оліго- і полімеризації з утворенням токсичних форм.

Групи ризику поранених захворювань

Ось кого пріонні захворювання можуть наздогнати з найбільшою ймовірністю:

• працівники харчової промисловості;
• ветеринари;
• патологоанатоми;
• хірурги;
• пацієнти трансплантолога;
• канібали;
• особи, в сім'ї яких були помічені синдроми Герстманна-Штрейслера-Шейнклера або фатальною инсомнии.

Лабораторна діагностика та лікування

Діагностика базується на внутрішньомозковому зараженні мишенят або хом'яків, у яких повільно (до 150 днів) розвивається відповідне захворювання, якщо пацієнт був хворий. Часто проводиться гістологічне дослідження головного мозку загиблих тварин.

На жаль, до теперішнього часу ще не розроблені ефективні методилікування пріонових хвороб, хоча спроби запобігти конформаційний перехід нормального білка в аномальний виробляються. Тому найнадійнішим способом попередження розвитку інфекційних форм є профілактика.

Особливо актуальним стає рішення «пріонів питання» в зв'язку з наростаючою загрозою виникнення епідемії через інвазивні медичні операції і навіть при прийомі лікарських засобів.

перспективи

Мабуть, інтерес до пріонів не згасне до тих пір, поки припущення стосовно них повністю не підтвердяться і не будуть знайдені ефективні способилікування поранених захворювань. У статті йдеться про необхідність сучасного дослідження, яке вимагає ретельного розгляду чужорідних пріонів в екстраневрональних тканинах.

Як модельні об'єктів автори використовували мишей: дві лінії, які трансгенних експресували овечий пріонних білок, і одну лінію, яка експресуватися людський пріонних білок (рис. 3). Завданням було порівняти ефективність міжвидової передачі інфекції за допомогою тканин мозку і селезінки. Внутрішньомозковий зараження чужорідним пріонних білком виражалося у відсутності або невеликій кількості інфекційного агента в мізках цих мишей. Однак інфекційні чужорідні пріони виявлялися в селезінці на більш ранніх етапах зараження в порівнянні з моментом, коли були використані нейротропні пріони, тим самим визначаючи, що лімфатична тканина може бути більш пермісивними до поширення чужорідних пріонів в порівнянні з мозком.

Малюнок 3. Здатність приона хом'яків Sc237 заражати і передаватися при введенні в мозок або селезінку трансгенним мишам, які мають пріонних білок PrP вівці (tg338; білі миші) або людини (tg7; сірі миші). Число хворих / ін'єктовані мишей показано в дужках; нижче наведено середній час життя (в днях).

Чим викликана ця краща реплікація пріонів в лімфатичних тканинах, поки невідомо. Однак отримані дані показують, що людина може бути більш чутливим до чужорідних пріонами, ніж передбачалося раніше на підставі присутності пріонів в мозку, і з цієї причини безсимптомний переносник пріонів хвороби може бути визначено залежно від. Це ще раз підтверджує, що така могутня біомолекул як пріони таїть в собі чимало загадок, розкриття яких, можливо, допоможе в розумінні ряду нерозв'язних проблем людства ...

література

1. Абрамова З.І. Дослідження білків і нуклеїнових кислот. Казань: Казанський державний університет, 2006. - 157 с .;
2. Новиков Д.К., Генералів І.І., Данющенкова Н.М. Медична мікробіологія. Вітебськ: ВДУ, 2010. - 597 с .;
3. Прудникова С.В. Мікробіологія з основами вірусології. Красноярськ: ІПК СФУ, 2008;
4. Поздеев О.К., Покровський В.І. Медична мікробіологія. М .: ГЕОТАР-мед, 2001. - 765 с .;
5. S. B. Prusiner. (2012). A Unifying Role for Prions in Neurodegenerative Diseases. Science. 336 , 1511-1513;
6. V. Beringue, L. Herzog, E. Jaumain, F. Reine, P. Sibille, et. al .. (2012). Facilitated Cross-Species Transmission of Prions in Extraneural Tissue. Science. 335 , 472-475;
7. Carolina Pola. (2012). Prion escape to spleen. Nat Med. 18 , 360-360;
8. елементи:«10 фактів про пріони і амілоїд»;
9. елементи:«Геометрія білкових тіл»;
10. Charles Weissmann. (2012). Mutation and Selection of Prions. PLoS Pathog. 8 , E1002582.